渾天儀 (Armillary sphere)

Armillary sphere は直訳すれば「環球儀」というべきですが、古代中国の「渾天儀」とほぼ同じもので、古代ギリシャにも古代のイスラム世界にもあったものです。渾天儀は中国のものとヨーロッパのものは若干違いがありますが、単に区別せずに「渾天儀」と訳します。「渾天儀」は金属の輪からなっており、初期のものは、この輪の個数が少なく、単にアーミラ (輪) と呼ばれ、輪の個数が増えたものが「渾天儀」(環球儀) なのです。

渾天儀 (armillary sphere) (別の言葉では球面アストロラーベ (spherical astrolabe, armila, or armil)) は(天球 (celestial sphere) 上の) 天空のオブジェクトのモデルであり、輪から構成される球面の枠から構成され、地球あるいは太陽を中心とし、天球の経線・緯線などの天文学的に重要な造作 ―― 例えば、黄道 ―― を表示する。これにより、天球儀 (celestial globe) とは違う。後者は滑らかな球面で、主な目的は星座の地図である。渾天儀は別々に発明された : 古代中国では恐らくは早くも BC 4 世紀、古代ギリシャでは BC 3 世紀に発明され、そしてイスラム世界と中世ヨーロッパでは後に使用された。

地球を中心にした渾天儀はプトレマイオス的と呼ばれ、太陽を中心にしたものはコペルニクス的と呼ばれる。

ポルトガルの国旗は渾天儀を呼び物にしている。渾天儀はポルトガルの紋章にも呼び物にされ、大航海時代の最中のポルトガルの発見と組み合わされている。ポルトガルのマヌエル1世は、例えばポルトガルの宮廷のために作られた彼の国王旗と初期の輸出陶磁器に登場する彼の象徴の一つとして選んだ。ブラジル帝国の旗には渾天儀も目玉の一つになった。

北京首都国際空港のターミナル 3 では、大きな渾天儀の金属彫刻を国外・国内の観光客に中国の発明として呼び物にしている。

この機械の外側は真鍮の輪の構造 (あるいは枠組み) で、これが天球の重要な円を表示する :

黄道座標の北極にはナット b があり、ここに四分円の針金の一端が固定され、もう一方の端には小さな太陽 Y があり、黄道 B-B の周囲を針金の回転で移動する。黄道座標の南極にピン d があり、ここに別の ¹/₄ 円の針金があり、この上に小さな月 Z がある。これは手で回転できる。このメカニズムにより月が軌道で動き、この軌道は黄道面を 5¹/₃ 度で反対側に横断し、横断点は月の交点と呼ばれ、天空での月の交点のシフトと同様に、黄道面で後方にシフトすることが可能である。

これらの円形の輪の中に軸 K に固定された小さな地球儀 I があり、軸は地球儀の北極 n, 南極 s から天球の N, S に延長している。この軸に平坦な天球の子午線 (の板) L が固定され、地球儀の任意の点の子午線の真上に移動して、ここに子午線 (の板) をずっと保持できる。この平坦な子午線は普通の地球儀 (common globe) の真鍮の子午線と同じように目盛りが付けられ、その用法は全く同様である。

地球儀には可動な水平線 M がとりつけられ、地球儀の東と西の点から開始する 2 本の強力なワイヤで向きを変え、赤道の反対側の点で地球儀に入る。赤道は可動な真鍮製の輪で、赤道周囲の溝全体で地球儀に取り付けられている。地球儀は、輪の中で手で回転して、与えられた子午線を天球の子午線 L の真下に配置できる。水平線は最も外側の縁が全て 360 度に分割されて、太陽と月の方位角を表示し、どちらも角度の小数点表示である。天の子午線 L は、普通の地球儀のように、水平線の北と南の点で、二つの刻み目を通り抜ける; もしも地球儀を回転させると、水平線と子午線は付随して回転する。渾天儀の南極に 25 時間の円があり、輪に固定されている。軸の上には目盛りがあり、もしも軸のまわりで地球儀を回転すると、円の周囲をまわる。

渾天儀の組み立て品 (assembly) は台 N で支えられ、ジョイント O の上で、弧 P で 0度から 90度まで上昇・下降が可能で、弧 P は強力な真鍮の腕 Q に固定されている。渾天儀の組み立て品は上向きの部品 R で上方にスライドし、 R には r にネジがあり、適切な任意の高さに固定できる。

箱 T には (Dr. Long の渾天儀のように) 2 つの歯車と 2 つの小歯車があり、この軸が V と U から外に出ている ; このどちらも小さなクランク W で回転できる。クランクを軸 V に取り付けて後方に回転すると、地球儀は水平線と天の子午線と共に停止状態となり、全体の円の球は東から, 南, 西に回転し、太陽 Y と月 Z は同様に回転移動し、水平線の上下に昇降する。しかしクランクを軸 U に取り付けて前に回転すると、球は太陽と月と共に停止する ; そして地球は水平線・子午線と共に、水平線から太陽と月の方向に回転し、地球が停止した時に、これらの天体が来た方向に回転し; 周囲を周る; これらは水平線の同じ点で昇降し、時間輪 (hour circle) で同時に、動きが地球におけるものか、天におけるものかが示される。地球儀が回転すれば、時間目盛りが時間の輪の周りで回転する。しかし球が回転すれば、時間の輪は目盛りの下で回転する。

そして、この建造方法により、機械は地球の実際の動きや、天のみかけの動きの表示用に同様に調整されている。

球を使用するための初期化で、最初にすることは、上向きの柄 R のネジ r を緩めて、腕 Q を上下に動かし、ある場所の緯度 (latitude) を柄 R の側面に設定する : 次に地軸に平行な位置で停止するように、球の軸を適当に上向きにし、渾天儀組み込みの小さなコンパスで南北に揃える。一旦これが実施されれば、天の子午線 L で北極から水平線の北の刻み目に向けて下方に緯度を数える必要があり、水平線をその緯度にセットする。使用者は次にネジ b を回して、太陽 Y が黄道の一年の与えられた日に来るようにし、太陽がその日の適切な場所になるようにする。

月の昇交点 (ascending node) の場所と月の場所も見つけるために、天体暦を調べて、それに応じて正しくセットしなければならない。最後に使用者はクランク W を回転して、太陽が子午線に達するか、子午線が太陽に達するまで続ける (使用者の方向に球あるいは地球儀を移動する)。そして時間目盛りを XII にセットし、正午をマークして、球全体を初期化する。次に使用者はクランクを回転して、太陽あるいは月が水平線から昇り・沈む時を観測する。時間目盛りが、与えられた日のその時間を示す。

中国の歴史を通して、天文学者は天球儀 (celestial globes, 中国語 : 渾象; pinyin: húnxiàng) を作り、星の観測を支援した。中国人は暦の評価と計算の助けに渾天儀も使用した。

ジョゼフ・ニーダムによれば、中国における渾天儀の最も初期の開発は BC 4 世紀の天文学者の石申 (Shi Shen) と甘德 (Gan De) にさかのぼり、これは原始的な単一の輪のアーミラ装置 (single ring armillary instrument) を備えていた。これにより彼らは北極星の距離 (赤緯 (declination)) の測定が可能となり、この測定は xiu (赤経 (right assension)) の位置を与えた。しかしながら、英国の中国学者であるクリストファー・カレン ( Christopher Cullen) はこれを否定し、このような装置の始まりを BC 1 世紀とした。

前漢 (BC 202 年 - AD 9 年) の最中に、天文学者の落下閎 ( Luoxia Hong), Xiangyu Wangren, そして耿壽昌 (Geng Shouchang) による追加の発展が、進化の初期段階の渾天儀使用を前進させた。 BC 52 年に、渾天儀の最初の恒久的固定赤道輪 (equatorial ring) を導入したのは天文学者の耿壽昌であった。その後後漢 (AD 23 年 - 220 年) に、天文学者 Fu An と賈逵 (かき、Jia Kui) は AD 84 年までに黄道輪を追加した。有名な政治家・天文学者・発明家の張衡 (Zhang Heng, AD 78 年 – 139 年) が AD 125 年に渾天儀に水平線・子午線の輪を追加して、完全に完成した。世界で最初の水力による渾天儀は張衡が作り、水時計の流れで渾天儀を操作した。

続く進展は漢朝の後に見られ、渾天儀の使用を改善した。 AD 323 年に天文学者である、孔挺 (Kong Ting) は渾天儀の輪の配置をやりなおして、黄道の輪が望みの位置で赤道上に固定できるようにした。唐朝の中国人天文学者且つ数学者の李淳風 (Li Chunfeng) は AD 633 年に 3 層の渾天儀を創り、天文観測の複数の側面を測定し、これをネスト (chhung) と呼んだ。彼はまた、天体の緯度測定の改善のため、黄道上に目視管を設置することを提案した人である。しかしながら、渾天儀のモデルにこの追加をなしえたのは、次世紀の唐の天文学者・数学者・修道士の一行 (Yi Xing) であった。この種の黄道への搭載が見られるのは : 1050 年の Zhou Cong と Shu Yijian の渾天儀装置、更には 11 世紀後半の沈括 (しんかつ、Shen Kuo) による渾天儀である。しかしこの時以後これらは、ヨーロッパのイエズス会の到来まで、中国の渾天儀には最早採用されることがなかった。

AD 723 年に、一行と政府官僚の梁令瓚 (Liang Ling-zan) は張衡 (Zhang Heng) の水力による渾天儀に脱進機 (escapement) を付けた。太鼓は 15 分ごとに、鐘は 1 時間ごとに自動的に鳴り、この装置は時報を告げる時計 (striking clock) でもあった。中国の博学者である蘇頌 (Su Song) が宋朝の 1094 年に建設した有名な時計塔は、一行の脱進機を使用し、水車のひしゃくが水時計の水滴で充満され、頂上の渾天儀, 中央の天球儀, そして機械操作の人形が駆動された。人形は特定の時刻に時計塔の機械仕掛けの扉から出て、鐘と太鼓を鳴らして時を知らせるか、一日の特定な時に飾り板を持って時を知らせた。科学者・政治家の沈括 (Shen Kuo, 1031 年 - 1095 年) もいた。沈括は天文局の局長で、熱心な天文学者であった。彼は幾つかの天文装置のデザインを改良した : ノーモン (gnomon), 渾天儀 (armillary sphere), 水時計 (clepsydra clock), そして北極星を永久観測する固定照準管があった。ジャマールッディーン (Jamal al-Din of Bukhara) が元朝の最中にクビライの新しい首都に「イスラム天文施設」設置を依頼された時に、彼は幾つかの天文装置を依頼し、これに渾天儀があった。中国の天文学者は少なくとも 1092 年以来、[これらを] 建造してきた、と言及された。

渾天儀はインドで初期の頃から観測に使用され、アーリヤバタ (Āryabhata, 西暦 476 年) の作品に言及がある。 Goladīpikā ―― 地球儀と渾天儀を扱った詳細な論説 ―― はパラメシュバラ ( Parameśvara) により、西暦 1380 年と 1460 年の間に作られた。インドにおける渾天儀使用の主題に関して、 Ōhashi (2008 年) は次のように書いている :

インドの渾天儀 (gola-yantra) は赤道座標に基づき、ギリシャの渾天儀とは違う。後者は黄道座標に基づいている。もっともインドの渾天儀も黄道輪がある。恐らく、月宿 (lunar mansion) の junction star (接合星 ?) の天球座標 (celestial coordinates) は 7 世紀ぐらいから、渾天儀により決定された。

ギリシャの天文学者のヒッパルコス (BC 190 年頃 - BC 120 年頃) は渾天儀の発明者をエラトステネス (BC 276 年 - BC 194 年) としている。この装置のギリシャ語名称に含まれるものに : ἀστρολάβος (astrolabos) そして κρικωτὴ σφαῖρα (krikōtē sphaira "ringed sphere" (輪が付いた球)) がある。この装置の英語名は究極的にはラテン語のアーミラ (armilla, 円, 腕輪) から来ている、というのは、これは北極・南極を結び、赤道を表わす目盛りの付いた複数の金属製の円 ―― 黄道, 子午線, 緯線 ―― から構成されているからである。通常は地球、後には太陽を表わすボールがこの中心に置かれる。これは地球の周りの星の動きを実演するために使用される。 17 世紀ヨーロッパの望遠鏡以前に、渾天儀は天の位置決定のための、すべての天文学者の主要な装置であった。

もっとも単純な形式では、アーミラは赤道面の平面に固定した輪から構成され、天文装置のもっとも古代のものの 1 つである。わずかに発展して、これに子午線平面に固定した別の輪が交差した。最初は春分・秋分の輪 (armilla)、2 番目は冬至・夏至の輪 (armilla) であった。影は角度分割と組み合わせて、太陽の位置の指針として使用された。天球の大円を表示する幾つかの輪あるいは円を組み合わせて、装置は渾天儀 (armillary sphere) になった。

渾天儀はヘレニズム時代のギリシャ人により開発され、BC 3 世紀には教育用の道具として使用された。より大きく、もっと正確な形式は、観測装置としても使用された。しかしながら、9 個の輪がある完全に進展した形はローマ帝国の最中の AD 2 世紀中頃まで存在しなかった。エラトステネスが黄道の傾斜角を測定するために、冬至・夏至アーミラ (solstitial armilla) を使用したことは最もあり得る。ヒッパルコスは恐らく 4 つの輪を持つ渾天儀を使用した。ギリシャ・ローマ (Greco-Roman) の地理学者・天文学者のプトレマイオス (AD 100 年頃 - AD 170 年頃) は彼の装置のアストロラーボン (astrolabon) をアルマゲストの中で説明している。これは少なくとも 3 つの輪から構成され、目盛りの付いた円が他の円の中でスライドし、 2 つの小さなチューブが互いに反対側にあって、垂直な重りの糸で支えられている。

ペルシャとアラブの天文学者は、ファザーリー (Ibrahim al-Fazari) とイブン・フィルナース (Abbas Ibn Firnas) のように渾天儀を建造・改良し続けた。球面アストロラーベは、アストロラーベと渾天儀の両方の変形で、中東中世に発明されたようである。 AD 550 年頃にキリスト教の哲学者のヨハネス・ピロポノスはギリシャ語でアストロラーベの論説を書き、これはこの装置に関しての最も初期の論説である。球面アストロラーベの最も初期の説明はペルシャの天文学者アル・ナイリージー( Nayrizi, 892 年 - 902 年に活躍) に遡る。ローマ教皇シルウェステル2世 (Pope Sylvester II) は、北極星の位置を固定して、回帰線と赤道の測定を記録するために、彼の渾天儀で固定照準管を使用し、渾天儀を教育用装置として使用した。

中国の天文学の考えと天文学の装置は、韓国に導入され、ここで更に発展した。韓国の発明家である蔣英実（チャン・ヨンシル) は世宗 (King Sejong the Great of Joseon) に命令されて渾天儀を建造した。1433 年に建造された渾天儀は Honcheonui (혼천의,渾天儀) と命名された。

渾天時計 ( Honcheonsigye) ―― 水時計の機械で活性化した渾天儀 ―― は韓国の天文学者である宋以潁 (Song Iyeong) により 1969 年に建造された。これは李氏朝鮮 (Joseon dynasty) からの唯一現存する天文時計である。渾天儀の機械が引き継いだのは世宗 (Sejong) 時代の渾天儀 (Honŭi 渾儀, 1435 年) と天球儀 (Honsang 渾象, 1435 年)、そしてヒスイ水時計 (Jade Clepsydra (Ongnu 玉漏), 1438 年) の太陽を運ぶ装置である。そのような機械は崔攸之 (Ch'oe Yu-ji, 1603 年 - 1673 年) の渾天儀 (1657 年) に類似している。時計部分の計時装置列と打鐘機構の構造は 14 世紀に開発されたクラウン・エスケープメント (crown escapement) に影響を受けた、ヨーロッパ様式の時計仕掛けで、17 世紀まで改良された歯車システムに適用された。とりわけ、宋以潁 (Song I-yŏng) の渾天儀時計 (Armillary Clock) の時計装置は、17 世紀の振り子時計を採用し、時計の精度を随分改良した。

この装置の更なる発展はデンマークの天文学者であるティコ・ブラーエ (1546 年 - 1601 年) により製造され、星と惑星の位置の高度に正確な測定に使用された。これは彼の「復元された天文学の機械学」 (Astronomiae Instauratae Mechanica) に説明されている。

渾天儀は最初の複雑な機械装置の 1 つであった。この開発は全ての機械装置の技術とデザインの多くの改良につながった。ルネッサンスの科学者と有名人はしばしば渾天儀に腕を置いている肖像画を描かせ、これは彼の博識と知識の頂点を示した。

渾天儀は教育に有益として生き延び、骨格的天球儀として記述され、一連の輪が天球の大円を表示し、水平線内の軸で回転した。地球が中心にあればプトレマイオス的、太陽が中心にあればコペルニクス的と呼ばれる。

手工芸品を基礎にする渾天儀のモデルは 2014 年 3 月以来、英国ストーク・マンデヴィル・スタジアム (Stoke Mandeville Stadium) でパラリンピックのヘリテッジ・フレーム (heritage flame, 継承の火) を照らすために使用されてきた。渾天儀には使用者が回転して炎に点火する車イスが含まれ、英国のパラリンピック運動の過去, 現在, 将来を祝福するための儀式の一部分である。この渾天儀は芸術家のジョン・バウザー ( Jon Bausor) が創作し、将来のヘリテッジ・フレームのイベントで使用される。最初の儀式のフレームは 2012 年ロンドンの金メダル選手のハンナ・コックロフト ( Hannah Cockroft) が点火した。

渾天儀は一般に、紋章学と旗章学に使用され、ポルトガル、ポルトガル帝国、そしてポルトガルの発見と結びついたシンボルとして主に知られている。

15 世紀終わりに、渾天儀はポルトガルの将来の国王である国王マヌエル1世がまだ皇太子であった時に、個人的紋章の印になった。この印をマヌエル1世の治世の最中に文書、モニュメント、旗、そしてそれ以外の支援で、熱心に使用したため、渾天儀は単純な個人的シンボルから国のものに変貌し、ポルトガル王国、とりわけ海外の帝国を代表することになった。国の象徴として、渾天儀はマヌエル1世の死後も使用され続けた。

17 世紀に、これはポルトガルのブラジル支配権と結びついた。 1815 年に、ブラジルがポルトガル王国と結合した王国の地位を得た時、紋章は青地に金色の渾天儀として正式なものになった。渾天儀はブラジルを表わし、ポルトガル・ブラジル及びアルガルヴェ連合王国の武器と旗にも登場した。ブラジルが 1822 年に帝国として独立した時に、渾天儀は国の武器と国旗に存在し続けた。現在のブラジル国旗の天球 (celestial sphere) は 1889 年に渾天儀と交代した。

渾天儀は、1911 年にポルトガルの国の紋章と国旗に再度導入された。


ヨスト・ビュルギ (Jost Bürgi) と Antonius Eisenhoit: 天文時計の付いた渾天儀、 1585年カッセルで製造、現在はストックホルムの北方博物館	中国の渾天儀、北京首都国際空港 Ziwe Chenheng 2010 年 8 月


1092 年の中国科学者の蘇頌の本の元々の図式、彼の時計塔の内部の仕組みを示す。機械的に回転する渾天儀が装置の頂上。	北京古観象台の渾天儀, 明朝のオリジナルの複製


渾天儀の図 (周天璇璣圖), 1615 年の本 Xingming guizhi	清朝の天球儀


AD 1 世紀中頃の Stabiae の断片的フレスコ画の渾天儀内部の神話の人物。	渾天儀のモデルを持つプトレマイオス、ヨース・ファン・ワッセンホフ (Joos van Ghent) とペドロ・ベルゲーテ (Pedro Berruguete) 作、 1476 年、パリのルーブル博物館


13 世紀イングランドの科学者ロジャー・ベーコンの彫像、渾天儀を持つ、オックスフォード大学自然史博物館	若い女性が天文装置を持つ, ヤン・ホッサールト, 1520年 - 1540年頃	Antoine Crespin の「Propheties par l'astrologue du treschrestien Roy de France et de Madame la Duchesse de Savoye」の口絵の肖像画、1572 年フランス, リオン


「創意工夫の寓話」(Allegory of Ingenuity), ジュゼッペ・クレスピ作, 1695 年頃	「芸術の寓話」(Allegory of the Arts), フランチェスコ・デ・ムーラ作, 1750 年頃


ポルトガルの国旗は明白な渾天儀を呼び物にしている。	テキサス, La Porte の San Jacinto Battle Field の 6 フィート渾天儀