以下の文書は次の翻訳です。使用している絵も英語版の Wikipedia のものです。
History of longitude - Wikipedia (経度の歴史)
経度の歴史はナビゲータや科学者たちが何世紀もの間、 経度を決定する方法を発見するまでの努力の記録である。
経度の測定は地図製作とナビゲーションの どちらにも重要なことである。 歴史的にはこれらの最も重要な実際の応用は 安全な遠洋航海を提供することであった。 緯度と経度の知識がどちらも必要とされた。 経度を決定する方法を見いだすことは 何世紀もかかり、 何人かのとても偉大な科学者も関与した。
紀元前 3 世紀の エラトステネスは始めて 世界地図に経度と緯度のシステムを提案した。 紀元前 2 世紀までに、 ヒッパルコスは 地球上の場所を一意的に特徴づける このようなシステムを使用した最初の人である。 彼はまた地方時間と絶対時間の比較による 経度決定のシステムを提案した。 経度が正確な時刻の情報により決定されること が始めて認識されたのである。 11 世紀に、 アル・ビールーニー (Al-Biruni) は地球が軸の周りに回転すると信じ、 これにより、如何にして時間と経度が関連するかと言う現代的な考えが形成されたのである。
プトレマイオス図 - Wikipediaこれはゲオグラフィアに掲載されたものです。
陸上で経度を決定することは海上でするよりも はるかに容易である。 安定した地上で仕事をし、 仕事をする間快適な住環境があり、 何度も繰り返すことができれば、 非常に正確なものになる。 海上で問題を解決するために発見されたものは どのようなものであれ、陸上における経度の決定を 改善するものとなる。
緯度の決定は比較的やさしく、 正午における太陽の高度がわかれば、その日の太陽の 赤緯 (declination) を与える表の助けを借りて見出すことができる。 経度に関しては初期の洋上のナビゲータは推測航法 (dead reckoning) に 頼らざるを得なかった。 これは陸が見えない長い航海では不正確であり、 このような航海はその結果、時として悲劇となることもあった。
正確な現在位置を知ることができない問題から回避するために、 ナビゲータは可能な場合には緯度決定ができる利点に頼ろうとした。 彼らは目的地と同じ緯度まで航海し、そこで目的地に方向を変え、 一定の緯度を維持した。 (西向きの場合には) これを「西向き走破」(running down a westing) と呼んだ。 こうすると、最も直接の航路 ( 大圏コース, greate circle) を取ることができなかったり、 最も都合のよい風や潮流を利用できなかったりして、 航海の日数が何日もあるいは何週間も余分に必要となった。 これにより、食糧不足の危険が増え、 壊血病 や飢えにより、乗組員の健康が悪化したり、 死に至ることも起きた。 これは船にとっての危機となるのであった。
ナビゲーションのエラーは難破の原因にもなった。 海上における位置の推測における深刻なエラーに 起因する多くの海難、 とりわけ 1707 年の 「シシリー沖の海軍の難破」 -- これにより クローディズリー・ショベル提督 (Admiral Cloudesley Shovel) と彼の艦隊が失われた -- のような劇的な海難に動機づけられて、 英国政府は 1714 年に経度委員会 (Board of Longitude) を設立した。
懸賞金は船舶の洋上における経度決定の実用的方法の発見と実証に 授与されることになった。 懸賞金は精度が高い解決にはより多くが提供された。 これらの懸賞金は、今日の価格では 100 万ドル程度の価値があり、 多くの人が解決方法を探すこととなった。
英国のみがこの問題を解決したいと思ったわけではない。 フランス国王 ルイ 14 世 は 1665 年に 「王立科学学会」(Académie Royale des Science) を 設立した。 学会には色々な科学的問題が課せられたが、その中にナビゲーションおよび地図、海図の改良がある。 1715 年から学会は 2 つの賞の中の一つをナビゲーションに設定した。 スペインの フェリペ 2 世 は 1567 年に経度の問題解決の発見に 賞金を提供し、 フェリペ 3 世は 1598 年に賞金を増額した。 オランダも (解決への) 努力に加わり、 1636 年に賞金を提供した。 大半のヨーロッパのナビゲータと科学者は問題を承知し、 解決を見いだすことに関与した。 問題を解決するための国際的努力と事業の規模の大きさから、 これは歴史における最も大きな科学的な試みとなったのである。
( 恒星時では) 地球は 1 日 360°、1 時間 15°で一定の速度で 回転しており、時間と経度の間には直接的な関連がある。 もしも、あることが船の位置で起きた時に、固定された参照点における時間を知ることができれば、 参照時刻と地方時間の違いから、固定点に対しての船の相対位置を決定できる。 地方時間の決定は比較的に容易である。 問題は究極的には船上で遠くの参照点における時刻を如何にして 決定することができるかということとなる。
1612 年に ガリレオは木星の 4 つの最も明るい衛星 ( イオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト) の 公転周期を決定した後で、衛星の軌道が十分に正確にわかるため、ユニバーサル時計として使用が可能で、 経度の決定をすることができると提唱した。 彼は、その余生に時々この問題に取り組んだ。
成功するためには、この方法では、揺れ動く船舶の甲板の上で木星の衛星を 観測する必要がある。この目的のために ガリレオは、セラトーン (celatone) と呼ばれる道具を 提唱した。この道具はヘルメットの形をしており、 そこに望遠鏡が搭載され、観測者が船上で動けるようにした。 これは後には別のアイデアとなり、そこでは入れ子になった一対の半球状の器で、 中間にオイルを満たしたものが考えられた。 これにより、 ジンバルの台と同じように、 船舶が揺れても観測者が静止していることを可能とする台を提供するものであった。 観測された衛星の位置から時刻を決定するために、 ジョビラーベ (Jovilabe) と称するものが提供された --- これはアナログ・コンピュータで、衛星の位置から 時刻を決定するもので、 アストロラーベとの類似から 命名された。(訳注：Jovian は「木星の」の意味) 実際の問題は非常に厳しく、 この方法は海上では一切使用されることはなかった。 しかしながら、陸上で経度を決定することには使用された。
1683 年頃、 エドモンド・ハレー (Edmond Halley) は海上で時刻を決定する方法として、 望遠鏡を使用して一つの星が月により掩蔽される時間を観測する ことを提唱している。 彼は、この目的のために、月の位置と幾つかの星の観測を蓄積し、 月の位置予測におけるエラーを補正する方法を導きだした。
ジョン・フラムスティード (John Flamsteed) の死後、新しい 王室天文官 (Astronomer Royal) となったハレーは星の位置と月の通り道を観測する仕事を取り上げ、 既存の知識の補足をして、海上における経度の決定に対しての彼の提唱を進展させようとした。 この頃には、彼は (月による) 掩蔽の使用を廃棄し、 近接のみを使用することを考えた。 掩蔽を使用することを破棄した理由をハレーは述べていないが、 明るい星が月に掩蔽されることがほとんどなく、 明るくない星を記録したり、船乗りに覚えさせたりすることは 気が遠くなるようなことであった。 明るい星との近接の方がより現実的であった。
彼は海上で方法をテストしたが、 広く使用されることはなく、また実行可能な方法ともみなされなかった。 彼の観測は「月からの距離方法」(lunar distance method) に貢献をした。
ハレーは、磁場の逸脱 (magnetic deviation) を注意深く観測すれば、 経度を決定できるとも考えた。 地球上の磁場は当時はよく理解されていなかった。 船乗りは多くの場所で、 磁石の北が 地理的な北 と逸脱していることを観測していた。 ハレーとそれ以外の人は逸脱のパターンが、もしも一定していれば、 経度を決定するのに使用できると考えた。 もしも、観測された逸脱が、地図の上に記録されているものと一致すれば 位置がわかる。 ハレーはパラムア (pink Paramour) に乗船して、 磁場を観測し、ハレー線 (halleyan line) あるいは 等偏角線 (isogonic line) を示す地図を作った。この方法はまもなく失敗であることが分かった、 磁場には局所的な変動があることがわかったため、この方法では 信頼できなくなったのである。
月の位置を観測することによって時刻を決定する方法が 最初に出版されたのは、 ヨハネス・ヴェルナー (Johannes Werner) による 「In hoc opere haec continentur Nova translatio primi libri geographiae Cl. Ptolomaei」で、 これは 1514 年に ニュールンベルク (Nurnberg) で出版された。 この方法は、ペトルス・アピアヌス (Petrus Apianus) により「Cosmographicus liber (Landshut 1524).」 で詳細に議論された。
フランス人の Sieur de St. Pierre が 1674 年に この技術を持ち込み、英国国王 チャールズ 2 世の注意を引いた。 提唱された技術に熱狂的となり、国王は 王立委員会 (Royal Commission) の委員に相談した。 その中には ロバート・フック (Robert Hooke) がいた。 彼らは、次に天文学者の ジョン・フラムスティード (John Flamsteed) に 相談した。 フラムスティードはその方法の実現可能性を支持したが、 星の位置と月の動きに関しての詳細な知識がないことを嘆いた。 国王チャールズは天文台建設のフラムスティードの 提案を受け入れ、フラムスティードを初代の 王室天文官 (Astronomer Royal) に 任命した。 グリニッジにおける王立天文台の建設と 高精度で星の位置を観測するプログラムにより、 「月からの距離方法」(lunar distance method) を実際に適用する方法を開発する工程が開始した。 天文学者による月の運動の予測を 進展させるためには アイザック・ニュートンの 重力の理論を月の運動に適用することができた。
ドイツの天文学者である トビアス・マイヤー (Tobias Mayer) は 地上での位置を正確に決定するために「月からの距離方法」 を研究していた。 彼は レオナード・オイラーと手紙を交わしており、 オイラーは月の運動を記述するための情報や数式で貢献した。 マイヤーはそれ以前よりは、はるかに正確に、月の位置を 予測するための一連の表を製作した。 これらは、経度委員会に送付され、経度賞の評価と考察の対象となった。 これらの表を手に入れ、自分自身で「月からの距離方法」を実験した後で、 ネヴィル・マスケリン (Nevil Maskelyne) は 公的な航海年鑑 (nautical almanac) を毎年刊行し、ここに月からの距離予測を掲載することを 提案した。これにより海上で 0.5°以内の精度で経度を決定することが可能となるのである。
「月からの距離方法」に極めて熱烈となって、 マスケリンと彼の人間コンピュータのチームは 1766 年に 1 年を通じて熱烈に計算を続け、 新しい 航海年鑑と天体暦(Nautical Almanac and Astronomical Ephemris) の表を準備した。 1767 年用のデータが始めて出版され、 それには、太陽、月、惑星の位置を記述した毎日の表と、それ以外の天文学的データが 含まれ、更には、測定に適した太陽と 9 つの星からの 「月からの距離」の表も掲載されていた。(最初の数年間は星は 10 個であった) この出版物は、後には世界中の船乗りの標準的な年鑑となり、 これが、王立天文台に基礎を置いていたため、 グリニッジ平均時が国際的な標準として採用されることとなった。
もう一つの提唱された解決は船上で運ぶことができ、参照点での正確な時刻を 維持する機械的な時計である。 時計を使う考えは、 ゲンマ・フリシウス (Gemma Frisius) によるものとされる。 振り子時計を使った陸上の試みは、ある程度成功した。 とりわけ ホイヘンス (Huygens) は正確な振り子時計を作り、 これにより地上での経度の決定が可能となった。 彼は又、時計を制御するためにバランス・スプリング (balance spring) の使用を提唱した。 彼もしくは ロバート・フックのどちらがこの提唱をしたかに関しては少々議論がある。 しかしながら、大勢の人にとって、これにはアイザック・ニュートンも含まれるが、 要求された精度の時計を開発することに関しては悲観的であった。 動揺する船の状態にさらされれば、正確な時刻を維持できる時計は当時はなかった。 横揺れ (rolling), 縦揺れ (pitching), 偏 (かた) 揺れ (yawing) 更には風や波の衝撃により当時の時計では時刻が狂ってしまった。
このような悲観論にもかかわらず、一部の人たちは 解答が クロノメーター -- 洋上の長い航海にも動き続ける改良された時計 -- にあると考えた。 適当な時計が間もなく ジョン・ハリソン (John Harrison) によって製造された。 彼はヨークシャーの大工で、彼の 海洋クロノメーターは 後に H-4 として知られることになった。
ハリソンは 5 個のクロノメーターを作り、そのうち 2 個を海上でテストした。 彼の最初の H-1 は経度委員会に要求された条件でテストされなかった。 その代わりに、 海軍本部 (Admiralty) は リスボンに行って、帰ってくることを 要求した。立派に作動したが、完全主義者であったハリソンは 要求された西インドへの試験にそれを送付することがなかった。 彼は H-2 の製造に着手した。 クロノメーターは海に行くことがなく、直ちに H-3 の製造となった。 依然として自分自身の仕事に満足せず、 ハリソンは H-4 を製造した。 これは海上の試験を受け、経度委員会のすべての条件を満たした。 しかしながら、彼は懸賞金を受け取ることができず、 賞金を勝ち取るために戦うことを余儀なくされた。
英国議会は 1773 年にジョン・ハリソンに彼の海洋クロノメータの 報酬を与えたが、彼のクロノメーターは標準とはならなかった。 標準となったのは例えばトーマス・アーンショウ (Thomas Earnshaw) のクロノメータで、これは 18 世紀末に至るまで一般的な海洋用途には適していたのである。 しかしながら、クロノメーターは非常に高価なままで、 何十年もの間、月からの距離方式が使用され続けたのである。
月からの距離方式は 初期には重労働で、 これは月の位置計算が複雑で時間を必要としたせいである。 この方法の初期の試行には 4 時間必要であった。 しかしながら、 航海年鑑は 1767 年以来、1 年を通じて毎日 3 時間おきに、 色々な天体の月からの距離をあらかじめ計算した表を掲載し、 これにより計算に必要な時間を 30 分以内にすることができ、 工程を現実的なものとした。 またある種の効率の良い表を使用する方法では 10 分以内にすることもできた。 月からの距離方式は 1767 年から、およそ 1850 年頃まで 広く使用された。
1800 年から 1850 年にかけて (最初は英国、フランスで、 後には米国、ロシアやそれ以外の海洋国で)、 価格が手ごろで信頼できる海洋クロノメータが利用可能となり、 市場に大量に出回り始めると、直ちに月からの距離方式に取って代わった。 月からの距離方式に十分な品質を持つ一台の (そして高価な) 六分儀を 購入するよりも、 2 台もしくはそれ以上の値段の安いクロノメータを 購入して相互チェックすることが可能となったのである。
1850 年までに、世界中の海洋ナビゲータの大多数は月からの距離方式を使用しなくなった。 にもかかわらず、専門的なナビゲータは 1905 年に至るまでに月のことを学ぶ必要があった。 もっとも、これは教科書の演習であり、 ある種の免許の要求事項であったからである。 月からの距離方式は陸上の探検や地図作りには使用され続けた。 というのはクロノメータは厳しい条件では安全ではなかったからである。 英国航海年鑑は 1906 年に至るまで月からの距離の表を掲載し、 1924 年に至るまでその方式が掲載された。 そのような表が最後に登場したのは 1912 年の USNO 航海年鑑であった。 但し、月からの距離方式の一つの値をどのようにして生成するかの付録は 1930 年代の初期まで出版された。 20 世紀初頭に至るまで、このような出版物に月からの距離テーブルが掲載されていたのは、 この時に至るまで一般的に使用されたことを意味するのではなく、 わずかに残っている (すぐにも時代遅れとなる) 免許の要求事項の理由からであった。 20 世紀初頭の無線による時報が、海洋クロノメータと組み合わせて使用されることが進展するにつれ、 月からの距離の表が最終的な終焉を迎えた。
時報は 1904 年にボストンの海軍本部 (Navy Yard) から、米国海軍により始めて無線放送された。 別の通常放送が 1907 年の (カナダの) ノバ・スコシア (Nova Scotia) の ハリファックス (Halifax) で開始し、 最も広く利用された時報は 1910 年に始まり、エッフェル塔から放送された。 船舶は無線を通信用に利用するようになると、そのような時報はクロノメータの補正に使用された。 この方法により、クロノメータの確認方法としての月の重要性は激減することになった。
現代の船乗りが正確な位置情報を決定するためには幾つかの選択がある。 これにはレーダー、GPS (= Global Positioning System), 衛星ナビゲーションシステムが含まれる。 位置を数メートル以内に決定する技術的な改善があるため、 無線に基礎をおく LORAN も人気を集めている。独立の方法を結集すれば、位置決定の精度が向上する。 経度を決定するための複数の現代的な方法が利用可能であっても、 海洋クロノメータと六分儀はバックアップとして、日常的に携行される。
陸上における経度の決定に関しては、 望ましい方法は天文台の間でクロノメータを交換することとなり、 これにより、子午線の星の通過の観測と連携すれば地方時間の違いを 正確に決定できる。
別の方法は、異なる天文台で星の掩蔽を同時に観測することである。 イベントが知られている時間に起きるため、 正確に経度を決定する方法が提供される。 ある場合には、特別な調査旅行を実施して、 掩蔽やエクリプス (日食など) などを観測し、 永続的な天文台がなくても、ある場所の経度を決定することができる。
19 世紀中頃からの (有線の) 電信の時報は星の観測とより正確に同期することが可能となった。 これにより、経度の測定の精度が随分と向上した。 グリニッジ王立天文台と 米国沿岸測地測量局 (US Coast and Geodetic Survey, 現 U.S. National Geodetic Survey) は 1850 年代と 1860 年代に協力して、ヨーロッパと北アメリカの経度を決定する キャンペーンを展開し、地図の精度と航海の安全が向上した。 無線による同期が 20 世紀初頭に続いた。 1970 年には、衛星使用の方法が開発され、もっと正確な地理的な座標が測定された (GPS)。
経度を決定する問題の解を探す渦中において、 多くの科学者は天文学や物理学に知識を付け加えた。
