八分儀、 この装置には、中央部に次のラベルがついている。
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クライントン - ロンドン
アバディーンの J.Berry により売却 |
インデックス・アームとミラーの支えは真鍮製
照準望遠鏡の代わりに、視準板 (pinnula) を使用
以下の文書は次の翻訳です。
Octant (instrument) - Wikipedia (八分儀)
太陽の高度を測定するには八分儀を垂直にしないといけないのですが、 このページにはどのようにして、八分儀を垂直にするのかの説明がありません。 これに関しては六分儀の照準を合わせる の訳注で説明をしています。
関連ページ：
八分儀は反射四分儀とも呼ばれ、 主にナビゲーションで使用される測定器具である。 これは 反射計器の一つである。
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クライントン - ロンドン
アバディーンの J.Berry により売却 |
octant (八分儀）はラテン語の 8 を意味する octans に由来する。 その理由は装置の弧は円周の 8 分の 1 だからである。
「反射四分儀」は、光が観測者に到達する通り道に鏡を用いることに由来し、 この際に観測角度の 2 倍になる。 これにより、円周の 8 分の 1 で、円周の 4 分の 1 を測定することができる。
アイザック・ニュートン の反射四分儀は 1699 年頃に発明された。 装置の詳細な説明が エドモンド・ハレーに与えられたが、 この説明は 1742 年のハレーの死後に出版されたのみである。 ハレーが生きている間にこれを出版しなかった理由は不明である。 しかしながら、これによって八分儀の発明者がニュートンではなく、 一般に ジョン・ハドリー (John Hadley) や トーマス・ゴッドフリー (Thomas Godfrey) によるものとされることになった。
この装置はトーマス・ヒース (Thomas Heath) により作成され、 ハドレーの論文が 1742 年に 王立学会 (Royal Society) で出版される前に、 ヒースの店に陳列してあった可能性がある。
ニュートンの装置は 2 つの鏡を使用したが、 その配列は現代の八分儀や六分儀の配列と少し違っていた。 下の図は装置の構成を示している。
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1855 年、David Brewster による 「アイザック・ニュートンの一生、著作と発見の回顧録」 の中のニュートンによる反射四分儀の挿絵
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装置の 45° の弧 (P-Q) は 90 等分し、0.5° で目盛が付いていた。 等分された角度は 60 個に再分割され、それは更に 6 等分された。 この結果、弧は 度、分、1/6 分 (10 秒) で目印が付いていた。 目盛を詳細にできたのは装置の大きさによっており、 照準望遠鏡だけでも 3、4 フィートの長さがあった。
照準望遠鏡 (A-B) は 3、4 フィートの長さがあり、 装置の片側に搭載されていた。 水平線ミラーは望遠鏡の対物レンズの直前に 45° で固定されていた。 この鏡は十分小さいため、観測者は鏡の像を見る一方で、 鏡の前方を見ることができた。 インデックス・アーム (C-D) にもインデックス・ミラー (H) が付いており、インデックス・アームの端でやはり 45° で固定されていた。 2 つの鏡の反射面は互いに向き合っており、 最初の鏡で反射された像は 2 つめの鏡に映し出される。
2 つのミラーが平行であれば、インデックスは 0° を与える。 望遠鏡を覗けば、一方でまっすく前方を見ることができ、 もう一方で、ミラー G で反射された像をミラー H の中に見ることができる (上の詳細図を参照)。 インデックス・アームを 0° から大きくすると、 照準の方向とは違う方向の像を反射する。 インデックス・アームの動きが増大すると、 インデックス・ミラーの照準は S の方向に移動する (詳細図では右方向)。 このミラーの配置にはわずかな欠陥があることが分かる。 インデックス・ミラーが 90° に近づくと、 水平線ミラーがインデックス・ミラーの視野を阻害する。
現代の装置に搭載されている望遠鏡が小さいことを考えると、照準望遠鏡の大きさは特筆すべきである。 これは、 色収差を軽減するためにニュートンが取った選択肢と思われる。 組み合わせレンズ (achromatic lens) が発明される前は、焦点距離が短い望遠鏡では、 問題となるくらいの色収差が生じ、星の位置の決定に悪影響を及ぼした。 これには長い焦点距離のレンズを採用することが解決方法であり、 ニュートンの望遠鏡は長い焦点距離の対物レンズと、長い焦点距離の接眼レンズを使用したことであろう。 これにより、拡大しすぎることがなければ色収差を軽減したことであろう。
2 人の人物が 1730 年頃に独立に八分儀を発明した： 一人は英国の数学者であるジョン・ハドリー (1682 年 - 1744 年) で、 もう一人はフィラデルフィアのガラス屋のトーマス・ゴッドフリー (Thomas Godfrey) である。 どちらも対等で正当な発明者であるが、 ハドリーの方が発明者であるとされる場合が多い。 これはロンドンと王立学会が 18 世紀の科学装置の歴史で演じた中心的な役割を反映しているのである。
この頃に八分儀を作った人物が別に二人おり、 一人が英国の保険仲介人 (insurance broker) で天文学に非常に興味をもっていたカレブ・スミス (Caleb Smith) で (1734 年)、 もう一人がフランスの数学の教授で天文学者でもあったジャンポール・フシー (Jean-Paul Fouchy) であった (1732 年)。
ハドリーは二種類の反射四分儀を作成した。 二つ目のもののみがよく知られ、馴染みなものである。
ハドリーの最初の反射四分儀は単純な装置でフレームは 45° の弧であった。 上の図は、 王立学会の雑誌である Philosophical Transaction に掲載された論文のもので、 彼のデザインした本来の姿を見ることができる。 小さな照準望遠鏡がフレームの一方の端に搭載されている。 大きなインデックス・ミラー (Index mirror) がインデックス・アームの回転部に搭載されている。 二番目の、より小さい水平線ミラー (Horizon mirror) はフレームに搭載され、望遠鏡の照準先にある。 水平線ミラーにより、観測者は視野の半分でインデックス・ミラーの像を見て、 同時に他の半分で遠方のオブジェクトを見ることができる。 シェード (影) が装置の頂点に搭載され、これにより明るいオブジェクトを見ることができる。 星の観測をする場合には、シェードを軸の周りに回転して、視野の外に移動する。
望遠鏡から観測する際に、ナビゲーターは一方で直接前にあるものを見る。 また一方で、水平線ミラーからの反射を見ることになる。 水平線ミラーの光はインデックス・ミラーの反射光である。 インデックス・アームを動かせば、 インデックス・ミラーは、視線から 90° 以内のどのようなオブジェクトも捉えることができる。 二つのオブジェクトを同じ視野に置いて、一緒に揃えることにより、ナビゲーターは二つのオブジェクトの 間の角度を測定できる。
元々の反射四分儀はほとんど製造されなかった。 その一つは、Baradelle によって製造され、パリの海洋博物館 (Musée de la Marine) が所有している。
ハドリーが二番目にデザインしたものは現代のナビゲータに馴染みな形をしている。 上の絵も、彼の 王立学会 の論文からのものであり、詳細がわかる。
彼はインデックス・ミラーをインデックス・アームに置き、 二枚の水平線ミラーを提供した。 上部のミラーは、照準望遠鏡の線上にあり、十分に小さく作られていたため、 直接前方を見ることができ、同時に反射してくる光景を見ることができた。 反射してくる光景はインデックス・ミラーから反射してくるものである。 直前の装置と同様に、 ミラーの配置により観測者は直接前方にあるオブジェクトと、 インデックス・ミラー、水平線・ミラーで次々に反射し、更に望遠鏡を通ってくる光を 同時に見ることができた。 インデックス・アームを動かすことにより、 ナビゲーターは前方から 90° 以内のどのようなオブジェクトも見ることができた。
このデザインにおける重要な相違点は、ミラーにより、装置を水平にではなく垂直にするようになった点と、 ミラーの設定にゆとりを与え、相互に干渉しなくなった点である。
第二の水平線ミラーは興味をそそられる考案である。 望遠鏡は取り外しができるのである。 望遠鏡は再装着して、フレームの反対側から第二の水平線ミラーを見ることができるのである。 二つの水平線ミラーを互いに直角になるように搭載して、 望遠鏡を動かせば、一方の水平線ミラーでは 0° から 90° までの角度を測定し、 もう一方の水平線ミラーでは 90° から 180° までの角度を測定できたのである。 これにより、装置は非常に融通がきいた。 不明な理由から、この機能は一般に使用された八分儀では実装されなかった。
この装置とこの記事のトップにある典型的な八分儀の写真を比較すれば、 より現代的なデザインとの相違点は次のものである。
カレブ・スミス (Caleb Smith) は 英国の保険仲介人 (insurance broker) で天文学に非常に興味をもっており、 1734 年に八分儀を作っている。 彼はそれを「天体スコープ」もしくは｛海洋四分儀」と呼んでいる。 彼は反射面を提供するために、インデックス・ミラーに加えて、固定したプリズムを使用した。 研磨した金属鏡面の質が低く、 平らで平行な面を持つガラスの製造や、それをコーティングすることが 困難な時代においてはプリズムは鏡よりは有利であった。
上の絵において、 水平線成分 (B) はミラーでもよいしプリズムでもよい。 インデックス・アームにおいて、 インデクス・ミラー (A) はアームと共に回転する。 照準望遠鏡はフレーム (C) に搭載されている。 インデックスはスケール (D) において副尺 (バーニヤスケール)などを使用しなかった。 スミスは装置のインデックス・アームをラベルと呼んだ。 これは、エルトン (Elton) が彼の「海洋四分儀」で呼んだ方式である。
スミスによる色々なデザイン上の要素がハドリーの八分儀より質が低く、 多く使用されることはなかった。 例えば、天体スコープで問題となる点は観測者の視線の角度である。 見下ろすことにすれば、通常の頭の向きと異なり、観測をすることが困難となったのである。
八分儀にはそれ以前の装置よりも有利な点が幾つもあった。
照準は容易に合わせることができた。 何故ならば、水平線も星も、船の縦揺れや横揺れと一緒に動いたからである。 これにより、観測者は水平線と星を同時に直接見ることができたため、 観測の誤差は観測者にそれほど依存しない状況となった。
18 世紀に利用可能な製造技術によって、 装置は非常に正確に (角度を) 読み取れるようになった。 装置の大きさを小さくしても精度が失われることがなかった。 八分儀は「デービスの四分儀」の大きさの半分でよく、 エラーが増大することはなかったのである。
光の通り道にシェード (影) を置くことにより、 太陽を直接観測できたし、シェードを光の通り道から移動すれば、 明るくない星も観測できた。 これにより、装置は昼夜を問わずに使用できたのである。
1780 年までに八分儀と六分儀はそれ以前の装置を完全に排除したのである。
初期の八分儀は主に木製で、 後には象牙や真鍮の部品を色々組み込んだ。 最も初期のミラーは研磨した金属であった、 これは平らで平行な表面を持ったガラスを製造することと、コーティングして鏡を作る技術に制約があったためである。 ガラスを研磨する技術が向上するにつれ、 ガラスの鏡が提供されるようになった。 これは水銀を含んだスズの アマルガム によるコーティングで、 銀やアルミによるコーティングは 19 世紀まで利用可能ではなかった。 初期には研磨した金属の鏡の光学的性質の品質が劣悪であったため、 望遠鏡照準は現実的ではなかった。 この理由から、最も初期の八分儀では裸眼で照準を合わせる視準板 (pinnula) を 使用した。
初期の八分儀には 後方棒 にはありふれた幾つかの機能、例えば目盛の 横断線など を保有していた。 しかしながら、(目盛を) 彫り込んでみると、装置は明らかに 2 分ほどの精度しかなかった、 その一方で、後方棒は明らかに 1 分の精度があった。。 副尺 (バーニヤスケール) の使用から 1 分の精度で目盛を読むことができるようになり、 これにより装置の販売性が向上した。 この事実と副尺 (バーニヤスケール)の方が横断線よりも容易であったため、 18 世紀後半に製造された八分儀は副尺 (バーニヤスケール)を採用することとなった。
八分儀は多く製造された。 木や象牙でできており、 全部真鍮でできている六分儀よりは比較的安く、 人気のある装置となった。 デザインが標準化され、 多くの製造業者は全く同一のフレームのスタイルや部品を使用した。 異なる店が異なる部品を製造できるようになり、 木工業者はフレームを作るのに特化し、 それ以外のものは真鍮の部品を作ることに特化した。 例えば、Spencer, Browning and Rust は 1787 年から 1840 年まで科学装置の製造業者であったが (1840 年以後は Spencer, Browning and Co. となった) 「ラムスデンの 目盛り刻印機」(Ramsden dividing engine) を使用して象牙に目盛を付けた。 これらは他の業者により広く使用され SBR の頭文字が 他の多くの製造業者の八分儀に見出されることになった。
これらの八分儀には多くのオプションがあった。 基本的な八分儀は目盛が直接フレーム彫り込まれており、 これが最も安かった。 これらには望遠鏡照準がなく、その代わりに一つ穴あるいは二つ穴の 視準板を使用した。 象牙のスケールを使用すれば値段が上がり、 真鍮のインデックス・アームや副尺 (バーニヤスケール)を使用しても値段が上がった。
1767 年の最初の 航海年鑑に 月からの距離 の表が掲載されて、 これによりナビゲータは太陽と月の間の角度から (グリニッジの) 現在時を 決定できるようになった。 この角度は時々 90° よりも大きくなり、 八分儀では測定できなくなった。 この理由からジョン・キャンベル提督 (Admiral John Campbell) は 「月からの距離方式」の船上における実験を実施してから、 より大きな装置を提案した。これにより 六分儀が開発された。 この時以降、六分儀は著しい発展と改良を見ることとなり、 洋上ナビゲーターの選ぶべき装置となった。 八分儀は 19 世紀に至るまで製造された。 これは (六分儀ほど) 正確ではなかったが、それほど高価ではなかった。 八分儀は望遠鏡が付いていない型式も含め、 より安かったため、 商業や漁業の船団の船にしてみれば現実的な装置であった。
19 世紀に至るまで、ナビゲーターの間で共通にされたことは、 六分儀と八分儀を併用することである。 六分儀は注意して使用され、「月からの距離」に使用されたのみであり、 一方で、八分儀は毎日の太陽の南中時の高度を測定するために使用された。 これにより非常に正確で値段の高い六分儀を保護し、 より手に入れやすい八分儀は八分儀で事が足りる場合に使用したのである。
1930 年代の初頭から、1950 年代の終わりにかけて 幾つかの型式の民生用あるいは軍事用の気泡八分儀が 航空機の上で使用するために製造された。 すべてが気泡の形で人工水平線が取り付けられ、 地表から何千フィートもの上空で水平線とそろえるために、 気泡を中央になるようにした。 装置の中には記録できるものもあった。
