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Ramsden surveying instruments - Wikipedia

この文書は元々は「ラムスデンのセオドライト」でしたが、 内容が少し拡張され「ラムスデンの測量機器」となりました。 18 ～ 19 世紀に英国で起きた測量機器の精密化の歴史がもう少しわかりやすくなりました。 測量機器の精密化は経度懸賞の波及効果です。

ラムスデンの測量機器はジェシー・ラムスデン (Jesse Ramsden) により 建造されたもので、 1784 年から 1853 年の時期に実施された高精度 測地測量で使用された。 これに含まれるものに 5 台のグレート・セオドライト ―― 名前が大きく、サイズが大きく、精度が大きい ―― があり、ブリテン島とそれ以外の世界の場所の測量で使用された。 ラムスデンが更に提供したものに、これらの測量の多くの基線 (base line) の 測定に使用された装置、 そして経度決定で使用された 天頂望遠鏡 (zenith telescope) がある。

ラムスデン RS, 1787 年のセオドライト、 1941 年の サウサンプトンの戦時爆撃で破壊

全部でこのような 8 台の機器がブリテン島、インド、そしてスイスで使用するために、 ラムスデンなどに製造された。 ラムスデン自身は 3 台のセオドライトを建造し、更に 2 台が彼のデザインで 1805 年の彼の死後に、 義理の子息、且つ事業の後継者であるマシュー・バージ (Mathew Berge) により完成した。 他の機器の内、一台はウィリアム・キャリー (William Cary) により建造され、他の 2 台はトロートン&シムス社 (Troughton&Simms) により建造された。

1783 年に、ロンドンの王立学会は、 イギリス海峡両側のグリニッジと確立したフランスの三角点 (survey station) の間の 高精度の測地測量 ―― 英仏測量 (1784 年 - 1790 年) (Anglo French Survey, 1784 - 1790) ―― を引き受けるために王室の同意を得ることで、(根拠のない) フランスのグリニッジ天文台批判に反応した。 認可が承諾され、 ウィリアム・ロイ将軍が仕事を引き受けることに同意し、 直ちにラムスデンに接近し、新しい機器を依頼した。 3 年後に 「グレート」セオドライが遅れて届けられ、この原因は ラムステンの遅延、 仕事場の事故、 継続的に改良することの好み ―― 「これはうまく行かない、もう一度しないといけない」 ―― によっていた。 この機器は国王によって支払われ、王は直ちにこれを王立学会に引き渡した。 この理由から、このセオドライトは王立学会セオドライト (Royal Society theodolite) あるいは略して ラムスデン RS と呼ばれた。

英仏測量 (1784 年 - 1790 年) の最後の報告にこのセオドライトの完全な説明がある。 この機器は大きく、差し渡し 36 インチ (910 mm)、そして普通、台に搭載され、これにより 照準望遠鏡は高さが 5 フィートと 6 フィートの中間になった。 重さはおよそ 200 ポンド (91 kg)、付属品と箱は同程度の重さであった。 これはブリテン島を 60 年以上も自分自身のバネ付き馬車で周遊し、 そこで山、教会の塔、そして足場の付いた尖塔にも引きずり上げられた。

水平な円形目盛りはとても正確に、 (円弧の) 15 分の間隔で、 ラムスデン自身の ディバイディング・エンジンを使用して分割された; 直径 36 インチ (910 mm) の目盛りの上の印はおよそ 1/6 インチ (4.2 mm) 離れていた。 望遠鏡の位置は従って、1 度の 4 等分点の最も近い箇所を眼で読むことができたが、 分割間の正確な位置は、図示されるように焦点平面で調節可能な十字線の付いたマイクロメーター顕微鏡で読んだ。 ネジ山は 15 回の完全回転で 1 つの目盛の印から次の印 ―― すなわち 15 分 ―― に移動し、 調整ノブ (adjusting knob) の目盛りにより、1 回の 60 分の 1 を測定できるため、その結果精度は円弧の 1 秒であった。

マイクロメーター顕微鏡の詳細

機器には垂直な半円目盛も装着され、遠くの三角点 (station) の高さを測定し、 従って、高度差を測定した。 顕微鏡に使用されるものに類似した十字線は接眼レンズに装着されている; これはネジ山で調節され、これにより角度が円弧の 5 秒以内で測定可能であった。

英仏測量の典型的な距離は 20 マイル (32 km) より少なかった: この距離では円弧の 1 秒は、目的の三角点 (station) におけるおよそ 7 インチ (18 cm) の横あるいは垂直の移動に対応する。 他のどのセオドライトも当時、この精度に匹敵できなかった。 これは大きな測量 3 角形の球過量 (spherical excess) を測定できる最初の機器であった。

英仏測量が完了してから、この機器は王立学会で保存されたが、 1799 年に軍需委員会 (Board of Ordnance) は英国の主要三角測量で、 この使用を要望した。 測量が完了して、セオドライトは陸地測量部 (Ordnance Survey) のサウサンプトン (Southampton) における本部で保存され、 ここで 1941 年に空襲で破壊された。

1775 年に王立学会への報告で、ウィリアム・ロイ (William Roy) は子午線円弧と緯度円弧の両方の測定場所として、インドが 適切であることに注意した。 彼にとって、喜ばしいことに、東インド会社はそのような冒険事業 (venture) を喜んで引き受け、 ラムスデンから第 2 のグレート・セオドライトを注文した。 これは 1771 年に用意できたが、ラムスデンは製造上の問題から価格を上げることを余儀なくされると考えた。 驚くことに、会社は彼の価格を拒否し、機器の購入を拒絶した。 これはリッチモンド公爵 (Duke of Richmond) により購入され、彼は軍需委員会 (Board of Ordnance) の長 (Master) として、 ロイ (Roy) の英仏測量 (Anglo-French Survey, 1784 年 - 1790 年) の資金の大半を提供した。 セオドライトは大砲委員会のセオドライト、あるいは省略してラムスデン BO と命名された。 リッチモンドの意図は、ブリテン島南部の州でのロイ (Roy) の測量の延長線で新しいセオドライトを使用することであった。 この機器は基本的には最初のものと同じであるが、追加の改良があり、 主に精密マイクロメーターを取り付けた顕微鏡の数と設置であった。 これは 1853 年の 英国の主要三角測量の完了まで使用され、 現在はロンドンの サイエンス・ミュージアムにある。

ラムスデン BO、1791 年のセオドライト、 現在はロンドン、サイエンス・ミュージアムにある。

「三角測量」(Trigonometric Survey) の説明に、 1791 年から 1794 年にマッジ (Mudge), ウィリアムズ (Williams), そしてドールビー (Dalby) が、 このセオドライトにした改良の説明がある。

ラムスデンは少なくとも 1 台の別の 3 フィート (0.91 m) のセオドライトを製造し、 この部品がスイスで発見された。 彼の死後、マシュー・バージ (Mathew Berge) が会社を引き継ぎ、ラムスデンのデザインで、もう 2 台の大きな機器を製造したことが 知られている。 ラムスデンは多くのセオドライトを製造し、これにはグレート・セオドライトと同じ一般デザインの 8 インチ機器が含まれる。 この機器と彼の 2 台のグレート・セオドライトはクラーク&ジェームス (Clarke & James) による 「Principal Triangulation」(1958) の説明に記述されている。

東インド会社はラムスデンの 2 番目のセオドライトを受け付けなかったが、 彼らは他のロンドンの機器製造家であるウィリアム・キャリー (William Cary) に類似のデザインを依頼した。 このセオドライトは 1802 年からインドで使用された、 もっとも 1808 年にわずかな中断があり、この時建物の頂上に上げようとして被害を被った。 これは修理され、 60 年間使用された。 改良デザインによる新セオドライトは 1830 年にトロートン&シムス社 (Troughton&Simms) により、 インドの測量 (Indian Survey) のために製造され、2 台一緒に 1874 年まで任務に就き、 この時キャリー (Cary) の製造した機器はトロートン&シムス社 (Troughton&Simms) の製造した別の機器で交代された。 この最後の機器は移動用の箱に入れた時に重さ 1,455 lb (660 kg) の化け物であった。 驚くに当たらないことは山に登って移動するには重すぎ、1882 年に南アフリカに渡った。 大きな機器は 1874 年以後、もはや製造されなかった。 というのは精密機器の継続する進展により、影が薄くなったからであった; 19 世紀末までに、円弧の 1 秒の精度は 12 インチ (300 mm) の機器で達成できた。

18 世紀の測量技師は ガンター氏側鎖を使用し、これは長さ 22 ヤード (1 チェーン (chain) で、7.92 インチの 100 リンク (link)) であった。 これは土地台帳 (cadastral) の測量には適切であったが、 英仏測量 (Anglo-French Survey, 1784 年 - 1790 年) ―― 英国の最初の高精度測量 ―― には精度は不十分であった。 ロイ (Roy) は 100 リンク (各々 1 フィート) の新しい鎖 (chain) を準備するようにラムスデンに依頼した。 彼は 3 本の正確に目盛りを付けた長さ 20 フィートの木製の棒 (rod) を用意することもラムスデンに依頼した。 これらは異なる湿度で長さに変動があったため、失敗であることが判明した; この代わりに目盛りを付けたガラスの管を使用した。 鎖はガラスの管と同じように正確であることが判明し、次の 30 年間以上、基線測量に使用された。 後に、更にもっと正確な測定によって、ラムスデンの 100 フィート (30 m) のチェーンの 正確さは 5 マイルに付き、およそ 3 インチであった。 実際の使用で、チェーンは全長に渡って、木製の架台で支えられ、 既知の一定の重さで張力を持たせた。 この熱膨張係数は注意して測定され、温度変動が考慮された。 完全な詳細は (図版と共に) ハウンズロー・ヒース (Hounslow Heath) の基線測定のロイの説明に与えられている。

アメリカの測量技術者も時々、100 フィートのチェーンを使用し、 これも 100 リンクあり、技術者のチェーン (engineer's chain) と呼ばれた。 どちらの場合も、チェーンの用語は通常長さの単位ではなく、測定機器を言及し、 測定距離は通常、フィート及びフィートの 10 進小数 (分数でない) で与えられる。

ラムスデンのチェーンは英国に起源があるにもかかわらず、 ガンターのものが英国で優位である: 「何も言わずに、チェーンを話せば、 ガンター氏側鎖のことが意味される」と マッコーン・ランキン (Macquorn Rankine) の ビクトリア中期の「土木技術のマニュアル」が述べている。

1802 年にジェシー・ラムスデンにより建造された天頂望遠鏡は、 英国の主要三角測量の多くの三角点 (station) の 経度決定に使用された。 この持ち運び可能な機器は、野外調査に天文台の精度を持ち込むようにデザインされている。 外側の枠はおよそ 12 フィートの高さで、内側の枠に搭載された望遠鏡は長さ 8 フィート (2.4 m) であった。 望遠鏡は 大気差 (refraction) によるエラーを防ぐために、天頂の数度以内に観測が 制限されていた。 この機器の完全な説明はピアソン (Pearson) によって与えられている。

ラムスデンの天頂望遠鏡