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マリンクロノメーター

Jeremy Thackerのマリン「クロノメーター」はジンバルとベルジャーの真空を使用していました。
さらに詳しい説明をして下さい。 経度の歴史

地表の位置を決めるには、緯度、経度、高度を知ることが必要かつ十分なのです。 海面を航行する船舶の場合、当然ながら高度の考慮は無視できます。 1750年代半ばまで、陸地が見えない海上での正確な航法は、経度の計算が困難なため未解決の問題であった。 航海士は、正午(太陽が天空で最も高くなる時、つまり頂点の時)の太陽の角度を測るか、北半球では北極星の地平線からの角度を測る(通常薄明の時)ことで緯度を知ることができました。 しかし、経度を求めるには、船上で使える時間基準が必要だった。 ガリレオが木星の自然衛星を観測して行ったような規則正しい天体の運動の観測は、海上では船が動くため通常不可能であった。 1514年にヨハネス・ヴェルナーによって提唱された月の距離法は、マリンクロノメーターと並行して開発されたものである。 1530年、オランダの科学者ジェマ・フリシウスが経度を決定するためにクロノメーターの使用を初めて提案しました。

クロノメーターの目的は、例えばグリニッジ標準時(GMT)のような、既知の固定地点の時間を正確に測定することです。 これは特に航海において重要なことです。 現地の正午のGMTを知ることで、航海士は船の位置とグリニッジ子午線の時差を利用して、船の経度を決定することができます。 地球は一定の速度で回転しているため、クロノメーターと船の現地時間との時差を利用して、球面三角法を用いてグリニッジ子午線(0°と定義)に対する船の経度を計算することができるのです。 現代の実践では、航海暦と三角測量視力減退表により、航海士は水平線が見えているときはいつでも、太陽、月、可視惑星、または航海用に選択した 57 個の星のいずれかを測定できます。

海上で確実に機能する時計の作成は困難でした。 20世紀まで、最高の計時装置は振り子時計だったが、海上での船の揺れと地球の重力の0.2%までの変化のために、単純な重力に基づく振り子は、理論的にも実際にも役に立たなかったのである。

最初の例 編集

Henry Sully (1680-1729) 1716年に最初のマリンクロノメーターを発表

クリスティアーン・ホイヘンス(Christiaan Huygens), 1656年に振り子時計を発明した後、1673年にフランスでジャン=バティスト・コルベールの後援のもと、マリンクロノメーターの製作を初めて試みました。 1675年、ルイ14世から年金を受け取っていたホイヘンスは、振り子の代わりにヒゲゼンマイを用いたクロノメーターを発明し、マリンクロノメーターや現代の懐中時計、腕時計への道を切り開くことになる。 コルベールから特許を取得したが、この時計は海上では不正確なままであった。 1675年、ホイヘンスがチャールズ2世から英国での特許を取得しようとしたのをきっかけに、数年前にゼンマイ式時計を考案していたというロバート・フックが、時計の製造と特許取得を試みるようになった。 1675年、ホイヘンスとフックはそれぞれ2つの時計をチャールズ2世に届けたが、どれもうまく作動せず、ホイヘンスもフックも英国特許を取得することはできなかった。 この時、フックは「フックの法則」と呼ばれるものを考案した。

John Harrison の1735年の H1 marine chronometer

この言葉が最初に使われたのは1684年の Arcanum Navarchicum で、Kiel 教授 Matthias Wasmuth による理論的著作物でした。 その後、1713 年にイギリスの科学者ウィリアム・デラムが発表した著作の中で、クロノメーターのさらなる理論的な説明がなされました。 デラムの主著「物理神学」(神の創造物から神の存在と属性を証明する)は、時計をより正確に作動させるために真空封止を用いることも提案している。 1714年にイギリスのジェレミー・サッカーが、その2年後にはフランスのヘンリー・サリーが、実用的なマリンクロノメーターの製作に着手している。 サリーは1726年に「Une Horloge inventée et executée par M. Sulli」という論文を発表しましたが、彼のモデルもサッカーのモデルも、船上で海の揺れに耐え、正確な時刻を刻むことはできなかったのです。

The principles of Mr Harrison’s time-keeper, 1767に掲載されている1761年のハリソンのH4クロノグラフのデッサンです。

1714年、英国政府は海上で経度を決定する方法に対して経度賞を提供し、賞金は精度に応じて1万ポンドから2万ポンド(2021年換算で200万ポンドから400万ポンド)にもなりました。 ヨークシャーの大工、ジョン・ハリソンは1730年にプロジェクトを提出し、1735年には、重力や船の動きに影響されない、バネでつながれた一対の逆振動する錘付き梁を用いた時計を完成させた。 1741年に完成した最初の2つの海上時計H1とH2は、この方式を採用していたが、遠心力の影響を受けやすく、海上では十分な精度が得られないことに気付いたのである。 1759年に完成した3号機(H3)は、新しい円形テンプを搭載し、バイメタル・ストリップとケージド・ローラー・ベアリングを発明し、これらは現在でも広く使われている。

Ferdinand BerthoudのMarine Chronometer no.3, 1763

ハリソンは1761年にはるかに小さいH4クロノメーターを設計して精度に関する問題を解決しました。 H4 は、直径 5 インチ (12 cm) の大きな懐中時計によく似た外観でした。 1761年、ハリソンはH4を2万ポンドの経度賞のために提出しました。 彼のデザインは、温度補正されたヒゲゼンマイで制御された高速振動のテンプを使用していた。 これらの機能は、安定した電子発振器によって非常に正確な携帯用時計が手頃な価格で作られるようになるまで、使われ続けました。 1767年、経度委員会は『ハリソン氏の計時の原理』の中で、彼の研究を紹介した。 1767年、シャルル=フランソワ=セザール・ル・テリエ・ド・モンミライユ率いるフランス遠征隊が、オーロール号で海洋クロノメーターを用いた初の経度測定を実施しました。

現代の発展 編集

Pierre Le Roy Marine Chronometer, 1766年,

1748年、フランスでピエール・ルロワは、現代のクロノメーターの特徴であるデテント脱進機を発明しました。 1766年には、デテント脱進機、温度補正テンプ、等時性ヒゲゼンマイを搭載した画期的なクロノメーターを完成させました。 ハリソンは海上で信頼できるクロノメーターの可能性を示しましたが、ルパート・グールドはルロワのこれらの開発が近代クロノメーターの基礎になったと見なしています。 ルロワの革新的な技術により、クロノメーターは予想以上に精度の高いものとなったのです。

1772年のハリソンのクロノメーターH5、現在はロンドンの科学博物館で展示

フランスのフェルディナン・ベルトード、イギリスのトーマス・マッジも海洋計時の製造に成功しました。 いずれも単純なものではありませんでしたが、ハリソンの設計が問題に対する唯一の答えでないことを証明しました。 1780年には、トーマス・アーンショウとジョン・アーノルドが、脱進機を簡素化した「スプリング・デテント」を開発し特許を取得、温度補正をテンプに移し、テンプの設計と製造を改善するなど、実用化への大きな一歩を踏み出しました。

Ferdinand Berthoud chronometer no. 24 (1782), on display at the Musée des Arts et Métiers, Paris

新しい技術は当初非常に高価で、372人の命を失った東インド洋のアーニストン号の最後の航海に示されるように、すべての船がクロノメーターを搭載するわけではありませんでした。

当時の船は、長い航海に出る前に、グリニッジの王立天文台にあるようなタイムボールを観測して、クロノメーターをチェックするのが一般的でした。 毎日、船はグリニッジのテムズ川に一時停泊し、午後1時ちょうどに天文台の球が落ちるのを待っていた。 この習慣が、後にグリニッジ標準時が国際標準として採用される一因となった。 (1920年頃、電波時計が導入され、ボールは不要になったが、GPS時刻に取って代わられた) 船のクロノメーターは、航海に出る前に時刻を合わせるだけでなく、航海中も月や太陽の観測を行い、その精度をチェックすることが日常的に行われていました。 通常、クロノメーターは風雨にさらされないよう、甲板下の安全な場所に設置されます。 船員はクロノメーターを用いてハックウォッチと呼ばれる時計をセットし、それを甲板上に携帯して天体観測を行ったのです。

19世紀半ばに工業生産方式が時計製造に革命をもたらしましたが、クロノメーターの製造はずっと工芸的なままでした。 20 世紀に入ると、ユリス・ナルダンなどのスイスのメーカーが近代的な生産方式を取り入れ、完全な互換性のある部品を使用するようになりましたが、アメリカのハミルトン社が大量生産のプロセスを完成させ、第二次世界大戦ではアメリカ海軍& 軍や他の連合国の海軍のためにハミルトンのモデル 21 とモデル 22 クロノメーターの数千を生産できるようになったのは、この頃になってからのことです。 ハミルトンの成功にもかかわらず、機械式計時の時代には、昔ながらの方法で作られたクロノメーターが市場から消えることはなかった。

海洋クロノメーターの正確さと、それが可能にした航海術の正確さがなければ、英国海軍、ひいては大英帝国の隆盛はなかったかもしれません。戦争と海外の植民地の征服による帝国の形成は、ポルトガル、オランダ、フランスの敵がそうではなかったのに対し、英国船がクロノメーターによって信頼できる航海術を持っていた時代に行われたのです。

ハリソンのH1からH4までを含む海洋クロノメーターの最も完全な国際的コレクションは、イギリス、ロンドンのグリニッジ王立天文台にあります

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