六分儀

六分儀とは

六分儀（ろくぶんぎ、英語: sextant）は、二つの視認可能な物体間の角度、特に天体と地平線との間の角度を測定するための反射計器です。主に天測[[航法]]に用いられ、海図上の位置線を計算するために不可欠な道具です。

六分儀の主な用途

- 天測[[航法]]: 天体（太陽、星、月など）と地平線との間の角度（高度）を測定し、緯度や経度を算出します。この測定は、sighting object（対象に照準を合わせること）、shooting object、taking a sight（照準の捕捉）と呼ばれます。
- 距離測定: 高さのわかっている目標物の見かけの角度を測定することで、その目標物までの距離を測ることができます。
- 位置推定: 六分儀を水平に保持して、2点間の角度を測定することで、海図上の位置を推定することができます。
- 時刻測定: 月と天体との間の角距離（月距）を測定することで、グリニッジ標準時を計測し、経度を決定できます。

六分儀の名前の由来

六分儀の枠が円の1/6（60度）の扇形をしていることから、「六分儀」という名前が付けられました。

歴史

前史

航海での角度測定には、古くから四分儀が用いられていました。船乗りによる四分儀の使用記録は、13世紀にまで遡ることができます。また、天体の高度測定に四分儀を使用した記録は、プトレマイオスの『アルマゲスト』（西暦150年頃）にも見られます。

八分儀から六分儀へ

1730年、ジョン・ハドリーによって八分儀（オクタント）が開発されましたが、測定できる角度が小さいという欠点がありました。その後、1731年頃にジョン・ハドリーとトーマス・ゴッドフリーによって航海用六分儀が初めて実用化されました。アイザック・ニュートンも、未発表の書簡の中で六分儀の原理に触れていたことが後に判明しています。

日本では江戸時代、三浦梅園が1778年に長崎で八分儀を実見し、1853年の『六分円器量地手引草』によれば、文政年間から六分儀が使用されていたことがわかります。

航海用六分儀

この節では、主に天測[[航法]]で使用される航海用六分儀について説明します。ここで述べられる内容は、他の種類の六分儀にも当てはまる部分が多いです。

利点

- 高い精度: バックスタッフ（デイビス四分儀）と同様に、六分儀は計器に対してではなく水平線に対して天体を測定するため、より高い精度で測定できます。さらに、バックスタッフとは異なり、六分儀は星を直接観測できるため、夜間での使用も可能です。
- 太陽観測: フィルターを使用することで、太陽を直接観測することもできます。
- 動きの影響が少ない: 六分儀は相対的な角度を測定するため、完全に固定した照準を必要としません。例えば、動いている船で使用しても、水平線と天体の相対的な位置は安定しており、測定精度は高いままです。
- 電気依存なし: GPSのような電気に依存せず、人間の制御に依存しないため、船舶における航行装置のバックアップとして非常に実用的です。現代においても、アメリカ海軍はGPSが機能しない状況を想定し、六分儀の訓練を行っています。

構成

六分儀は、以下の主要な要素で構成されています。

- フレーム: 円の1/6（60度）の扇形をした枠で、「六分儀」という名前の由来となっています。1/8（45度）の八分儀、1/5（72度）の五分儀、1/4（90度）の四分儀もあります。
- 水平鏡: 視野を二分割し、片方で水平線を、もう片方で天体を見ます。半水平鏡と全水平線六分儀の2種類があります。
- 動鏡: 指標棹の動きに合わせて角度が変わる鏡です。
- 指標棹: 動鏡を動かすための棒で、目盛りが刻まれています。
- 望遠鏡: 天体を観測するための単眼鏡です。
- シェードグラス: 太陽観測時に目を保護するためのフィルターです。
- マイクロメータドラム: 正確な測定をするための微調整機構です。

水平鏡の種類

- 半水平鏡: 視野を二分割し、水平線と天体の両方を明るく鮮明に見ることができます。夜間や靄の時に優れています。
- 全水平線六分儀: 半透明の水平鏡を使用し、水平線と天体の全景を重ねて見ることができます。天体の下端を水平線に合わせやすく、観測対象が太陽や月であることが多いため、実用上ほとんど問題ありません。

その他の構成要素

- 人工水平線: 水平線が見えない時に、水平線の代わりに使用します。通常、液体で満たされたチューブの中に泡が入っています。
- フィルター: 太陽観測時に使用し、グレアを軽減し、目を保護します。段階的に色が濃くなる一連のフィルターや、偏光フィルターがあります。
- 望遠鏡: 1倍から3倍の単眼鏡を搭載しており、夜間には光を増幅する単眼鏡が用いられることもあります。
- ワーム調整: 正確な角度を固定し、1分（1/60度）まで読み取ることができます。副尺で0.1分まで読み取ることも可能です。

フレームの材質

- インバー: 高精度の六分儀に使用される低膨張の鋼です。
- 石英やセラミック: 科学用六分儀に使用され、さらに低い膨張率を持ちます。
- 真鍮やアルミニウム: 市販の六分儀に使用され、真鍮は膨張が少ないですが重く、アルミニウムは軽いため疲労を軽減できます。

航空機用六分儀

航空機用の六分儀は、人工水平線を備え、頭上の窓から観測できるように設計されています。また、ランダムな加速度を補正する機能や、開放型の操縦席で使用するための光路も備えていました。より近代的な航空機用六分儀は、潜望鏡のように機体の上部に突起させることができます。

計測方法

六分儀を使った角度測定は、以下の手順で行われます。

1. 水平線の視認: 六分儀の望遠鏡で水平線を視認します。海面に近い位置から見ると、よりはっきりと地平線が見えます。
2. 太陽観測: シェードグラスを使用して太陽の像を捉え、指標棹を動かして太陽の下端を水平線に合わせます。微調整ネジで正確な位置を合わせ、角度を読み取ります。
3. 恒星・惑星観測: 夜明けや夕暮れ時に天体と地平線を観測します。天体の下端を区別する必要はありません。
4. 位置の絞り込み: 観測された天体の等高度円を地球上に描き、他の観測情報と合わせてより正確な位置を特定します。

調整

六分儀は精密なため、ミラーの位置がずれやすく、定期的な調整が必要です。調整は次の順序で行われます。

1. 垂直エラー: 動鏡がフレームに対して垂直でない場合、指標棹を約60度に設定し、鏡の中の目盛りが途切れないように調整します。
2. サイドエラー: 水平鏡が装置の平面に対して垂直でない場合、指標棹を0にして星や地平線を観測し、反射像と直視像が重なるように調整します。
3. 視準エラー: 望遠鏡が六分儀の平面に平行でない場合、視野の両端にある星を観測して調整しますが、現代の六分儀では調整が不要なことが多いです。
4. 指標エラー: 指標棹が0に設定されているときに動鏡と水平鏡が平行でない場合、水平線の反射像と直視像が重なるように調整します。

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