アストロラーベのしくみ

たとえば、1960年以前に生まれ、あらゆる種類の技術教育を追求した場合、間違いなく、歴史上最もユビキタスなコンピューターの1つである計算尺を利用したことになります。私は（1964年生まれ）このツールを使用したことはありませんが、父のことをはっきりと覚えています。それは彼の机の一番上の引き出しにあり、分度器、コンパス、製図三角形、そして最終的には時代遅れになるテキサスインスツルメンツのLED計算機の隣にありました。何かがとても単純で、とても複雑であることに同時に魅了されて、私はそれを頻繁に試しました。

1360年に、子供は別のタイプのアナログコンピューターで同様の経験をした可能性があります。彼または彼女はそれを使用する方法、そしておそらく、木や青銅からそれを一から作る方法を訓練されていたでしょう。この装置はアストロラーベとして知られており、その名前は、最終的にはギリシャのアストロラーベ、つまり「スターテイキング」に由来しています。これは主に天体の高度の天文測定を行うために使用されましたが、鋭敏な哲学者、占星術師、船員がこの機器の何百もの用途を考案しました。アストロラーベは、間違いなく中世の計算尺でした。

今日、コンピューターやその他の技術が実際の天文学や海事のアプリケーションでそれらに取って代わりましたが、アストロラーベはテクノフィリア、科学史家、アマチュアスカイウォッチャーを魅了し続けています。多くの教育者は、教室でこのツールを使用して、天球について、また日の出/日の入り、月の出/月の入り、星の通過、逆行運動など、さまざまな天文現象をプロットして予測する方法について教えています。キューピッドから彗星を見分けることができない人々でさえ、その絶妙な職人技と美しさでアストロラボを高く評価しています。アートコレクターやアンティークディーラーが18世紀以前の素晴らしい標本に数千ドルを支払うことも珍しくありません。

では、ジェフリーチョーサーが、14世紀の論文でその構造と機能について書くことを余儀なくされ、約620年後、オートデスクフェローとソフトウェアエンジニアのトムウジェックがTEDGlobalの実用的なレプリカをデモするように促したのは正確には何でしょうか。次の数ページでは、アストロラーベの芸術と科学の両方、そして上昇と下降について説明します。そのすべての断片を検討し、次に、アストロラーベは空をデコードすることを目的としているため、実際の天文学の演習をいくつか行います。しかし、心配しないでください。外に出て首を伸ばして星を見る前に、たくさんの背景があります。

1. 宇宙黄道：アストロラーベの歴史
2. アリダードとアルムカンタールの：アストロラーベの解剖学
3. アストロラーベの使用：準備はいいですか？
4. 時間を告げる-あなたの素晴らしいアストロラーベで
5. あなた自身のアストロラーベを手に入れる

時計やカレンダーのずっと前に、人間は時間を測定し、惑星に自分自身を向けるために天国に目を向けました。古代の人々は、地球、太陽、月の動きに関連する周期を観察し、これらの周期を使用して、日、月、年の長さを決定しました。彼らはまた、星を非常に興味深く見て、夜空の狂った混沌に秩序をもたらす方法として、それらを写真（星座）に配置しました。

もう1つの組織的な慣習は、地球を取り囲むと考えられている架空の地球である「天球」でした。伝統的な地球儀のように、天球は北極と南極、赤道、緯度と経度に似た座標を持っていました。地球の表面の観測者にとって、星は球の内側に固定された光の点として存在していました。太陽、月、惑星は球体に固定されていませんでしたが、黄道と呼ばれる円形の経路を動き回っていました。

ここで、3次元の天球を取り、それを平らな2次元の表面に投影したいとします。これは、紀元前180年にニカイアで生まれたヒッパルコスのような学者が直面した根本的な問題でした。星の位置を説明します。ギリシャの天文学者は、各星を地球の赤道の平面に対応する平面上の点に接続する垂直線を想像することによって、地図を作成することができました。星の間の角度関係を保存した地図は、立体投影の最初の例であった可能性があります。

Claudius Ptolemy drew heavily from Hipparchus as he prepared his magnum opus, the "Almagest," and other books. In "Planisphaerium," published in 150 A.D., Ptolemy provides a complete description, almost certainly based on ideas from Hipparchus, of the mathematical techniques required to project points on the celestial sphere. The book seemed to be a handbook to construct a working instrument, but no evidence exists suggesting he actually built an astrolabe. He did, however, design and build the armillary sphere, a complex predecessor of the astrolabe

The first authoritative account of what would become the modern, much-easier-to-use astrolabe came from Theon of Alexandria in 390 A.D. OK, so Theon didn't actually build an astrolabe, but historians think he did provide a full blueprint.

When Islamic astronomers picked up Theon's treatise on astrolabes, they saw their value immediately. They began making and using the instruments -- and composing their own manuals. The first astrolabe guides written in Arabic appeared in the eighth century. By the 11th century, the devices began appearing in Muslim Spain. From there, it was hop, skip and a jump into Christian Europe, where astrolabes helped astronomers -- and even gifted poets like Chaucer -- bring order and stability to the night sky. They were an indispensable tool throughout the Middle Ages, until they became supplanted by newer, more specialized technologies, such as telescopes, sextants and pendulum clocks.

Planispheric or Maritime, Madam?

Zip back to the ancient world and you'd encounter two basic types of astrolabes. The first type, known as a planispheric astrolabe, helped astronomers calculate the positions of celestial objects. All early astrolabes were of the planispheric sort until seafaring folks saw how useful the instruments could be.

By about the 15th century, maritime astrolabes began appearing. They were like hacked versions of their planispheric cousins, used primarily to determine the altitude of the sun or a star, which could then be used to determine latitude. They came with two basic parts -- a graduated circle and an alidade, a sighting device or pointer used to measure angles. Planispheric astrolabes were a bit more complicated. They were also more idiosyncratic because their operation depended on the user's latitude.

If you had an ancient astrolabe in front of you, whether it originated in 11th-century Islam or 16th-century Europe, it would come with the same basic parts. Here they are, working from the bottom of the instrument to the top:

The mater (Latin for "mother") served as the base of an astrolabe. This circular plate, usually made of brass, stretched about 6 inches (15 centimeters) in diameter and a quarter-inch thick. Its center was hollowed out so one or more plates could sit on top, nestled in the depression. The rim of the mater, known as the limb, bore two scales -- an inner scale for measuring hours of the day and an outer one for measuring degrees from 0 to 360. A throne bearing a ring sat above the noon marking, defining the top of the astrolabe and providing an attachment point. When he wanted to use the instrument, an astronomer would tie a rope through the ring and let the device hang straight down.

Next came a series of plates, with each plate corresponding to a specific latitude. This was necessary because an observer located at the equator saw a different section of the night sky compared to an observer, say, at mid-latitude. For the astrolabe to work properly, it needed a plate specific to a given latitude.

Each plate came engraved with two kinds of circles. The first were circles of constant altitude known as almucantars, with the horizon being the most important almucantar. The second were azimuths, which met the almucantars at right angles. The most important azimuth was the meridian.

The rete (sounds like "treaty") rested on top of the plates. Modern retes are often made of transparent plastic so you can see through them to the plates below. To get the same effect in the ancient world, astrolabe makers cut away large portions of the metal, leaving behind a skeletal-like ring. The rete was marked with a number of stars and several important constellations. As it rotated around a central pin (the north celestial pole), the rete showed the daily motion of the celestial sphere. The perimeter of the rete contained an outermost scale divided into hours and an innermost scale marked with days of the year.

On some astrolabes, a clocklike hand called the rule, marked with declinations from -30 degrees to +70 degrees, lay on top of everything. A pin passed through the center of the instrument, holding all of the pieces together, but allowing the rule and the rete to rotate over the plate.

The back of the instrument contained a variety of useful scales and tables. All astrolabes included scales for measuring angles and determining the sun's longitude for any date. Many also had scales to solve simple trigonometry problems. An alidade also attached to the back, allowing a user to measure the altitude of a celestial object.

In the 10th century, Persian astronomer (and astrolabe adorer) Abd al-Rahman al-Sufi wrote a book claiming 1,000 uses for an astrolabe. The Persian may have been exaggerating slightly, but in the hands of a skilled practitioner, the instrument could provide answers to many problems. With an astrolabe, astronomers could calculate the position of celestial objects, the time of day (or night), the time of year, the altitude of any object, the latitude and much more.

One of the easiest calculations to make with an astrolabe is the altitude of an object above the horizon. The object could be anything -- a tree, a mountain peak, a star. To find its altitude, follow these steps:

Cool, huh? Now let's say you want to use the astrolabe to determine when the sun will set on a particular day. Here's what you do:

More fun hands-on stuff next.

Did you lose your smartphone ? No worries, just pull out your astrolabe to find the time of day or night. During the day, you would base your calculations on the altitude of the sun . At night, you would use the altitude of a visible star. As an example, let's walk through the steps to determine the time of night:

The Web site of the Oxford Museum of the History of Science provides an excellent interactive demo of this last exercise, using a replica of an ancient astrolabe. As it steps you through the process, it also shows the markings on the instrument's various scales.

If you're an astronomy buff, you've probably already invested in a good telescope. Now you might want to add an astrolabe to your collection. The simplest thing is to buy an astrolabe that's ready to go right out of the box. You can find some antique astrolabes on eBay, although any pre-20th-century instrument will set you back some serious dough. A better option is to buy a replica, which will give you an authentic ancient-astrolabe experience without the hefty price tag. Many Web sites offer a variety of planispheric and maritime astrolabes.

Modern materials do offer some advantages over brass and pewter. A good blend of old and new schools comes from Janus, a Delaware-based company behind several popular astrolabe resources. If you really want to kick it old school, you'll want to build your own astrolabe from scratch. To get the full experience, start by reading "A Treatise on the Astrolabe," the first English-language manual on the instrument. James E. Morrison, the owner and creator of Janus and The Personal Astrolabe, has translated Chaucer's work out of Middle English into kinder, gentler language we all can understand (a PDF of the translation is available here).

To build an astrolabe you can use as you read the 14th-century treatise, your best bet is to start with pre-existing templates. In "The History and Practice of Ancient Astronomy" (Oxford University Press, 1998), author James Evans provides a set of complete patterns to make an astrolabe. You simply photocopy the patterns onto paper (or onto an acetate transparency in the case of the rete), glue them down to card stock, cut out the parts, punch a hole in the center and bind everything together using a bolt and nut. He specifically provides patterns for two altitude plates -- Seattle and Los Angeles -- but you can also find others in the body of the book.

もう1つの優れたリソースは、ハワイ大学の天文学研究所によって開発された実践的なアストロラーベ活動です。このWebサイトには、任意の場所のアストロラーベテンプレートの完全なセットを計算するプログラムが含まれています。場所を指定すると、プログラムはコンピュータに保存したり印刷したりできるファイルを生成します。このサイトでは、完全な組み立て手順と、組み立てたものの使用方法に関する入門書も提供しています。

店頭で購入したアストロラーベでもDIYでも、どちらのルートを選択しても、世界初のアナログコンピューターの独自のバージョンを所有できます。そしてそれを使えば、夜空をより深く理解することができ、古代の天文学の世界とのつながりを深めることができます。

アストロラーベは何に使用されますか？

アストロラーベは今日でも使用されていますか？

六分儀とアストロラーベの違いは何ですか？

アストロラーベを発明したのは誰で、いつですか？

イスラム教徒にとってアストロラーベが重要なのはなぜですか？

著者のメモ：アストロラーベのしくみ

この話を締めくくるときに、スマートフォンやタブレットで実行するデジタルアストロラーベを作成できることに気づきました。私は自分の携帯電話で簡単な検索をしました、そして-あなたはそれを信じますか？-そのためのアプリがあります！TwoNineEightSoftwareのAstrolabeClockをチェックしてください。それは無料ですが、純粋なアナログ形式のアストロラーベよりも使用するのはおそらく少し満足のいくものではありません。

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