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船の科学館 もの知りシート

 事業名 海事科学知識の普及啓蒙活動
 団体名 日本海事科学振興財団 注目度注目度5


No.35/36
海をわたるI
1. 位置を知る
(1)天文航法
 古くからフェニキア、ギリシア、ローマ、エジプトの船は地中海沿岸から沖へ、大西洋へと航路を延ばしていきました。遠洋に出ればそこは見渡す限りの海で、見ることができる物はといえば、水平線と太陽と月と星だけですが、これらの天体の動きを知っていれば航海に役立てることができるのです。例えば、北極星という恒星(こうせい)は地球の地軸(ちじく)から約一度離れているのですが、地球から見れば常に北にあるといってもよいので、一度以内のばらつきは古代においては問題にするほどの値ではなく、誤差範囲内でありました。北半球にあって、北極へ近づけば北極星はだんだんと高度角になり、赤道へ近づけば低角度に見えます。北半球のある地点Aで北極星の仰角(ぎょうかく)α(アルファ)を六分儀(ろくぶんぎ)で測定すれば、この角度αが地球の緯度αと同じ値を示します。北極星までの距離は800光年もあるので、この距離から見れば地球は小さな点に過ぎず、地球上のどの点から見ても北極星は同じ方向にあるとしていいのです。太陽や月の運行についても古くから観測が行われ、経度はグリニッジを0度として東経西経が定められています。太陽は地球を一日で一周すると考えれば、それぞれの地点で太陽の正中(せいちゅう)(真南又は真北に来るとき)時刻(グリニッジ時刻)を測ればその地点の経度を算出することができます。古代ではグリニッジ時は存在しなかったので、それぞれの地域の時刻で計算したと思われますが、いずれの場合でも時計の精度が重要であることは事実です。時計に一分の誤差があると赤道上では15海里(経度で15秒)の誤差を生ずることになります。いずれにしても、天体を計測して船位を算出するのが天文航法の原理です。天文航法の短所として、天体が季節又は時間帯によって見えないことがあり、また曇天(どんてん)の日や海峡通過時などの水平線が見えないときは全く役に立たなくなるときがあるのですが、今日においても古代と同じ原理で天測が行われています。海上保安庁から発行されている天測暦には、太陽、月、惑星、主要な恒星の天体位置が時刻とともに掲載されています。時刻の基準は世界時を示しているクロノメーターで、この時刻と計測した天体の位置から経度が算出されます。2つ以上の天体を計測すれば精度が上がるので、1つの天体でもある時間をおいて二回、三回と測ればデータを多く得ることができます。近年になってGPSを使用した衛星航法が使われていても、計器の故障や漂流のことを考えれば、今日なお天文計測は航海に欠かすことのできない基本航法であり、観測に必要な六分儀は今でも船に積み込まれています。
 
(拡大画面:55KB)
 
(2)GPS(Global Positioning System)
 船舶や航空機が、陸上の発信局からの電波で自分のいる位置を求める電波航法は、第2次世界大戦中に開発され、戦後急速に普及しました。ロランA、デッカ、ロランC、オメガなどの双曲線(そうきょくせん)航法が代表的なものです。双曲線とは、2つの定点からの距離差が一定な軌跡(きせき)のことをいいます。この距離の差をAとBの2つの発信局からの電波の到達時問差(又は位相差)に置き換え、海図上に双曲線を描けば、自船がこの双曲線上のどこかに位置することがわかります。さらにA局ともう一つC局との間で双曲線を描けば、2つの双曲線の交差する位置に自船がいることがわかります。ところが、1990年代に今までとは全く違う観点の新しい技術が登場しました。米国が開発したGPSがそれです。高度約2万キロメートルの周回軌道に24個の衛星を打ち上げ、地上の1地点で常時6個ないし10個の衛星の電波が受信できるようにした宇宙の電波灯台です。軌道が6面でそれぞれに3個の衛星が通行しています。衛星からの電波の到達時間から現在位置を求める方式で、電波には衛星の正確な位置情報も含まれます。船は海面上を航行し地球表面上の2次元とみなすので3つの衛星を使い、4つの衛星を使えば航空機などに必要な3次元の測定も可能で、誤差は民間向けサービスで数10メートルと驚異的です。精度を保つための衛星側の発信のタイミングは誤差30万年に1秒のセシウム原子時計(セシウムの電磁波で1秒をはかる)で厳密に周期が決められています。24個の衛星が歌う電波の歌はまさに一瞬の狂いもない正確なコーラスとなって地上に降り注いでいるのです。GPS受信装置も最近は低価格化が進み、船舶や航空機だけでなく、自動車用ナビゲーションシステムとしても普及しています。また、最近では歩行者用のGPSマップがあり、修学旅行のグループ行動等にも活躍しています。
 
GPSからの受信
 
2. 海図(かいず)
 旅行や登山に地図が必要なように、船舶による航海には海図:チャートが必要です。古代の小さな船であれば座礁の危険も少なく、また岸に沿って航行できたのですが、船の大型化と遠洋への航海の時代になると、海図が必要となりました。海図には水深、底質(ていしつ)、海流と潮流(ちょうりゅう)、浅瀬(あさせ)や暗礁(あんしょう)、航路標識や灯台の位置などが記されており航海に欠かすことができないものです。船の位置や周りの情報などを書き込むため陸上の地図のようにカラフルな印刷にはなっていません。国防のみならず海運のためにも、自ら海図を刊行することが不可欠であることを確信した明治政府は、明治4年(1871)に兵部省(ひょうぶしょう)海軍部を創設した際、水路局を設置しました。創設時の水路部長である柳楢悦(やなぎならよし)少佐を筆頭(ひっとう)に数名の職員が、外国人の助けを借りず独自の力で、明治5年(1872)に日本第一号の海図を刊行しました。現在も海図や、海図と同じように航海には欠かせない天測暦や潮汐(ちょうせき)表、灯台表などは、海上保安庁水路部で刊行されています。また近年航行援助装置がコンピュータ化されるのに伴い、海図もCD−ROMに収められ電子海図と呼ばれるものが刊行されています。カーナビゲーションの船版で、従来の海図の情報に加えて、コースとスピード、危険域に近づいた場合の警報等の航海安全に必要な情報をディスプレイに表示することができます。更に、次に必要な海図の自動ロードや周りの明るさに合わせた画面の表示の調整、拡大・縮小、レーダー画像との重ね合わせなどもできる優れ物です。電子海図を使用するには電子海図表示システム(Electronic Chart Display and Information System:ECDIS)を用います。
 
資料提供:海上保安庁水路部







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