「南を指すまで休まない」：コンパス発明の物語をたどる

上の写真はシナンモデルです。

下の写真は吊り下げ方式のコンパスの模型です。画像提供：Visual China

最近、北斗3号全地球衛星ナビゲーションシステムが完成し、運用が開始され、中国は世界で3番目に独自に全地球衛星ナビゲーションシステムを所有する国となった。衛星ナビゲーション システムについて話すとき、我が国の最も古いナビゲーション ツールであるコンパスについて触れなければなりません。

私たちの祖先が物質の磁気を理解し、習得するまでには長い時間がかかりました。生産労働の過程で、人々は磁鉄鉱に触れ、鉄を引き付ける磁石の性質や磁石の方向性を発見し、やがてコンパスを発明しました。宋代には、私たちの祖先はすでに磁気に関する多くの知識を習得していました。南宋時代の愛国詩人である文天祥は、北営への任務と福州への帰還の途中、元の兵士によって数日間拘留された。彼は『揚子江』の中でこう書いている。「私は数日、北海への風を追って揚子江から戻った。私の心は磁石のようで、南を指すまで休むことはないだろう。」この詩は『指南書』に収録されており、作者の南宋への忠誠心と命をかけて南に帰る決意を表現している。

Sinanは欠陥のため広く使用されていない

羅針盤の祖先は戦国時代頃に登場しました。天然磁石で作られており、スプーンのような見た目です。バランスを保つために滑らかな「地面」に置くことができ、自由に回転できます。静止しているとき、スプーンの柄は南を指し、古代人はそれを「シナン」と呼びました。四南の使用は、戦国時代に書かれた書物『帰谷子』に記録されています。鄭州の人々は、玉を採掘に行くときに迷子にならないように、Si Nanを連れて行きました。

春秋時代には、硬度5～7度の軟玉や翡翠を粉砕して、さまざまな形の器物を作ることができました。そのため、硬度がわずか 5.5 ～ 6.5 度の天然磁石から Si Nan を作ることも可能です。後漢の思想家、王充は『論衡』の中で四楠の形状と使用法について明確な記録を残しました。四南は天然磁石の塊をスプーンの形に磨いて作られています。スプーンの持ち手はコンパスの役割を果たし、スプーン全体の重心はスプーンの底のちょうど真ん中に配置されます。スプーンは外側が四角く、内側が丸い滑らかな地の上に置かれ、その周囲には天干と地支の四方位が刻まれており、合計で二十四方位となっている。この設計は、古代人が自然界の多くの磁気現象を注意深く観察し、膨大な知識と経験を蓄積し、長期にわたる研究を行った後に完成しました。シナンの出現は、磁石の極性に関する人々の理解を実用化したものでした。

しかし、Si Nanには、天然磁石を見つけるのが難しい、加工が難しい、測定精度が悪い、サイズが大きい、持ち運びが不便など、多くの欠点がありました。これらが、Si Nan が長い間広く使用されなかった主な理由です。

人工磁化法で鉄板をコンパスに変える

古代では、人々は薄い鉄の葉を魚の形に切ることが多かった。 「魚」の腹は小さな船のようにわずかに凹んでいました。磁化されると水に浮かび、北と南を示すことができるようになります。当時、これは「コンパスフィッシュ」というゲームとして使われており、これがコンパスの原型となった。北宋代、曽公良は『呉経宗要』の中で羅針盤魚の作り方と使い方を次のように記録している。「薄い鉄の葉で長さ2寸、幅5分に切り、頭と尾を魚の形のように尖らせ、炭火で焼く。赤くなったら、鉄の封印で魚の頭を火から遠ざけ、尾を直接水の真ん中に置く。洗面器の水に尾が数分間浸かるまで浸し、その後密閉容器に保存する。使用する時は、風のない場所にボウルに水を入れて平らに置く。魚は水面に浮かんでいて、頭は常に正午を向いている。」

地球の磁場を利用して鉄板を磁化する人工磁化法です。つまり、赤く熱した鉄板を子午線の方向に置きます。赤く熱せられた鉄板内部の分子は比較的活発な状態にあり、鉄分子が地球の磁場の方向に沿って整列し、磁化の目的を達成します。鉄板を水に浸すと、この配置をより早く固定することができ、魚の尾を少し下向きに傾けると磁化の度合いを高めることができます。人工磁化法の発明は、方位磁針の応用と発展に大きな役割を果たしただけでなく、磁気・地磁気の発展の歴史においても大きな出来事となりました。

コンパスの発明は、中国の労働者が長期にわたる実践を通じて物体の磁気を理解した結果である。宋代までに、この分野の知識はかなり豊富になりました。北宋時代の科学者沈括は『孟熙針』の中で磁針の設置方法を4つ紹介した。

水に浮かべる方法は、磁針にイグサを数本通して水に浮かべる方法です。ボウルリップ回転法は、磁針をボウルの縁に置き、磁針を回転させる方法です。爪回転法は、磁気針を爪の上に置きます。爪の表面は滑らかなので、磁気針は自由に回転できます。糸掛け法とは、磁針の真ん中に蝋を塗り、その上に絹を張り、風のない場所に吊るして方向を示す方法です。

水鍼と乾鍼の2つの主要なシステムから派生した

沈括はかつて上記の4つの方法を比較しました。彼は、水フロート法の最大の欠点は水面が揺れやすく、それが測定結果に影響を与えることだと指摘した。ボウルリップねじ込み方式と爪ねじ込み方式は摩擦が少なく、回転の自由度が高いですが、外れやすいという欠点があります。沈括は、絹で吊るす方法を好みました。それは、より理想的で実現可能な方法であると彼は信じていました。実際、沈括が指摘した 4 つの方法は、これまでのコンパス装置の 2 大システムである水針と陸針を要約したものです。

沈括氏は、孟渓碧潭における人工磁化の別の方法についても言及した。「専門家は磁石を使って針の先を磨くと、南を指すことができるのです。」沈括氏によると、当時の人々は磁石を使って縫い針をこすり、針を磁化させていたそうです。これは、現在の観点から見ると、自然磁石の磁場を利用して、鋼針内部の磁区の配列を一定の方向に向け、鋼針に磁性を発現させる方法です。この方法は地磁気法よりも簡単で、磁化効果も地磁気法より優れています。摩擦方式の発明は世界最古のものであるだけでなく、実用的な価値のある磁気ポインターの出現に重要な技術的条件を生み出しました。

南宋時代の陳元良は『士林広記』の中で、別の種類の羅針魚と羅針亀の生産方法を紹介した。この羅針盤魚は『武経宗瑶』に記されているものとは異なります。指ほどの大きさの魚の形に木を彫り、お腹の中に天然の磁石を入れた木魚です。磁石のS極は魚の頭を指しています。蝋で封印した後、魚の口から針を刺すと羅針盤魚になります。水面に浮かべると魚の頭が南を向きます。これも水針の一種です。

コンパスタートルは当時人気があった新しい装置でした。木製の亀の腹の中に天然の磁石を入れました。亀の腹の下に滑らかな小さな穴を掘り、その穴を木の板の上に直立した鋭く滑りやすい竹釘の上に合わせ置きました。このようにして、木製の亀は自由に回転できる固定支点の上に置かれました。支点の摩擦が非常に小さいため、木製のカメは自由に回転することができます。しかし、それは航海に使われたのではなく、後の乾式コンパスの先駆けとなった錯覚のために使われたのです。

（著者は中国科学技術博物館の研究員です）