昔の天体観測の方法について

質問

ティコ・ブラーエの観測記録を元にケプラーは天体の運行に関する法則を発見しました。ティコは一体どんな観測をしてどんな記録を残したのでしょうか？
ティコの頃の天体観測は肉眼でやるしかなかったと思います。分度器はあったかも分りませんが、それとれ人間が手作りしたもので精度はせいぜい度単位くらいではなかったかと思います。さらに時計すらありませんでした。
今なら、何月何日何時何分何秒に東南何度何分何秒の空に高度何度何分何秒の位置に○○という星が・・・・と記録できるのでしょうか、時計もない、正確な方位を記録する方法もない、そんな時代に一体どうやって記録をのこしたのでしょうか？またその記録を元にケプラーは一体どういう計算を行って法則を発見したのでしょうか？

回答No.4

equinox2 · ベストアンサー

No2の回答者です。

＞星の高度だけを測っていたのでは駄目と思うのですが、どうやっていたのですか？

No2の回答にも書きましたが「日々の恒星と惑星の位置のずれに着目する」
がキーワードと思われます。

No1の方が示された図の四分儀は南北に固定されていて、星の南中高度を
測定していたと思われますが、
http://www.bao.go.jp/stardb/his/data/his0046.html
に書かれている「彼の天体の位置測定の最大の特徴は角距離の測定であった」や「日の経緯儀の原型となった方位角四分儀を製作し」から、
恒星と惑星の位置（角度）の差を測定し、恒星に対して、惑星が日々
動いていることを測定していたのだと思います。

＃この値は、No2の回答に書いたように、火星では１日に角度で数分程度

つまり、地球の自転による恒星や惑星の動きを測定していたのではなく、
動かない（と思われている）恒星と、惑星の公転による動きを測定して
いるので、時刻の精度は不要です。
(No3に記述したように、”???日離れた火星の観測”のレベルです）

ただし、前述の恒星の南中高度の測定で、南中する星を基準にすれば恒星時では正確な”相対”時刻が判りますので、それを基準にしていた可能性はあります。

お礼

ありがとうございます。
そうですか！恒星との相対的位置関係で惑星の軌跡は把握できるわけですね。であれば時間的要素としては日だけで充分なんですね。時計は要らないわけだ。よくわかりました。
ありがとうございました。

回答No.3

equinox2

No2の回答者です。
探していた計算方法を書いた本がみつかりましたので追記します。

天文学講話　古在由秀 著　ISBN4-621-05244-6 C0344

この本によると、以下のような方法のようです。
・地球の平均角速度　→　0.976度（360/365）
・火星の会合周期　約780日（観測結果）
・火星の平均角速度と地球の平均角速度の差　→ 0.462°（360/780）
・火星の平均角速度　→　0.524°（周期678日）

・地球の位置の作図
　　678日離れた火星の観測を多数見つけて、地球の位置を作図
・火星の位置の作図
　　678日離れた２組の火星の観測結果から火星の位置を作図

　→　火星の軌道が太陽を一つの焦点とした離心率0.09の楕円
　　　であることを知る

これは、計算に使用された天体が円に近い軌道の地球と惑星の中で
比較的離心率の大きい火星であったことが幸いしているようです。

なお、作図のところは、文章だけでは説明が難しいので、上記の本を
図書館か本屋などで探してみてください。

お礼

ありがとうございます。
ご紹介の本、是非読んで見ます。

回答No.2

equinox2

観測に使われた四分儀の大きさ

http://www.bao.go.jp/stardb/his/data/his0046.html

時刻の精度は不明ですが、日々の恒星と惑星の位置のずれに着目すると
時間程度の精度でも惑星の位置観測には使えそうですね。
＃秒の単位まで・・とはすごい！

【参考】発見のきっかけとなった火星の日々の位置の変化
　　　　　　　　　赤経　　　　赤緯
2007/06/01　　　00:47:57　　 03:29:31
2007/06/02　　　00:50:43　　 03:46:57
2007/06/03　　　00:53:29　　 04:04:20
2007/06/04　　　00:56:14　　 04:21:39
2007/06/05　　　00:58:59　　 04:38:55
＃秒の単位は精度？ですが、上記はあくまで参考

恒星の赤経、赤緯は固定（実際は変わるが日単位では無視）
と考えると、火星は日に赤経で３分、赤緯で１５分程度移動するので、
秒の単位まで測定できる四分儀なら十分にこの動きがわかりますね。

それより、長期間の均一した観測結果（同じ人、同じ観測条件）である
ことが重要ですね。
＃火星では数年、木星では１０年以上観測しないと元に位置に戻らない

お礼

回答ありがとうございます。
ティコがかなり大掛かりな装置で観測をしていたのは分りました。
でも時計のない時代ですから、毎日定時に観測して高度の変化を記録する、ということは不可能だったと思います。月や太陽が時刻によって高度を変えるように星だって変わりますよね。星の高度だけを測っていたのでは駄目と思うのですが、どうやっていたのですか？
素人で馬鹿な質問をしているかも分りませんが、お許し下さい。

回答No.1

pasocom

「WIKIPEDIA」の「ティコ・ブラーエ」を調べると、右端に図版が載っています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%86%E3%82%A3%E3%82%B3%E3%83%BB%E3%83%96%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%82%A8
人間より遙かに巨大な「分度器？」に座ってティコが観測しています。
昔といえども、航海術などで使われた「六分儀」とか「八分儀」というような測天機器の性能もバカにはならないものがあったでしょう。
まして、図のような大きさの測天機械なら、かなり精密な観測ができたのだと思います。
時刻の測定については、天文観測に置いては秒単位の帰国はあまり重要ではなく、日にちと時間単位くらいの時刻がわかれば良かったのだと思います。

お礼

回答、及びサイトのご紹介ありがとうございます。
ティコはこんな凄い装置で観測していたのですね。ちょっと感動しました。
これなら角度についてはかなり正確に把握できたのでしょうね。
ありがとうございました。