ショート自由振り子時計3号

時計の精度が、時刻の定義を問い直した#

ショート自由振り子時計3号は、1925年1月1日にグリニッジ王立天文台の恒星時標準となった電気機械式時計である。ウィリアム・ハミルトン・ショートが設計し、ロンドンのシンクロノーム社が製作した。現在は英国国立海事博物館の資料番号ZAA0539として記録される。3号はショート方式全体の名称ではなく、天文台が最初に導入した一組の装置を指す。12

この時計の特徴は、精密な振り子に針や記録装置を直接動かさせず、仕事を別の時計へ渡すことである。そして観測された時刻との食い違いを詳しく分析すると、誤差の一部は時計の乱れではなく、恒星時の基準に含まれる天文学的な変動だった。3号は、良い時計を作ることと、何を一様な時間と呼ぶかを決めることが結び付いた実例である。3

一台の時計に見える二つの装置#

主振り子と従時計#

装置は、減圧した容器内の主振り子と、マホガニー箱に入る従時計を電線で結ぶ。主振り子の容器は塗装された銅管で、下端には厚いガラス、上部には内部を観察できるガラスドームを備える。従時計には銀色仕上げの文字盤が二つあり、公称7インチの文字盤にはSynchronome Electric、4インチの文字盤にはFree Pendulumと記される。工芸的な箱と実験装置のような容器は、役割の分担を外観に示している。1

主振り子は、時刻の安定性を担う。一方の従時計は、振動を数え、表示を進め、主振り子へ力を補給する時点を指示する。主振り子から戻る電気信号で従時計の位相も補正するため、一方向に命令を送るだけの親時計・子時計ではない。互いに異なる仕事を分担する制御系である。34

グリニッジでは主振り子をオクタゴン・ルームの下の地下室へ置き、従時計は中庭を隔てた通常の時計室へ置いた。1925年の天文台年報は、この配置と1月1日からの運用を記している。地下室の厚い壁と温度の安定は有利だったが、湿気対策には床や壁の工事が必要だった。2

30秒ごとの動力補給#

普通の振り子時計では、脱進機が輪列を一歯ずつ進めるとともに振り子へ力を返す。その摩擦や力の変化が、測りたい周期そのものを乱す。ショート方式は主振り子の自由運動を長く保ち、30秒に一度だけ小さな重力腕から力を与える。3

従時計が電気的に重力腕を解放すると、その先端が主振り子に付く小さな車へ接する。振り子が中央付近を通って離れる過程で力が渡り、腕が車から外れると復帰機構が働く。この動作が、従時計へ戻す同期信号も生む。力の供給と時間信号の取り出しをこの短い区間へまとめ、残る時間に輪列の負荷をかけないところが要点である。13

「自由」は、無動力で永久に振れるという意味ではない。空気抵抗、懸垂ばね、支持部、間欠的な駆動は残る。3号の主振り子の棒はインバー製で、1928年の報告では容器内の圧力は水銀柱約1インチとされる。完全真空ではなく、空気の影響を小さくした環境である。3

遅れる時計を必要なときだけ進める#

従時計は単独では少し遅れるように調整し、主振り子からの信号が来たとき、遅れが十分に生じていれば、電磁石の腕が振り子の薄いばねに作用して位相を進める。位相が近ければ作用を見送る。これがhit-and-miss同期機構である。毎回同じ強さで時計を合わせ続けるのでなく、補正を行う回と見送る回を組み合わせる。4

設定値には資料の時点による違いがある。1928年のJacksonとBowyerは従時計の遅れを約5秒／日、一回の位相前進を約0.004秒とする。1949年のSpencer Jonesの一般説明は約6秒／日、約1/240秒とする。原理は共通でも、系列の説明値を3号の全生涯に固定された仕様として扱うことはできない。34

性能を示したのは、補正と故障を含む運転記録#

1926年の停止と改良#

3号は1925年初め、日差がほぼゼロの状態で運転を始めたが、次第に遅れ方が増した。1928年の報告は、当初の日差の変化を月当たり約0.04秒／日、1925年秋以降は約0.012秒／日と記す。これは毎日の誤差が常にその値だったという意味ではなく、日差自体が時間とともに変わったということである。3

1926年6月には主振り子の給力腕を戻す機構が解放されず停止した。二つの鋼面の固着が原因とされ、再発を防ぐため係止部へ宝石を導入し、7月に再始動した。高精度は機構の巧妙さだけで保証されず、実際の接触面の不具合と修正を伴っていた。3

温度とインバーの経年変化#

温度制御を加えた後も、完全に温度の影響が消えたわけではなかった。1928年の分析は、華氏1度当たり約0.0030秒／日という温度項を求めている。また、長期間の日差の変化をインバー振り子の伸びと関連付けた。低熱膨張であることと、長年にわたって寸法が変わらないことは別の性質である。3

同論文が示す良好な成績は、温度と恒星時の変動などを含む予測式が、1927年3月から12月までの観測と0.1秒以内で一致したというものだった。3

恒星時標準としての役割#

恒星時は、星の子午線通過を使って地球の回転を測るための時刻である。市民生活の平均太陽時とは一日の長さが異なる。標準時計は星を見る代わりをするのではなく、観測で得た時刻と日差を、その後の観測のない時間へ橋渡しする。4

3号の誤差分析では、春分点の位置に含まれる章動の短周期成分が無視できなくなった。JacksonとBowyerは、時計の進み遅れを表す式に章動を含めることで観測を説明した。優れた時計ほど、比較する天文学的基準の小さな変動も見えてくる。そのため、真の春分点に基づく恒星時と、章動を取り除く平均恒星時の区別が実務上重要になった。34

この成果を、3号一台が地球の自転変動を直接証明したという話へ広げることはできない。1928年の著者ら自身、振り子材料の経年変化と地球の自転の変化を分離する難しさを論じている。後のSpencer Jonesも、自由振り子時計に残る小さく不規則な日差の変化が、観測のない期間への予測を制約すると説明した。34

標準の交代、部品の移動、現存資料#

1930年の年報によると、3号は1929年10月に取り外して整備され、当初の活字合金製の錘を、より重いインバー製へ交換した。鉛を多く含む錘の変形が遅れの増加を生むか調べるためだった。交換後も遅れの増加は残ったが、対応する期間の増加量は従来の約半分になったという。この整備を含む1929年8月1日から1930年3月31日は11号が標準を務め、3号は4月1日に標準へ復帰した。2

所蔵館は、こうした途中の交代を含め、3号が恒星時標準として使われた時期を1925年から1938年までとし、その後は複数時計の平均を使う方法へ移ったと説明する。単独標準をやめることと、時計の運転や信号回路での利用を直ちにやめることは同じではない。1

1940年の年報には、前年8月3日に3号へ新しい給力車と支持金具を付け、増加した重さを補うため錘受けを削ったこと、1940年2月1日に接点清掃、4月24日に再密閉を行ったことが記される。同年報は、クロノグラフと恒星時回路が7月31日まで3号で動き、その後11号へ移ったとも記す。報告の対象期間を読むと、この7月31日は1939年であり、報告年だけを出来事の年とすることはできない。2

戦時中の所在地には史料の食い違いがある。1946年の年報は3・11・16号をエディンバラで使用した時計として列挙する。しかし観測所史の調査は、他年の移設記録が11号・16号を挙げることなどから、3号の記載は誤りの可能性があるとする。したがって3号のエディンバラ移転を確定した来歴としては扱えない。25

同調査が引用する1948年10月の配置では、3号の主装置はアビンジャーで設置されたまま休止し、従時計はグリニッジで運転していた。さらに従時計は戦後、66号の主振り子とも組み合わされた。5

現在の所蔵記録は、主装置、従時計、圧力計、懸垂装置、給力腕、錘、ガラス覆いなどを部品別に記録する。台帳の寸法1020×25mmは何を測った値か明示されず、装置全体の外形寸法としては用いられない。製作当初から現在まで全パーツが不変だったとも断定できない。2026年11月13日の確認時点で、全体の公開台帳は非展示とするが、部品ごとの表示場所と異なる場合があるため、現地で一組を見られるという案内には使えない。16

年表#

技術史上の意義#

3号の記録からは、実測記録、故障修正、基準時の再検討を一緒に追うことができる。

参考文献#

1. Royal Museums Greenwich, “Shortt Free Pendulum System, No. 3”, ZAA0539、製作年代circa 1924。個体台帳。閲覧日2026年11月13日。

2. Astronomer Royal, 年次報告1925、1926、1930、1940、1943、1946年、Time Serviceほか。The Royal Observatory Greenwichによる年報抜粋の転写。転写は誤記の可能性を明示。閲覧日2026年11月13日。

3. J. Jackson and W. Bowyer, “The Accuracy of Shortt Free Pendulum Clocks”, Nature 121, 868–870, 1928年6月2日。原刊本PDF、印刷頁868–870。閲覧日2026年11月13日。

4. Harold Spencer Jones, “The Determination of Precise Time”, 第16回Arthur講演、1949年4月14日。講演転写。導入年の回顧記述に相違があるため、3号の導入日は同時代資料による。閲覧日2026年11月13日。

5. The Royal Observatory Greenwich, “Astronomical Regulators: Shortt ‘free-pendulum’ clocks Nos: 3, 11, 16, 40, 49, 61, 66 & 67”。観測所史の調査・資料引用。公開日記載なし、閲覧日2026年11月13日。

6. Royal Museums Greenwich, “Bell jar”, ZAA0539.11。部品記録。閲覧日2026年11月13日。