350年以上前、クリスティアーン・ホイヘンスは、自分の望遠鏡こそ地球上で最も優れていると誇らしげに宣言しました。彼はその望遠はその望遠鏡で土星の衛星タイタンを発見しましたが、イタリアの科学者たちも自作の望遠鏡でその背後を追いかけていました。ライデンのボールハーヴェ博物館による最古のレンズの研究が今、初期の望遠鏡製作者たちの研磨技術と、「誰が本当に最も優れていたのか」という問いに光を当てています。
現代の基準で見れば、オランダの天文学者クリスティアーン・ホイヘンスが1655年に空を観測した際に使った道具は、おもちゃのようなものでした。彼が自作した望遠鏡の性能は、今日では子供用の望遠鏡や双眼鏡にも及びません。それでも、土星のそばに浮かぶ小さな光点を捉えるには十分でした。ホイヘンスは土星最大の衛星「タイタン」を発見したのです。
ホイヘンスは、兄弟のコンスタンティンとともに世界最高のレンズを作り上げたと公言しました。二人は約30個のレンズを研磨し、その大部分は現在、ボールハーヴェ博物館が所蔵しています。「ホイヘンスは研磨の技術を極めて早く習得しました」と同館のキュレーター、ティーメン・コクイトは語ります。「しかし、兄弟が本当に世界最高のレンズを作ったのかどうかは、依然として議論の余地があります。あの発言は、エウスタキオ・ディヴィーニやジュゼッペ・カンパニといったイタリアのレンズ職人をきっと怒らせたことでしょう」
ホイヘンス兄弟であれ、イタリアの「ライバル」たちであれ、当時のレンズ研磨という技芸については、ほとんど何も知られていません。それは、科学が激動の発展を遂げていた時代における不可欠な技術でした。ところが、ホイヘンスのような研磨師たちは、自分の仕事についてほとんど記録を残していません。研磨文化を知る唯一の手がかりは、レンズそのものを詳しく調べることです。17世紀前半のレンズで現存しているのは、世界中でも10〜15個ほどしかありません。
コクイトが2015年にNWO(オランダ科学研究機関)から17〜18世紀の研磨技法に関する研究助成を受けたとき、彼はすぐに、ボールハーヴェ博物館のコレクションだけを見ていてはいけないと悟りました。そこで彼は可搬式のレーザー測定装置を開発し、ヨーロッパ各地の博物館を訪問して、現存する最古級のレンズの数々を調査しました。この方法により、17世紀の研磨師たちの仕事ぶりがナノメートル単位で解明されていきました。その副産物として、ホイヘンスのレンズが実際にどれほど優れていたのかも明らかになったのです。
eBayで始まった研究
この研究の原点は、実はコクイトが学生時代にオンラインマーケットのeBayで部品を探していたことにさかのぼります。当時彼は光学測定装置の試作品を作っており、サイトを渡り歩いてはパーツを収集していました。「故障した部品のまとめ売りが出てきて、タダ同然で買えることを願っていたんです」と彼は言い、大きな輝くレンズが入ったブリーフケースを開けます。「新品なら数万ユーロはする代物ですが、私はその何分の一かで手に入れました」
コクイトは自身の技術的な創意工夫に大きく頼らざるを得ませんでした。しかし、収集した光学部品と自作のソフトウェアによる測定装置の改良を重ね、10年かけて、レンズ検査用の業務用機械に引けを取らない、比較的低コストで本格的な光学測定装置の開発に成功しました。「業務用の装置は10万ユーロほどしますからね。うちにはそんなお金はありません」とコクイトは笑います。
では、既存の装置を借りればいいのではないでしょうか?確かに、ガリレオ・ガリレイのレンズがかつて光学ラボで測定されたことはあるとコクイトは認めます。「比較研究を行うなら、すべてのレンズを同じ装置で測定したいんです。これらのレンズを体系的に調べることが非常に重要だと考えました。しかし、それには障害があります。博物館は古くて壊れやすい品々の移送を嫌がるのです。そこで私は、この装置を車に積んでレンズのもとへ出向くことでそれを克服しました。研究の範囲は格段に広がりました」
レンズの形状を地図にする
この装置は、いわゆる干いわゆる干渉計です。レーザー光を測定対象のレンズに2回通過させ、その後、光を自己干渉させます。2つの光束が1点に集まり、そこで互いに打ち消し合ったり強め合ったりするのです。この仕組みによって、レンズの性能が高精度で可視化されます。「私たちはレンズの形状などを測定します。これは一種の標高マップのようなもので、通常は数ナノメートルの精度で得られます」とコクイトは説明します。「このマップは、レンズの加工品質について多くのことを物語っています」
この1年間、コクイトは複数のレンズを測定対象としました。ライデンにあるホイヘンスのレンズだけでなく、スイスの個人コレクションが所蔵するカンパニのレンズも含まれます。さらに、1617年製の望遠鏡——現存する最古級のひとつ——を調査するため、ベルリンまで足を運びました。
理想的な凸レンズは、いわゆる双曲線の形状をしています。現在のレンズは数十ナノメートルの精度で理想的な曲面に研磨されますが、17世紀の職人たちの仕事はそれよりはるかに粗かったのです。高さプロファイルを見ると、理想形状からの大きなズレが確認できます。その結果、拡大される像は鮮明さを欠きました。もっとも、この問題は絞りを使うことで部分的に解決できました。絞りは、レンズの外側(通常は精度の低い)領域を遮る役割を果たすからです。
ホイヘンス対カンパニ
コクイトの測定装置には、オランダとイタリアの巨匠たちのレンズが並びました。例えばカンパニのレンズと比べると、ホイヘンスのレンズはかなり大きめでした。直径4.6センチ(カンパニ)と9.6センチ(ホイヘンス)の試料が比較されたのです。「原理的には、大きなレンズの方が優れています。ただし、十分な品質が前提です」とコクイトは言います。「このサイズになると表面積が大きいため、正しい形状に仕上げるのが難しくなります。研磨中に一度でも失敗すれば、レンズ全体が使い物にならなくなります。サイズと品質の間には、微妙なバランスが存在するのです」
では、ホイヘンス兄弟の大型レンズは本当に世界最高だったのでしょうか?コクイトが見たところ、彼らのレンズの外側の領域は理想形状からかなりズレていました。特に先述の特大9.6センチのレンズでその傾向が顕著でした。彼は、絞りの使用がホイヘンスを救ったのではないかと推測しています。「絞りによって、レンズの『出来の悪い』部分を切り捨てることができたのです。レンズの中心部は確かに良好で、その性能はライバルのカンパニのレンズと同等でした。つまり、両者はほぼ同じくらい優れていたのです」とコクイトは結論づけます。
17世紀半ば以降、レンズの品質は向上し、絞りを使う必要は次第になくなっていきました。コクイトによれば、カンパニのレンズはどんどん大きくなりながら、高い品質を保ち続けたといいます。レンズは全面にわたって正しい形状を持つようになったのです。かつての数十年間とは大きく異なる点でした。カンパニがどうやってそれを実現したのかは、推測するしかありません。しかし、「自分の望遠鏡は他の科学者のものよりも優れている」というホイヘンスの言葉は、その頃には確かに時代遅れになっていました。「論争を繰り広げていた科学者たちの中で、最終的に揺るぎない研磨の達人となったのはカンパニだったのです」とコクイトは語ります。
レンズを綿密に測定することで、コクイトはそれらがどのように光を屈折させ、像を拡大するのかを正確に把握できるようになりました。これにより、彼は「仮想的に」ホイヘンスの望遠鏡を覗き込み、1655年に彼が土星をどんなふうに見ていたのかを再現することができます。惑星の現代的な鮮明な画像をコンピュータに入力すると、その画像が当時の望遠鏡を通してどう映ったかが計算されます。すると、土星の環は二つの突起として表示されるのです。「ホイヘンスが本当にどうやって土星を見ていたのかを知りたければ、レンズを望遠鏡に組み込んで屋上に上がるしかありません」とコクイトは言います。「残念ながら、これらの貴重な文化財では、それは不可能なのですが」