古代中国における戦車の役割
中国では早くも紀元前5世紀に、戦場で戦車(チャリオット)が使用されていました。これらは主に、兵士たちが坑道や塹壕の掘削といった作業を行う際に身を守るための、機動的な防御拠点として機能していました。
常に南を指す車の誕生
こうした原始的なモデルから発展し、3世紀頃には羅針盤のように働く一種の車が登場しました。ただし北ではなく、車体がどちらの方向に向きを変えても、常に南を指し続けるという特異な装置でした。
これは2輪の車両で、常に南を示す可動式の指針を備えており、その指針は腕を伸ばした人間の形をしていることが多かったと伝えられています。主に航行用の方位儀として使われましたが、他の用途にも用いられた可能性があります。
発明者とされる技術者・馬鈞
確かな記録が残る最古の指南車は、200年から265年頃に生きた技術者・馬鈞(ばきん)が製作したものです。彼は三国志時代、魏の国に仕えていました。その功績により、この装置の発明者とされており、絹織機の改良者としても名を残しています。
磁気を一切使わない方位システム
指南車の方位指示システムには磁気的な機能はまったくなく、代わりに差動歯車(異なる速度で回転する駆動輪に適切なトルクを配分する仕組み)によって作動していました。磁針を使った羅針盤が実用化されるのは、それから7世紀以上も後のことだからです。
旅の出発時には、指針を手動で南向きに合わせました。その後、車が曲がるたびに歯車システムが車体に対する指針の向きを補正し、旋回を打ち消すことで、常に一定の南の方角を指し続けたのです。これは一種の推測航法(デッドレコニング)に相当する方式でしたが、誤差が累積しやすい弱点も抱えていました。
差動歯車の賢い仕組み
人形の指針は、おそらく中間歯車を介して軸に接続されており、その軸は左右の車輪の回転速度の差に比例した速度で回転する構造でした。車が直線的に進むときは両輪が同じ速度で回転するため、指針は動きません。しかし車が曲がると車輪の回転速度に差が生じ、差動装置が指針を回転させて車体の旋回を相殺したのです。
里程計との一体化と長い使用の歴史
中世後期の王朝時代には、馬鈞の指南車は走行距離を測る里程計(オドメーター)と一体化した単一の装置へと発展しました。中国の史料によれば、この種の車は少なくとも1300年頃まで断続的に使用されていたとみられています。
さらに古い起源を示唆する文献
一部の文献は、この装置の起源がはるかに古いことを示唆しています。南朝宋(中国の南朝最初の王朝)の歴史書『宋書』は、6世紀初頭に沈約(しんやく)によって編纂されましたが、その中で次のような記述がなされています。
この記述によれば、馬鈞は新しい実物を作り直したにすぎず、それ以前の指南車はすべて失われていたといいます。そんな工芸品など存在し得ないと主張する一部の学者たちの懐疑をよそに、です。
祖沖之による見事な改良
とはいえ、初期の指南車の多くは必ずしも正確に機能せず(おそらく短距離の移動でしか有効ではなかった)、移動中には何度も歯車を調整する必要がありました。ところが5世紀末、数学者でもある祖沖之(そちゅうし)という技術者が、幾度もカーブを切り方向を変えても決して南を指し続ける、極めて精巧な一台を作り上げたと伝えられています。
地球の丸さという宿命
いずれにせよ、地球表面の湾曲はこれらの装置を本質的に不正確なものにしていました。短い旅であれば誤差はごく小さく問題になりませんが、長旅においては非常に不完全な羅針盤としてしか機能しなかったはずです。
時代を大きく先取りした技術
もし差動歯車で駆動する指南車が実際に存在したなら、それは記録上最初の差動歯車――平均時と太陽時を表示する時計の時差を補正するためにジョセフ・ウィリアムソンが製作したもの――より何世紀も先を行く技術だったことになります。なお、古代ギリシャのアンティキティラ島の機械にも差動歯車が使われていた可能性が指摘されています。
現存する復元模型
この種の車の実物は現存していませんが、オリジナルをほぼ忠実に再現した復元模型を、北京の歴史博物館と台北の国立故宮博物院(台湾)で見ることができます。また、トロント(カナダ)のオンタリオ科学センターでは、実際に動作する2台の復元模型が展示されています。ドバイや日本など、その他の施設にも展示例があります。