GPSがない？DIY無線送信機でナビゲーション

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例えば、 4万年前にタイムトラベルして、行き詰まってしまったとしましょう。どうしますか？好きなものをすべてどうやって作り直しますか？これが、ライアン・ノース著『 How to Invent Everything: A Survival Guide for the Stranded Time Traveler（すべてを発明する方法：取り残されたタイムトラベラーのためのサバイバルガイド）』の前提です。

細かい詳細には触れず、電気モーターやWi-Fiなどの仕組みを大まかに理解できる内容です。この本は、私のお気に入りのYouTubeチャンネル「Primitive Technology」とコミック「xkcd」を掛け合わせたような内容で、興味深くて面白いです。

さて、物理学について少しお話しましょう。

この本で素晴らしい点の一つは、著者が興味深い関連性を見出していることです。私のお気に入りはナビゲーションに関する部分です。過去に囚われている人は、実際に旅に出たいと思うかもしれません。しかし、スマートフォンを持っていないはずです。たとえ持っていたとしても、自分の位置を特定するためのGPS衛星は存在しません。そのため、独自のナビゲーション手段を使う必要があるのです。

歴史的に、人類は六分儀と時計という2つの道具を使って航海をしてきました。六分儀は天の北極の高度を測り、緯度を決定するために使用されます。時計は、現地の正午とグリニッジ標準時の差を測り、経度を求めるために必要です。はい、これが本当の仕組みです。興味のある方は、こちらで詳細をご覧ください。

でも、これを自分で作るにはどうすればいいのでしょうか？六分儀は角度を測る道具なので、とてもシンプルです。一方、時計はそう簡単ではありません。たとえ仕組みを正確に知っていたとしても、正確な時計を一から作れるとは思えません（概念的にはそれほど難しくありません）。

時計を作るのがそんなに難しいなら、作らなければいい。これはライアン・ノースのアイデアであり、実に素晴らしい。彼は、ラジオを作ってナビゲーションに使う方が簡単だと提案している。無線送信機が作れれば、時計は必要なくなる。時計をナビゲーションに使う上で重要なのは、現地の正午（太陽が最も高い位置にある時）とグリニッジ（あるいは他の基準地点）の正午の違いを知ることだ。ラジオがあれば、グリニッジの時刻を放送し、それを現地の時刻と比較するだけでいい。すると、あっという間に自分の居場所がわかる。懐中時計を巻き上げる必要さえないのだ。

ラジオって時計よりもっと複雑なんじゃないの？って思うかもしれませんね。いいえ、違います。時計を作るには精密さと正確さが求められます。物理学がわかれば、簡単なラジオなら問題なく作れます。まさに私がやろうとしていることです。手に入る限りのシンプルな材料だけでラジオを作ってみます。

もちろん、いくつか前提条件があります。過去にとらわれているなら、まず何か他のものを「発明」する必要があります。必要なものは次のとおりです（どれもそれほど難しいものではありません）。

銅線。銅である必要はないと思いますが、金属線は必要です。鍛冶場がしっかり準備できれば、それほど難しくないでしょう。
電池。2種類の金属と酸があれば、電池を作ることができます。とても簡単です。実際、数セント硬貨からでも電池を作ることができます。その方法をご紹介します。
鉄のような強磁性体。
ラジオ受信機。ちょっとズルをしているように聞こえるかもしれませんが、作り方はそれほど難しくありません。作り方はこちらです。もっと簡単な方法もあるかもしれませんが、とにかく作れるんです。

必要なのはほぼこれだけです。タイムトラベラーでも、最終的にはこれらのことを理解できるでしょう。さて、送信機の話に移りましょう。まずは私の製作したものをお見せして、その後で仕組みを説明します。ぜひ見てください。

これは一種のスパークギャップトランスミッターです（火花は出ますが、見えにくいです）。それぞれの部品を見ていきましょう。まず、電池があります（これは自分で一から作ることができます）。電池から出ている電線は、ペーパークリップ型のスイッチにつながっており、押すと電源が入ります。そこから電線は木材に打ち込まれた釘につながっており、釘は曲げられる鋼板に押し付けられています。鋼板のもう一方の端は、内部に釘が入った電線のコイル（電磁石を作るため）に接続され、コイルは電池に戻ります。

スイッチを押すと、あらゆるものに電流が流れます。電磁石の中では、電流が磁界を作り出し、鋼板を引き寄せます。鋼板が引っ張られると、釘との接触がなくなり、すべての動作が停止します。電流がなくなると、磁界はなくなり、鋼板は再び釘と接触します。この動作が繰り返されることで、ブーンという音が発生します。

しかし、あのブーンという音は無線送信によるものではありません。電波は、金属板が釘との接触を失った際に発生する微小な火花によって発生します。コイル状の電線（電磁石）に電流が流れることで磁場が発生します。電流が止まると磁場が急激に変化し、この磁場の変化によって大きな電圧が発生します。この電圧は空気を分解して導体に変えてしまうほどの大きさで、これが火花なのです。

火花は非常に短く非常に高い電界を発生させるため、電磁波も発生します。この電磁波こそが、この送信機の電波となるのです。これがスパークギャップ送信機です。

これをもっと良くできますか？もちろんです。バッテリーを大きくすれば必ず役立ちます。また、アンテナを追加すれば、電波をより効率的に放射できます。最後に、昇圧トランス（基本的には電線コイル）を追加すれば、最初の電圧をさらに上げてより大きな火花を発生させることができます。はい、近いうちに作ってみます。

でも、気をつけてください。過去に閉じ込められたタイムトラベラーがスパークギャップ送信機を作って使うのは構いませんが、今ではあまり良いアイデアではありません。スパークの性質上、この送信機は幅広い周波数帯域の電波を発生させます。そのため信号を受信しやすくなりますが、同時にこの無線機を使えるのは一人だけです。同じ場所にスパークギャップ送信機が2つあった場合、より強力な方しか聞こえません。それでも、時計を作るよりはマシで簡単です。

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