特集 2019年7月29日

4年かけて全国の「重力」を測る飛行機

国土地理院が重力を測るために飛行機を飛ばすと聞いた。

測った重力の値は、標高を計算するために用いるという。

……ん?ん?

標高って山の高さとかのあれですよね? 高さを測るのに、なぜ重力が関係あるの……? そしてなぜ飛行機で……?

なぜ?の嵐を携えて、日本初となる「航空重力測量」の出発式に行ってきた。この夏の自由研究は「重力」で決まりだ。
 

1975年宮城県生まれ。元SEでフリーライターというインドア経歴だが、人前でしゃべる場面で緊張しない生態を持つ。主な賞罰はケータイ大喜利レジェンド。路線図が好き。(動画インタビュー)

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再び調布でグッドラック!

場所は東京都の調布飛行場である。大島など離島への定期便が飛ぶほか、航空写真撮影の拠点となっている飛行場だ。当サイトでもかつて調布でグッドラック!などでおじゃましている。

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梅雨明け前であいにくの空模様です。
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フェンスの向こうに小型機がたくさん。かわいい。
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指定された格納庫に向かうとセスナが!脳裏に流れる山下達郎「RIDE ON TIME」

この飛行機に超精密なバネばかり(航空重力計)を乗せ、これから4年かけて日本全国の空を飛び、10km間隔で重力を測るという。

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配付資料に載っていたバネばかりのイメージ。物理の教科書にあった、あのざっくりしたバネばかりの図だ……!
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これが実際に飛行機に搭載される航空重力計(あとで詳しく説明します)

航空機で全国の重力を測量するのは国内では初のこと。

この日はその「出発式」のため、報道陣へのレクチャーや式典などがにぎにぎしく行われた。

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国土地理院の矢萩さんによる報道陣へのレクチャーを聞く
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関係者の方々と専門用語を交わす報道陣に「また興味本位だけで場違いなところに来てしまった……」と我々は震えました。

とまぁ、この日の概要はこんな感じなのだが、肝心なのは「なんで重力を計る必要があるの」である。

そもそも重力って、そんな変わるの?

重力について勉強したことをお伝えします

この取材のために重力についてだいぶ勉強したので、余すところなく伝えたい(間違っていたら優しく教えてほしい)

重力、場所によって結構変わるのだ。例えば沖縄で金1kgを計ったとする。そのまま同じはかりと金を北海道に持っていくと、金が約1g重くなっちゃうらしい。

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沖縄より北海道のほうが約0.15%だけ重力が大きい。沖縄の金1kgを北海道に持っていくと約1g重くなっちゃう。

1g重くなるってことは、今の金相場だと5000円ぐらい儲かるぞ!やった!みんな北海道に集合だ!

……ってなると社会が混乱するため、はかりにはあらかじめ各地で測定した「重力値」で補正がかかっている。沖縄でも北海道でも1kgになるように。

補正に使う重力値は国土地理院が提供しているもの。全国約250箇所ある「重力点」で計測されたデータなどが元になっている。

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地上での相対重力測定に用いられる重力計。中にバネばかりが入っている。
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測定ではこうやってレンズのぞきながらダイヤルを回す。かなり繊細な作業。腰が痛くなりそう。
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スタッフの方が本気で測ると、ここまで体がコンパクトになる。強まる腰への思い。

さて、場所によって重力が変わる理由は2つ。

「地球の遠心力」と「地下の密度」だ。

地球は丸い。そして回っている。回ると遠心力がかかり、遠心力は赤道に近いほど大きくなる(回る距離が長いから)。

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赤道付近のほうが重力が小さい。なぜなら地球の引力と遠心力が打ち消し合っちゃうから(以下、図は国土地理院の配付資料を元に作成しています)

遠心力は地球の「外」に引っ張られる力なので、遠心力が大きくなれば重力は小さくなる。北極や南極より、赤道上の重力は約0.5%小さいそう。

ということは、赤道に行くだけでやせる。赤道ダイエット。食事制限も運動もいらないぞ。

もうひとつ、重力が変わる理由が「地下の密度」。地下に重たい岩石や鉱物があると、そこだけ重力が大きくなっちゃうのだ。

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地下に重い物質があると重力が大きくなる。

つまり、一見平らに見える地面でも、地下に重たい物質があれば重力が変わる。

水があったら、重力の大きいほうに流れちゃう。見た目は平らなのに。

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地表面は平らなのに、水は重力の大きいほうに流れちゃう!

あれ? 地面が平らなのに水が流れちゃうってことは、「ここからここまで平らだから同じ標高だよね」ってダムや水路を作ったりすると、おかしくなるんじゃない? 変な方向に水が流れたりしない?

お待たせしました。ここでようやく標高が出てきた。

「標高」って、重力を計らないとちゃんとした値にならないんですって!

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「わっかんねぇ」とぼやきつつ「かっけー」とコックピットの写真を撮る古賀さんです

 

もう少し標高の話にお付き合いください

日本の「標高」は、東京湾の平均海面を基準にしているそう。「海抜0m」のとこですね。

でも海面はザブンザブンと動いちゃうので、地上に基準となる地点を作っている。それが「日本水準原点」で、千代田区の憲政記念館にある。

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ひょっとして誰か既に行ってるのでは……と思って調べたら、萩原さんが「すべての標高が通ずる日本水準原点を見てきた」という、そのものズバリの記事を書いてた。予感が当たった。

これまで全国の標高は、この日本水準原点を基準にして「水準測量」によって測られてきた。

水準測量、精度はめっちゃ高いのだが、測量地点である「水準点」は全国約17,000点あり、全部回ると25年くらいかかっちゃう計算になる。果てしない。

でも今や、GPSや「みちびき」などの準天頂衛星システムがある。宇宙からズバッと測ったほうが早いじゃない! と思うだろう。

……だがいろいろと勝手が違うのだ。衛星測量で高さを測ると、地球をツルッとしたモデルで考えた「地球楕円体」からの高さで計っちゃうという。これだと日常で必要な「標高」にならない。

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宇宙から見ると富士山も小さな凸凹でしかないので、測位衛星は地球を「ツルッとした楕円体」と考えて、そこからの距離(楕円体高)を求める。なんで球体じゃなくて楕円体かというと、さっき言った遠心力のせいで赤道付近がちょっと膨らむから。

ここでさっきの重力がやっと出てくる。

地球の遠心力だったり、地中に鉱物があったりして、重力は場所によって変わる。さっきの水が流れちゃう話とかがある。

なので、重力の影響を考慮した「ジオイド」という高さを「標高0m」とするのだ。

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重力の影響を考慮して標高0mを決めた面が「ジオイド」。ジオイドってガンダムに出てきそう、と思ったらそれはジオングだった。

……大丈夫だろうか。ここまで話を聞いてくれてる人がいるだろうか。

もう細かい理屈はいいので、「まぁあれでしょ、衛星から標高を測るのに重力のデータがいるんでしょ」ぐらいに思ってください……!

飛行機のなかにバネばかりを乗っけて大丈夫なのか

さて、「ジオイド」算出に必要となる重力のデータ。実は、いま国土地理院が持っているものは完全じゃない。

人がたどり着けない山岳部や沿岸海域は空白になってるし、そもそも残ってるデータも30年以上前のもの。だからといって、今から人が測りに行くのは大変だ。

というわけで、飛行機で空から一気に最新の重力データを測っちゃおう、そしてより正確に標高を求めよう、というのが今回の「航空重力測量」なのである。

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お待たせしました。再び話はセスナに戻ってきました。

飛行機なら山岳部も沿岸海域もお構いなし。大規模災害の影響で土地が変化しても、すぐに計り直しにいける。

東日本大震災のときは広い範囲にわたって土地が1m以上沈み、水準測量で標高を再決定するのに約7ヶ月もかかったそう。標高がわからないと水路や堤防が作れない。

一方、ジオイドは大規模な地震が起きてもほぼ変化しない。高精度なジオイドのデータが手に入れれば、あとは衛星測位でピャッと標高を測ることができる。

ジオイドは迅速な復興にも役立つのだ。

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飛行機のなかも見せてもらえました。通常5人乗りのセスナ。とても小さい。飛行機を恐れる古賀さんが「床が薄い……」と震える。
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航空重力計には計器がつながっていて……
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計測結果がリアルタイムに出てくる。

仕組みは基本的にさっき床の上で測った重力計と同じ。バネばかりを使った測量だ。

でも今度は飛行機。揺れちゃう。空の上でバネがビヨンビヨンって止まらなくなっちゃう。

まさにこれが、今まで飛行機で測量できなかった理由。今回、その辺が大丈夫になったので航空重力測量の目処が立ったという。

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再び登場。航空重力計。バネばかり本体は中央の赤い箱のなか。周りを黒いフレームに覆われている。
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上から見たところ。四隅に箱の傾きを抑えるサスペンションがある。
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下には赤い箱を支えるエアダンパーが。「エアダンパー」ってテプラが貼ってある。

バネばかりが入った箱をバランス良く、うやうやしく扱う仕組みが端々にある。卵をスプーンに乗せて走るみたいな感じだ(『サザエさん』の世界での運動会でよくある競技)

さらにGPSで飛行機の動きを、ジャイロセンサーや加速度センサーで揺れ&傾きをリアルタイムに検出する。

これらのデータを元に補正をかけ、「揺れてない」状態の正確な重力値を求めるのだ。

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航空重力計につながってる発電機。バネは温度によって微妙に伸び縮みしてしまうので、一定の温度を保つようフライト前でも常に通電しているとのこと。繊細な世界……!
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2人並ぶだけでギュウギュウの機内。計測時は燃料節約のため、パイロットと国土地理院スタッフの2人だけで乗る。

セスナは高度3000mから5000mまで上昇し、日本上空を10km間隔で飛行する。

でも1日に飛べる距離は往復約400kmだけ。ほぼ毎日飛行機を飛ばしても、全国(離島除く)を測定するのに4年もかかっちゃう。

これは魂をこめた「いってらっしゃい」が必要だ。

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着々と進む「出発式」の準備。高すぎず低すぎない演台にグッとくる。

 

いよいよ始まる「出発式」

さていよいよ「出発式」である。実はこの式典のあと、実際に飛行機を飛ばす予定だったのだが、悪天候による視界不良で中止に。

脳内に流れる「RIDE ON TIME」のボリュームが若干さがる。

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整いました。
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国土地理院 測量部長の大木さんによる挨拶は、重力の歴史からはじまった。続いて調布飛行場の方、運行を担う共立航空撮影の方が登壇。
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航空重力測量を行う国土地理院のスタッフの方々と、共立航空撮影の機長の方。

今年は日本で近代測量がはじまって150年目。その節目に新たな歴史の1ページが加わる。4年にもわたる測量は生やさしい仕事ではない。胸を張って取り組んでほしい――

普段知らない世界にも、歴史があり、誇りがあり、厳しさがあり、思いがある。そして節目となるハレの舞台がある。

スタートの数だけ、こうした式典があちこちで行われているんだろうなと思う。

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式典終了後にお話をうかがいました。実際には7名のスタッフが交代で航空重力測量にあたるそう。

これまで地面のうえで重力測定をしてきた皆さん。初となる空での測定に不安はないだろうか?

「基本的に高いところが苦手なので(笑)そういう意味の不安がありますね」

「私は試験飛行を経験しました。高度600mでしたが、それでも高く感じましたね。実際は5000mまで行きますから……」

小型機のため、機内は外と同じ気圧になる。高度5000mともなれば防寒具もいるし、酸素マスクも必要だそう。それをほぼ毎日である。なんとも過酷。

そして1度のフライトで搭乗するのはパイロット1名とスタッフ1名だけ。責任重大。ミスったらやり直しも大変だ……!

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「失敗は許されませんよね(笑)」とにこやかにプレッシャーをかける部長。でも実際は風などの影響もあるので、ある程度のやり直しはあるかもとのこと。
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4年間がんばってください!

わずかな値のために体を張る人がいる

さんざん重力を測るぞ!だって場所によって変わるから!と言ってきたけども、人の身体ではほとんど変化を感じることはない。

そんなわずかな値のために、技術を駆使したり、体を張ったりする人がいるのだ。

実際に飛ぶところを見るのは叶わなかったけど、これから「標高」という単語を見聞きするたび、あのセスナを思い出すと思う。

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セスナには交通安全祈願のお守りも搭載されていました。

 

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