鉄道事業が大影響？謎の観測所～気象庁地磁気観測所一般公開見学～

　北関東には、大正時代から、この観測所の観測が影響を受けるという理由で、半径約30km以内の鉄道がすべて「交流電化」になっている、という謎の観測所があるらしい。
　一体何の観測をやっているのか？時は春。科学技術週間でその観測所が一般公開されるというので行ってきました。大正浪漫の薫り、これぞレトロ・フューチャー。あ、ご心配なく、ちゃんと宇宙にもつながっています。ゆるキャラも登場。

電車の照明が消えます

まずは、この映像をごらんください。

これは、常磐線特急スーパーひたちの車内ですが、藤代駅と取手駅の間で、社内の照明が30秒くらい消えます。
　鉄道マニアの方や、近隣の住民の方には有名な話らしいのですが、初めて出くわすとびっくりしてしまいます。

半径約３０ｋｍ以内は交流でないといけない

　鉄道の電気には「交流」と「直流」があり、都市近郊区間の鉄道は「直流」が経済的なのですが、北関東のこのあたりでは、これからお話する観測所の観測に影響があり、その周囲約30km以内の鉄道はすべて「交流」でなければならないので、電車が走っている途中でわざわざ「交流」と「直流」を切り替えているのです。
　（日本国内には、これとは別の理由で「交直切換」が行われている箇所もあります。）

　なお、最新の車両では蓄電池などを積んで、車内の照明が消えることがないようにしているため、現在では照明が消えるのはスーパーひたちなど、ごく一部になっているそうです。

いったい何の観測所か

　その観測所の正体は、「気象庁　地磁気観測所」でした。
ここの一番大きな仕事は、「コンパスなどの磁石が示す方向を正確に測定すること」です。
　なぜ、そんな測定が必要か、なぜ鉄道会社が全面協力をしてまで、この場所で観測を続ける必要があるのか、その秘密に迫ります。

磁石の指す北極は移動し続ける

磁石（コンパス）の指す北極（磁北極）は、本当の地球の軸の中心である北極からは少しずれている、というのをご存じの方も多いと思いますが、磁北極は単にずれているだけではなく、毎年少しずつ移動しています。図は1600年から2000年までの磁北極の移動の軌跡で、カナダとグリーンランドの間をウロウロしています。

　現在はＧＰＳで自分の居る場所を知ることができますが、少し前まで、自分の居る場所や行くべき方向を知ることができるものは、地図と磁石（コンパス）しかありませんでした。

　その磁石の示す先がずれていってしまっては、自分たちはどこに向かって行くのかわからなくなってしまいます。更に地図を作る時の基準もずれますから、正確な地図もできません。ではどうするか。

同じ場所で測り続ければよい

　答えは簡単。同じ場所で磁石の針の指す方向を測り続ければいいのです。
測る方は同じ場所で変わっていないのですから、方向がずれたとすればそれは磁北極の方がずれたわけです。

　しかし、地球の磁力（地磁気）は、地表面ではたいへん弱いので、単に同じ場所、というだけでは不十分で、できるだけ同じ条件で測定することが必要です。

　同じ場所、同じ条件でずっと測り続けることで、磁極の移動が観測できる。
　これが重要なわけで、町ができて、鉄道ができても、観測所が移転するわけにいかないので、鉄道事業の方で工夫するしかなかったわけですね。

　さきほどの表札のあった本館は大正14年に造られたもので、少し遠くから眺めてみると、屋根のあたりの装飾に大正浪漫の薫りがします。

ＧＰＳも結局は....

　確かに最近はＧＰＳがあるので、地図と磁石（コンパス）の需要は減っていますが、そのＧＰＳも、基本的には衛星との間で相対的な位置を割り出しているものですから、どこかで実際の位置と結びつける必要があるわけで、それを支えているのはやはりこれらの観測データということになります。（写真の説明は次の項目で）

絶対観測

　最近では、地磁気の測定も電子機器で自動的に記録しているそうですが、電子機器は細かいデータを連続的に記録するのには向いているものの、ベースがちょっとづつズレていくような大きな変化には弱く、それは人間が手で測って補正するのだそうです。
　この作業を「絶対観測」と言って、写真の「絶對観測室」の建物はやはり大正14年のもの。一つ前の写真はその表札で、どちらも大正浪漫がいっぱいです。

地磁気の方向を測る装置

そして、実際に地磁気の方向を測る装置がこれ。
　写真左にある縦の円盤の横のハンドルを手でくるくると回すと、中でコイルが回るようになっています。
　磁力線（地磁気）を横切ると、コイルの中に電気が流れますが、コイルがちょうど地磁気の方向を向くと、磁力線を横切らないので電気は流れなくなります。

　写真のものは現役の装置ではありませんが、今使っているものも、ほとんどこれと同じようなものだそうです。

その昔は本当に磁石の針を...

　今は使われていないそうですが、前は本当に磁石の針を吊るしておいて、それに鏡をつけておき、そこに光をあてて、反射した光を感光紙に記録するという形で自動記録をしたそうです。磁石の針の方向が変わると、反射する光の角度も変わるので、変化の様子が記録されるわけですね。
　写真左がそれで、右は中央を拡大したもの。縦になっていますが、鏡がついた磁石の針がわかるでしょうか。　
　現在、この感光紙に記録した情報をイメージ処理して、過去の記録をデジタル情報に変換する研究もされているそうです。

実は「強さ」の方が大変

　地磁気観測所では、地磁気の方向だけではなく、強さも測っています。
　「方向」はＧＰＳのおかげであまり出番がなくなりましたが、「強さ」の方は大変です。
　図は、地磁気観測所のホームページに掲載されている、地球全体の平均的な磁力減少のデータですが、なんとどんどん弱くなっている！。
　現在の減り具合だと、あとおよそ１０００年で０になる勢いです。

磁力が０になると何が困るのか

これも同じく磁気観測所のホームページに掲載されている図ですが、地球は地磁気の磁力があるおかげで、太陽の方からくる高エネルギー粒子から守られています。
磁力がなくなると、それらが直接地表に降り注いでくるわけですが、そうするとどうなるか。

コンピュータが狂う

　高エネルギー粒子が降り注ぐと、コンピュータのＣＰＵなどの半導体が誤動作を起こします。
　３枚続いて借り物で恐縮ですが、面白い話で是非紹介したいので、写真は同じく観測所でのミニセミナーの資料から。
　人工衛星は磁力の弱い所も飛ぶわけで、そこでは計器トラブルを起こす。磁力が小さくなると誤動作する実例というわけです。

　現在、インテルなどの半導体メーカーでは、ＮＡＳＡやＪＡＸＡなど宇宙関係の機関と協力して、高エネルギー粒子が降り注いでも誤動作しにくい半導体の研究を進めていますので、まぁ１０００年あれば多分間に合うだろうとは思いますが、もっと急速に磁力がなくなる可能性もないではないわけで、しっかりと地磁気観測所に観測していただく必要があるわけです。

プロトン磁力計

　

　写真で三脚の上の棒の先についている灰色のものが、磁力を測るプロトン磁力計。
　写真はあちこちに出かけていって測定する時のための移動式のもので、一般公開のデモ用の測定をしていましたが、この観測所の観測でもプロトン磁力計が使われています。
　プロトン磁力計は、 以前、理研の一般公開の記事でご紹介したＭＭＲにも使われていた「核磁気共鳴」を利用して磁力を測るもので、レトロなだけではなく、このような最新設備も使って観測がされています。

観測施設の全景

　これが、現在観測が行われている施設の全景。観測に影響を与えるため、職員の方もこの柵の中に入る時は金属製のものを全部外して入るそうです。建物は全部木造。

たんぽぽやカエルも

　もう、お気付きのかたもおられるかもしれませんが、地磁気観測所は、観測の影響を避けるため、広い土地に建物が点在している、のんびりした、ピクニックがしたくなるような場所です。（いや、実際にはしてはいけないでしょうが）
　たんぽぽが咲いていたり、カエルがいたりしますが、この写真のどこにカエルがいるかわかるでしょうか。

空中電気室

　地磁気観測所が大正時代から観測しているものには、「地磁気」の他に、「空中電気」や「地電流」があります。写真はその空中電気を観測する空中電気室。やはり大正14年の建物。

　ところで、「空中電気」、なんという言葉の響きでしょう。まさにこれこそ大正浪漫！。
　『我等が誇りし空中軍艦は、気象庁地磁気観測が観測せる空中電気の力をば動力として活用せしむるものにして..（嘘）』、いや、このネタがわからない人は、日本ＳＦの元祖、押川春浪の冒険小説を読む事をお勧めします。Wikipedia「海底軍艦」の外部リンクの項からネットでも読めるみたいですよ。

水を流す

　で、空中電気とは何かというと、雷が電気だということは皆さんご存じの通りですが、それは、地面がマイナス、空中はプラスに帯電していて、その間を雷（電気）が流れるということなので、空中にはプラスの電気があるわけです。
　このプラスとマイナスの差（電位差）はだいたい、１ｍで１００ボルトくらいあるそうで、「え、１００ボルトもあるんだったたら感電しないの？」と思いますが、そのかわり電流（アンペア）はごくわずかなので、電力はボルト×アンペアですから、ほとんど影響はないわけです。

　前の写真で、空中電気室から右側に筒が出ていますが、この筒の先にあけられた小さな穴から水が水滴となって放出されることによって、電位を安定させて空中電気を測ります。
　「水滴集電器」というそうで、なぜ水を流すと電位が安定するのか、正直に言うと、実はよく理解できませんでした！。大正時代の科学、深いです。

実は空中電気も大変なことに...

地磁気の磁力だけではなく、空中電気でも、なにやら大変なことが起こっている様子です。1950年から1970年にかけて、電位差が大幅に減少した時があって、これは原水爆実験の影響によるものらしいのですが、1990年あたりからも、なぜか急激に減少しています。
　もともと、空中電気は、雷が起こる仕組みなどを解明するために観測していましたが、それらがだいたいわかってきたため、世界の他の場所では観測を止めてしまった所が多く、データが少ないので、この現象の原因はまだわかっていないそうです。
　地球温暖化だけでなく、何か我々の知らない変化が、地球に起っているのかもしれません。

で、こいつです

　気象庁のマスコット「はれるん」。一般公開では、ドキュメントや会場のいたるところにイラストが書かれていたりグッズが置かれたりしていたので、てっきり、地磁気観測所のマスコットかと思ったら、気象庁のマスコットキャラでした。

どんな所にいたかというと...

これは、コイルに電気を流すと、磁界が発生して、磁石が反発する実験ですが、まあ、こんな風にいろいろと活躍していたわけです。

自然の解明には時間がかかる

　さて、さきほどのカエルですが、実は写真の右下隅にこんなやつがいました。生物の保護色も、いったいどういう理屈でこんなふうに進化できるのかよくわかりません。
　同じ科学でも、コンピュータやロケットはただひたすら未来を見つめて、新しいものを作り上げていけばいいのですが、自然の仕組みを解明するにはそれとは別のアプローチが必要です。

　科学技術も意外とミーハーで、特に事務屋が決める予算などは流行を追いかけたりするものが多いですが、一方で自然のからくりの究明には、何百年間も続けてデータを取ることが必要であり、それは流行りすたりや自分や組織の立場、などという低次元のものとは関係なく、人類が存在することの義務として、ずっと続けていかなければならない事だと思います。

　気象庁地磁気観測所は2013年で100周年だそうです。同じデータを100年にわたって観測し続けていることの素晴らしさを示すために、是非盛大なイベントが行われることを期待しています。

　●気象庁地磁気観測所のホームページ
　　　http://www.kakioka-jma.go.jp/index.html

　※なお、この記事のトップの写真は地磁気観測所の実験室。大正13年の建物です。