測地観測

測地学

測地学の発展

測地観測は測地学(Geodesy)という地球物理学の研究分野として行われますが実用技術としての地図測量も含まれます。測地学は地球の形状、大きさなどを学術的に求めることをいいます。しかし厳密な定義ではありません。江戸時代に伊能忠敬が緯度1度の距離を測定し地球の大きさを知ろうとしたのも測地学の分野になります。日本での本格的な測地学は明治中期からはじまりましたが当初は天文観測による経緯度の測定、三角測量で用いる正確な基線長の測定、潮位の測定などがありました。これらは主として目に見える対象物の測定でした。ついで地球の磁気(地磁気)や重力など目に見えない物理量をも測定することによって、より正確に地球の状態を調べるようになってきました。さらに地震や火山の状態などを観察することによって地球内部の状態や動きも分かってきました。

これらの測地学は物理学や天文学とともに発展し、その基礎は山川健次郎(やまかわ・けんじろう 1854〜1931)、長岡半太郎(ながおか・はんたろう 1865〜1950)、田中館愛橘(たなかだて・あいきつ 1856〜1952)、木村榮(きむら・ひさし 1870〜1943)、寺田寅彦(てらだ・とらひこ 1878〜1935)などによって築かれました。長岡や田中館は山川に、また木村や寺田は長岡、田中館の教えを受けています。

測地学者であった長岡半太郎、寺田寅彦、田中館愛橘の切手があります。この3人は測地学を越えて物理学者としての活躍があり切手のデザインも工夫されています。長岡半太郎の切手は没後50年として2000年(平成12)に発行、原子モデルが描かれています。寺田寅彦の切手は1952年(昭和27)年に発行されています。X線による結晶解析の研究など物理学者としても、また随筆家としても有名です。田中館愛橘の切手も没後50年として2002年(平成14)に発行、ローマ字論者でタイプライターが描かれています。

測地観測は近年は航法測地といわれGPS(GNSS)などの人工衛星を利用した宇宙からの観測が手段として主流になってきています。地球物理学の研究分野も月や惑星にまで広がり地球惑星科学といわれ地球の生成過程まで遡る研究がされています。全地球観測システム(GGOS、Global Geodetic Observing System)といわれる国際協同事業では宇宙測地技術を主とした地球規模の測地観測をひとつのシステムとみなし、地球の精密な形状とその変化の観測を通じて、地球科学へ貢献しています。

山川健次郎

山川健次郎(やまかわ・けんじろう 1854〜1931)は会津藩出身でしたが藩が会津戦争で敗れ、越後に逃れた後、米国エール大学で物理学を学びました。1876年(明治9)、東京開成学校(のち東京大学に改編)に奉職、1901年(明治34)には東京帝国大学総長に就任し、その後京都帝国大学総長も兼任、さらに九州帝国大学初代総長に就任しました。山川は近代日本における物理学の祖といわれ、多くの測地学者も育成しました。また秩父宮と旧会津藩主松平容保(まつだいら・かたもり)の孫、松平節子(妃殿下としては勢津子)との婚約のために尽力し、かつては朝敵とされた旧会津藩士族の復権につながりました。

東京大学本部安田講堂の裏には山川の胸像が見られます。墓所は東京青山霊園の1種ロ18−5にあり山川家の墓として葬られています。山川の兄、山川造(やまかわ・ひろし 1845〜1998、会津藩士、維新後、陸軍で活躍)の墓も同墓所にあります。

長岡半太郎

長岡半太郎(ながおか・はんたろう 1865〜1950)は長崎県大村市の出身の物理学者です。東京帝国大学教授として寺田寅彦をはじめ多くの弟子を指導し、初代大阪帝国大学総長に就任しました。吹田市の大阪大学本部事務機構棟前には長岡の胸像が設置されています。長岡は原子モデルの提唱で有名ですが、地球物理学の研究にも携わり地磁気の測量なども行っています。1937年(昭和12)に第一回文化勲章を受章しました。長岡の墓所は東京青山霊園の1種イ12−1にあり父、長岡治三郎の傍に長岡家墓として葬られています。

田中館愛橘

田中館愛橘(たなかだて・あいきつ 1856〜1952)は陸奥国福岡村(現岩手県二戸市)出身の物理学者です。1870年(明治3)、盛岡に出て藩校で和漢学を学び、1872年(明治5)に上京し慶応義塾英語学校、東京開成学校などをへて1878年(明治11)、東京開成学校が改編された東京大学理学部に入学、菊池大麓(きくち・だいろく 1855〜1917)、メンデンホール(Thomas Corwin Mendenhall 1841〜1924)、ユーイング(James Alfred Ewing 1855〜1935)、ノット(Cargill Gilston Knott 1856〜1922)などに師事し、在学中から各地の重力測定、地磁気測定にも従事しました。卒業後、同大学準助教授に就任、1888年(明治21)から私費でヨーロッパへ留学しグラスゴー大学ではトムソン(William Thomson 1824−1907、通称ケルビンKelvin)に師事しました。1891年(明治24)に帰国後、帝国大学理科大学教授となり同年の濃尾地震を機に震災予防調査会を設立しました。重力、地磁気のほか度量衡や航空についての研究も行い1917年(大正6)に退官し1944年(昭和19)には文化勲章を受章しました。

田中館は歌人としても素養があり測量、測地に関する歌も詠んでいます。1887年(明治20)の子午線観測では重なる雲の間から星を一つ見つけて「星一つ 見つけし夜半の よろこびは 月にもまさる 春のおぼろよ」、1893年(明治26)には富士裾野での磁気観測時に「宮人の 玉のしとねも うらやまじ 富士の裾野の そらまくの夢」(そらまく=テント)、1902年(明治35)の測地学委員会による相模野基線の測量を寺尾寿(てらお・ひさし 1855〜1923)とともに視察の際には「雪ふりて 火鉢の端に しゃがみのの 中にこれはハァ 何を計るだべぇす」(しゃがみの=相模野、べぇす=ベース、基線)、1911年(明治40)には「フーリエも ぺん投げつらん 妙義山 力餅お陰で 足も軽井沢」(フーリエ=フランスの物理学者)、1917年(大正6)には「へた技師が 送る電気の ともし火の くらみにたたく タイプライター」などがあります。[田中館愛橘会:田中館愛橘博士歌集 1997 p24、29、35、39、45]

田中館はローマ字論者としても有名です。2002年(平成14)に発行され田中館の切手画面にはローマ字なら容易に打てるタイプライターがあり、名前のローマ字表記は田中館が日本式ローマ字の普及に努めたことからヘボン式(AIKITSU)ではなく日本式(AIKITU)になっています。

岩手県二戸市石切所字荷渡のシビックセンターには田中館愛橘記念科学館があり遺品や磁気儀などが展示されています。また同市福岡字五日町の呑香(とんこう)稲荷神社境内には田中館のローマ字による歌碑が、近傍の祖霊社に墓所があります。横長の墓石にはローマ字で”TANAKADATE AIKITU 1856−1952”と刻まれています。

木村榮

木村榮(きむら・ひさし 1870〜1943)は42年間にわたって地球回転運動の乱れのひとつである極運動の研究を行い学術的基礎を築きました。z項の発見は日本人による天文学への初めての画期的な貢献として世界の注目を浴びました。奥州市水沢にある国立天文台水沢観測所には1899年(明治32)に臨時緯度観測所の庁舎として建築された建物が初代緯度観測所長の木村の業績を記念して「木村記念館」として木村の遺品とともに観測機器などが展示されています。当時の所長室には木村の書で「戒模擬勗創造 千山」(模擬を戒め創造につとむ)とありました。千山は木村の号です。日本の学会は明治中期まではお雇い外国人や留学生を通じて西洋の科学技術を受容する時代でしたが木村の活躍以降、独創的な研究がはじまります。

z項の説明です。地球は自転していますが太陽や月の引力を受けるためコマのように周期的な首振り運動をしています。地球と太陽、月の位置関係によって大きな首振り運動(これを歳差または才差といいます)に小刻みな運動(これを章動といいます)が加わり複雑な運動になりますが天文学の計算で表すことができます。位置が正確にわかっている星が子午線を通過するときその高度角を測定するとその地点の緯度がわかりますが計算値とは僅かにずれています。最大0.3秒で14キロメートル先の1円玉を見る角度と同じ程度です。これを緯度変化といいますが地球の自転軸に対して地球自身がふらつくからです。地球上から見ると天の北極点が円に近い極運動と呼ばれる反時計回りの運動をしています。

極運動が存在する可能性は1765年にオイラー(Leonhard Euler 1707〜1783、スイスの数学者・天文学者)によって初めて論理的に示されていましたが、極運動を国際的に観測するため1899年(明治32)に北緯39度8分線上で水沢を含む世界6ヶ所の観測所が選ばれました。観測がはじまって間もなくドイツの中央局のアルブレヒト(Carl Theodor Albrecht 1843〜1915)から水沢の観測値と計算値の差が極めて大きく観測ミスではないかと指摘され木村は窮地に立ちましたがが緯度変化と極運動の関係式には正体不明のなにかがはいっているとしてz項を入れた関係式を提唱しこれが認められました。z項の正体が判明したのは1970年(昭和45)になってからで地球の深部にある固体と流体がわずかに異なった動きをする現象がその正体でした。


木村は石川県泉野村(現金沢市)で誕生しました。石川県庁のすぐ南、金沢市立ふるさと偉人館の表庭には胸像があり、内部には水沢の緯度観測所で使用したアスカニア製天頂儀の複製などの展示があります。この写真は同事務所の許可を得て撮影したものです。遺品など個々の展示物の撮影はできません。木村の墓は東京府中市の多磨霊園23区1種22側7番にあり、正面墓石には「木村家の墓」とあり、そばの墓誌には「理宙院殿釋旻榮大居士」の戒名が刻されています。

1949年(昭和24)に緯度観測所創立五十年記念として記念切手が発行されましたがタルコット法による緯度観測につかわれる浮遊天頂儀が描かれています。また1952年(昭和27)には木村栄の肖像が文化人切手として発行、木村は1937年(昭和12)に第一回文化勲章を受章しました。さらに2010年(平成22)には日本学士院賞100年記念として木村の恩賜賞受賞の場面と賞記を描いた切手が発行されました。

新城新蔵

新城新蔵(しんじょう・しんぞう 1873〜1938)は福島県会津若松出身、1895年(明治28)に帝国大学理科大学物理学科卒業後、1904年(明治37)頃まで震災予防調査会と後続の測地学委員会の事業として長岡半太郎、田中館愛橘、大谷亮吉らとともに日本各地の重力および地磁気測定に従事しました。のちに、この研究は松山基範に継承されました。新城は太陽系を含むすべての恒星の形成を説明できる理論「宇宙進化論」を唱えたことでも知られています。1918年、京都帝国大学に宇宙物理学教室を新設し理学部長をへて、1929(昭和4)年京都帝国大学第8代総長に就任し、1938年(昭和13)中国南京にて死去しました。京都市左京区の京都大学本部の時計台東に銅像があります。京都大学での最も古い重力測定は1899年(明治32)で長岡半太郎、新城新蔵、大谷亮吉によってレプソルド(Repsold)振子による絶対測定が行なわれています。位置は物理学教室大聴講室の隣で現在の本部時計台の西にあたります。[東中秀雄 京都大学における重力基点 九十九地学 第2号 京都大学教養部地学教室 1967(中川一郎:京都大学における重力基準点について 京都大学理学部 に再録 p43)]

寺田寅彦

寺田寅彦(てらだ・とらひこ 1878〜1935)は高知県氏族の子として1878年(明治11)東京市で誕生、1881年(明治14)高知市に転居、その後熊本の第五高等学校をへて、1899年(明治32)に東京帝国大学理科大学に入学し、田中館愛橘、長岡半太郎の教えを受けます。潮汐の副振動の観測など地球物理学の研究をしましたが、1913年(大正2)には「X線の結晶透過」(ラウエ斑点、単結晶にX線を照射し、回折像を撮影したとき、写真にみられる黒い斑点)についての発表を行い、1917年(大正6)、帝国学士院恩賜賞を受賞しました。測地学の分野では、みずからフィールドでの観測でも活躍しました。門下の物理学者には中谷宇吉郎(なかや・うきちろう 1900〜1962)、坪井忠二(つぼい・ちゅうじ 1902〜1982)などがいます。

寺田は文学にも造詣が深く、吉村冬彦などの筆名で自然科学的な随筆を多く残しています。測量・測地を描いた随筆としては、1938年(昭和13)の作品「天災と国防」(岩波新書)などがあります。夏目漱石との親交もありました。寺田のことばとして「天災は忘れた頃にやって来る」が、よく知られていますが、寺田の著作の中にはそのようなことばは見当たりません。中谷宇吉郎などによれば寺田は生前このようなことばをよく口にしていたとのことです。高知市小津町4、高知城のすぐ北には寺田寅彦記念館があります。寺田が幼少のときに過ごした住宅で、戦災で消失しましたが復元されています。寺田の勉強部屋であった別棟は元のままです。

測地学委員会

1889年(明治22)、日本は万国測地学協会に加盟しました。地球の緯度変化を詳しく調べることが同協会で決まり観測所の設立のため1898年(明治31)文部省内に測地学委員会が設けられました。初代の委員長は東京天文台初代台長の寺尾寿(てらお・ひさし 1855〜1923)です。寺尾は福岡県出身の天文学者でパリ天文台で天文学を研究し1882年(明治15)、金星の太陽面通過現象(「金星太陽面通過観測」で説明)のあった際、カリブ海にあるフランス領マルティニーク島での観測に参加しました。帰国後、文部省准奏任御用掛となり仙台での経緯度測定に従事しています。(「内務省、経緯度の測量」で説明)1883年(明治16)には東京物理学校の初代校長に就任し翌年、東京大学理学部星学科教授に就任、1888年(明治21)、東京大学附属東京天文台(現、国立天文台の前身)の初代台長に就任しています。また1889年(明治22)パリで開かれた万国測地学協会の総会に委員として出席し、この際、日本にメートル原器を持ち帰っています。

測地学委員会は緯度観測のほか重力測定、測地用基線尺の比較、鉛直線偏差測定の事業を行いました。初期の成果では木村栄によるz項の発見、長岡半太郎(1865〜1950)、田中館愛橘などによる重力測定、中野徳郎(なかの・とくろう 1874〜1932、海軍水路部技師)による経度観測(原点経度の変更)などが注目されます。戦後、測地学委員会の後継として1949年(昭和24)、測地学審議会が発足しています。

欧州主導の万国測地学協会は第一次世界大戦の終結後、1919年(大正8)に米国主導の「万国測地学及び地球物理学連合」(International Geodetic and Geophysical Union、IGGU)が発足し自然消滅になったものと思われます。さらに1930年(昭和5)には英文名称の変更(International Union of Geodesy and Geophysics、IUGG)にともない「国際測地学及び地球物理学連合」とよばれ現在まで存続しています。日本では日本学術会議地球惑星科学委員会が対応しています。総会は4年ごとにあり日本では2003年、札幌市で開催されました。


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