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、天文経緯度と測地経緯度の違いである鉛直線偏差の測定などがありました。これらは主として目視による測定でした。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。長岡や田中館は近代日本における物理学の祖といわれる山川健次郎(やまかわ・けんじろう 1854〜1931)に教えを受けています。山川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ました。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)に発行されています。長岡は1903年(明治36)に原子モデル(土星形原子模型)の提唱を行いました。切手面にはそれが表れています。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)に発行されました。田中館はローマ字論者としても有名です。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。

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。

木村榮による緯度観測

地図:水沢(緯度観測所)、金沢(胸像)

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。

木村榮は石川県泉野村(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。

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。

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。

新城新蔵

地図:京都東北部(胸像)

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、測地学で活躍し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。ま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」を唱えたことでも広く知られています。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。 京都大学本部の時計台の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)]


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