南極観測隊の測量

日本の南極観測

南極とは一般に南極点を中心とする南極大陸とその周辺の地域をさします。赤道傾斜角の余角である南緯66度33分を南極線といい、この線以南では夏に白夜になることがあります。南極点を中心にして南極線までの地域を南極圏と呼びます。南極大陸は日本の37倍、1390万平方キロメートルあり氷で覆われた大陸で氷の厚さは最大4776メートルあります。

南極大陸は1820年に発見されたといわれています。しかし発見者についてはロシアのベリングスハウゼン(Fabian Gottlieb von Bellingshausen 1778〜1852)や英国のブランスフィールド(Edward Bransfield 1785〜1852)などともいわれ、諸説があるようです。その後、英国、ベルギー、ドイツ、スウェーデン、ノルウェーをはじめ多数の探検隊が遠征し現在は観測基地を設けている国が多くあります。1909年に英国のシャックルトン( Ernest Henry Shackleton 1874〜1922)は南磁極に到達、1911年(明治44)にノルウェーのアムンゼン(Roald Engelbregt Gravning Amundsen 1872〜1928)は南極点にはじめて到達しています。翌年、アムンゼンより約1ヶ月遅れになりましたが英国のスコット(Robert Falcon Scott 1868〜1912、南極点到達後に全員遭難死)が二番目の南極点到達を果たしています。

日本の南極観測は1910年(明治43)に行われた白瀬矗(しらせ・のぶ 1861〜1946、陸軍中尉)による南極探検隊がはじめてで、その時は南緯80度5分、西経165度37分まで探検した後、一帯を大和雪原(やまとゆきはら)と命名、成功をおさめ帰国しました。白瀬隊は南極点には未到着でしたが全員無事帰還できたことで国際的にも高く評価されています。白瀬は南極探検以前の明治26年(1893年)、郡司成忠(ぐんじ・しげただ 1860〜1924、幸田露伴の実兄、海軍大尉)が率いる千島報效義会(ちしまほうこうぎかい、千島探検隊)に加わり千島列島の最北の占守(シュムシュ)島に到着、同年から翌年にかけ越冬しました。さらに郡司の要望により白瀬は同島で小人数による二度目の越冬をしましたが、食糧不足など苛酷な越冬であり郡司と白瀬の間には確執が残りました。晩年の白瀬は南極渡航に要した借金の弁済に追われ不遇な生涯を送ったようです。

第二次世界大戦後の1956年(昭和31)になって、1957年から1958年までの国際地球観測年(IGY=International Geophysical Year)の一環として第1次南極地域観測隊が観測船「宗谷」で南極へ向かい、1957年1月にオングル島に上陸し昭和基地を開設しました。以降、みずほ基地、あすか基地(閉鎖中)、ドームふじ基地(氷床の最高標高3810メートル)などの南極観測基地を設立して、この間、気象、電離層の観測、海底地形、海洋物理・化学に関する観測、測地観測などを行なっています。1959年(昭和34)には日本は12ヶ国による南極条約に調印しましたが、観測隊は1968年、南極点到達、1971年(昭和46)には「みずほ観測拠点」(現みずほ基地)でロケットによるオーロラ観測も行っています。1962年から1964年までを除き日本は毎年、観測隊を派遣しています。観測隊員は毎年通常60人程度、うち約40名が越冬します。

1956年(昭和31)の第1次南極地域観測隊以来、測量、測地は不可欠になっています。第1次越冬隊長、西堀栄三郎(にしぼり・えいざぶろう 1903〜1989)の著作「南極越冬記」のなかには測量についての記述が随所に見られます。越冬中に基地から離れた偵察行に際し西堀はつぎのように述べています。

南極を旅行するのに、たいせつな測量機械を持っていかないようなやつは、探検家の資格はないぞ、といった。 [西堀栄三郎:南極越冬記 岩波新書 1958 p197]

第一次観測隊の装備や観測機材は当時の国情とはいえ、旧式や性能の不十分なものが多かったようですが、西堀はウイルド社の経緯儀を絶賛しています。測量機のスケッチには、つぎの注記が添えられています。

ウイルド測量機はどんな寒いところでもなめらかにうごく。どこの観測隊でも使っている。 [同上 p210]

ボツンヌーテンは昭和基地の南西170キロメートル、南極大陸のリュツォホルム湾沿岸の標高1486メートルの山です。第一次観測隊は昭和基地から25日間をかけ調査と初登頂に成功しました。

ボツンヌーテンは登った。しかし南の山は見えなかった。わたしは一番に「天測やったか」と聞いた。「やりました。」「よし!!」わたしには頂上に登ったかということよりも、むしろ天測をやったかどうかの方が、重要に思えた。(中略)食糧がなくなって、いよいよこれが最後というときまでがんばった。その最後の日に、太陽が出て、天測に成功したのである。[同上 p214]

測地観測としては基準点測量、水準測量、重力・地磁気測定、GNSS(GPS)連続観測、写真測量による地形図作成などを行い、南極大陸での位置の基準を整備するとともに科学情報の蓄積に貢献しています。基準点測量では基準点の位置を正確に決定し、測量のための基準として地図の作成等に利用されています。南極での位置の決定は、初期の観測隊では天文測量によっていましたが近年はGNSSによる測量が主体となっています。世界共通の基準座標系である国際地球基準座標系(ITRF=International Terrestrial Reference Frame)にもとづく基準点の設置と既設基準点の測量成果を見直しています。

水準測量は、基準点に正確な標高を与えるための測量ですが、繰り返して測量を行うことで氷河の後退による地殻の隆起現象であるポストグレーシャルリバウンドにともなう地殻変動の検出も期待されています。水準路線は東オングル島と西オングル島水準測量を繰り返し行っています。

昭和基地におけるGNSS連続観測点は1995年(平成7)に設置され、以降連続観測をつづけています。観測データは、通信衛星を用いて自動的に日本へ毎日、伝送され解析されます。また、この観測点は昭和基地周辺の測量の原点として位置づけられており昭和基地に設置されているVLBI観測点とも連係されています。GNSSの連続観測によって、南極大陸の地殻変動の様相が明らかになってきたようです。

測地観測としては重力測定を第二次隊から行っています。 1991年(平成3)には昭和基地に重力計室が完成し、国際絶対重力基準点網の重力点が設置されてからは、絶対重力計による絶対重力を測定し、また露岩域では相対重力計を用いて重力異常を把握するため、基準点において精密重力測定を行っています。地磁気測定は露岩域の基準点で行い、1978年(昭和53)には南極磁気図を作成しています。航空磁気測定も行い地磁気異常を検出し、地下構造の解明に寄与しています。

南極での時間は散在する各国の観測基地では、その地点の経度を基準として各国で定めています。日本の昭和基地は東経約40度のため、協定世界時UTC(グリニッジ標準時)+3時間になっています。

1961年(昭和36)に発効した「南極条約」により、南極はどこの国の領土でもありません。南緯60度以南の領有権主張は凍結されており軍事利用、核実験なども禁止されています。南極ではありませんが北極圏内にあるスバールバル諸島は1920年(大正9)、第一次大戦直後に多国間で取り交わされた「スバールバル条約」では、主権はノルウェーが保有するものの領土ではありません。条約加盟国はノルウェー国民と同等の権利が与えられていますが軍事基地を置くことはできません。日本、米国、英国、ロシアなども加盟しています。

南極大陸最高峰はヴィンソン・マシフ(Vinson Massif)で南極半島の付け根付近にあります。この山は1958年、米国海軍の航空機によって発見され、翌年の測量で標高は5140メートルとされましたが、2004年にGPS測量によって4892メートルに改められました。1961年に南極探検を支援したジョージア州選出の下院議員ヴィンソン(Carl Vinson 1883〜1981)にちなんで、この山塊をヴィンソン・マシフと命名されています。マシフは「山塊」のことです。ヴィンソンは海軍の拡張に功績があり原子力空母にもこの名を残しています。初登頂は1966年の米国隊10名全員によります。

南極のエレバス山(Erebus)3794mは地球上で最も南にある活火山です。南極のロス島西部にあり、1841年に英国海軍のロス(James Clark Ross 1800〜1862)が南極探検航海中に発見した山で、ロスの座乗していた艦艇エレバス号の名前が山につけられました。最初に登頂したのは1908年、シャックルトン(Ernest Henry Shackleton 1874〜1922)探検隊の一員、デヴィッド(Edgeworth David 1958〜1934)でした。1979年にはニュージーランド航空が南極観光飛行中、山腹に衝突し乗員乗客全員250人あまりが死亡した事故がありました。この地域は1957年以来、ニュージーランドが領有権を主張していますが南極条約によって国際的には認められていません。

南極観測船での重力測定

南極大陸近傍の海域では観測船で船上重力測定が昭和基地との往復で実施されました。最初に船上での重力計の観測が行われたのは、観測船「ふじ」で第8次観測隊(1966〜1967)が行いました。ほぼ毎年定常的に船上重力測定が可能になったのは、旧観測船「しらせ」において第27次観測隊(1985〜1986)からで、当初は国産のNIPRORI−T型船上重力計が使用され、1987年(昭和62)からは同U型が使用されました。その後、2009年(平成21)から新観測船「しらせ」でMicro-g Solutions社の船上重力計を用いて、現在まで毎年、観測が行われています。

立川市の国立極地研究所に展示されている船上重力計は東京大学海洋研究所と国立極地研究所で共同開発したNIPRORI−U型といわれる重力計で、センサーとしては電磁式サーボ型加速度計を使用し、鉛直ジャイロスコープによってセンサーの姿勢を安定させます。写真右のケースの方が重力計本体で、写真左のケースはジャイロです。船舶は揺れるでジャイロによる船舶の姿勢データを重力計本体の制御部に送り、重力センサーが常に鉛直下向きになるようにして重力データを得ることができます。

南極でつかわれた測量機器の変遷

英領南極地域で1998年発行された切手には南極地方の測量使用された測量機器の変遷が表れています。1902/3年には経緯儀セオドライト、1949年には平板、1964年には測距儀テルロメーター(1950年代に南アフリカで製品化された初期の電波測距儀)、1981年には地球観測衛星ランドサット、1993年にはGPSが利用されたようです。年の表示は切手の内画面枠内の左下に小さく載っていますが、この年にどのような測量をしたのか不明です。英領南極地域は原住民はいませんが切手は観測隊員やこの地を訪れる旅行者にわずかに使用されるほか大部分は収集家のために販売されています。それぞれの切手の下の画像は測量の様子がよくわかるように部分拡大しました。



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