Closing ceremony of the Kashima 34 meter telescope, 3 October 2020

宇宙測地学：その始まりと最先端

日置幸介 北海道大学理学研究院地球惑星科学部門

「地球物理学」の研究対象

雪氷
地震

測地（地球物理に必須な基準系を与える）
大気陸水火山海洋
宇宙測地学は何を測る？

地球の形、重力、回転
From the brochure of Int. Assoc. Geodesy (IAG)地図をつくる

伊能忠敬 (1745-1818)

測地学以前
大日本沿海輿地全図

測地学以後
Gyoki (668-749)

測地学以前測地学以後

宇宙時代の測地学：宇宙測地学
精度が上がると時間変化が見えるウェゲナーの大陸移動説
Continental Drift: A. Wegener (1912)

実際には海底と大陸が一緒に動く：プレート運動
Continents move together with ocean floors: Plate motion

宇宙測地学でみる大地の動き（プレート運動）測地学以後
宇宙測地学以後
測地学以前

プレート運動の直接計測の歴史
大陸移動説（大正時代）
ウェゲナー「大陸と海洋の起源」 1915

VLBI 鹿嶋局

大陸の海岸線の形状、古生物、氷河跡の分布

日本における直接計測の試み （昭和初期）
天文測量による飛島の計測 1928
寺田寅彦博士の日本海拡大仮説 1927

宇宙技術を用いた国際観測で直接計測 （昭和末期）
超長基線電波干渉法(VLBI) 1985
鹿嶋のパラボラアンテナ

学会発表が1912年、出版が1915年
Talk in 1912, Published in 1915 (ver.1)

大陸と海洋の起源第４版よりFrom “Die Entstehung der Kontinente und Ozeane” Ver.4 (1929)

寺田寅彦の日本海拡大仮説 (1927)

寺田寅彦 (1878-1935)
物理学者、東京大学地震研にも所属、科学エッセイで有名

この説は正しいが、現在進行形ではなく1500万年前に終わっていることが古地磁気学からわかっている(e.g. Otofuji et al., 1994)

彼は拡大が現在進行中で検出可能と考えた

飛島(Flying Island)

拡大に「取り残された」
島々の一つ
From Terada, T., Bull. Earthq. Res. Inst.,
3, 67-85, 1927.

飛島と東北地方日本海沿岸の距離変化

Extension of the distance between islands and the coast

Tobishima

Kisakata
SakataTobishima寺田博士はなぜ日本海の拡大が当時の技術で測れると信じたのか?
1922-1927の経度計測の結果からウェゲナー(1929)は “Greenland is moving 36 meters per year westward relative toEurope…”と書いている

日本では1928に早くも飛島の測量開始

天文測量1928-1934と三角測量1934-1954
天文測量と三角測量の結果は不一致

測定結果
1928-1934(寺田1935逝去)

寺田博士の想像奥田豊三、壇原毅、大塚義徳、飛島の測地並びに天文位置の再測、測地学会誌、第1巻、第2号、42-44, 1955.

宮地政司、大陸移動と飛島の観測、天文月報、第28巻、第１号、 1935.

Misaki-yama, Kisakata, Nikaho-city??? of the Astronomical Coordinates
Aug. 1928
Geodetic Committee of Japan

経緯度観測点 昭和三年八月 文部省測地学委員会

秋田県 にかほ市 象潟 三崎山

それでも地面は動いている…
And yet it moves…
VLBI 鹿嶋局

二度目の飛島測量の50年後 1984

VLBIによる太平洋プレート運動の実測 （1980年代）
Kashima

Kauai

Kwajalein

違うプレートHeki et al. (1987)

同じプレート初めての「実測」
1985 Nov. 6 Front page newsof the Mainichi Newspaper

GNSS/GPS
天然の星から人工衛星へ

固有名詞
GPS（全地球測位システム）
Global Positioning System

宅急便（固有名詞）

普通名詞
GNSS（全地球航法衛星システム）

Global Navigation Satellite System宅配便（普通名詞）

マルチＧＮＳＳの時代: ＧＰＳ的なものが世界中にGLONASS (Russia)

GPS (USA) oldest GNSS
Galileo (EU)QZSS (Japan)
Beidou (China)

大きな父(VLBI) と小さな息子 (GPS/GNSS)

安あがりな地上局

34 m
5m

93008

Google Street-viewでアンテナ探し増殖！ Mushrooming!

http://www.pref.osaka.lg.jp/shokuhin

札幌にも生えて(?)ますGPS/GNSSによる地殻変動の研究

Tadataka Ino (1745-1818)

宇宙測地学以前
宇宙測地学以後
大日本沿海輿地全図
2011年東北沖地震による地殻変動

気象庁のページよりプレートの動きは不変？

ホノルル局 Honolulu (Hawaii)

72.9 +/- 0.7 mm/yr
RMS: ~1.9 mm

ＧＮＳＳで測った太平洋プレートの動き2011 Tohoku-oki Mw9.0

Honolulu

sideshow.jpl.nasa.gov

島じゃないとダメ？

…

東北沖地震で動きは変わった？

Moving N61W

ハワイ少し速くなった気もする

Honolulu

海底の動きもわかる時代に
南海トラフ周辺の海底の動き

東北沖地震時の動き

海水
海底の動き
2012 Jan.-2015 Dec.
(海上保安庁, 2018)

海底もし海水中でも電波が使えれば…

もっと細かい地殻変動を見るには？

衛星に搭載した合成開口レーダ
JAXA

色が距離の変化量を示す

ピクセル

https://www.youtube.com/watch?v=VUQN_LLxxD0

https://www.youtube.com/watch?v=VUQN_LLxxD0

maps.gsi.go.jp

GNSS

2016年熊本地震に伴う地殻変動

ＧＮＳＳ局の動き（日本が誇るGNSS網でも不十分）

GNSS/GPS は十徳ナイフ

対流圏の水蒸気（可降水量）

地殻変動
衛星軌道決定

航法

地震計

地球回転
時刻同期

電離圏全電子数
雪の深さ

ミサイル追跡令和元年台風15号

Typhoon Faxai

風X

GNSSで大気を測る

台風

対流圏遅延(非分散性) : 可降水量(PWV)

ラジオゾンデ（一日二回）

令和元年十月十四日

日本経済新聞測地学で台風の何が見えるか？

令和元年台風十九号

衛星から雲が見える雨のピーク 十月十二日夕方七時

台風全体レーダーで雨も見える衛星やレーダーやアメダスで
1.雨が見える
2.雲の動きが見える
ＧＮＳＳ／ＧＰＳを使うと1.雨になる前の水（水蒸気）が見える
2.降った後の地上の水が見える大気中の水蒸気量（これから水になる）の推移

水蒸 気 情 報 は天気予報に役立つ（平成二十一年には実用化）

+→

雨の重みで地面は凹まないのか？

Flood in central Japan by Typhoon Hagibis (2019 Oct.12)

https://www.bbc.com/japanese/50029221

上下位置
雨が特に多かった地域で一～ニセンチの沈降

凹みから水量を推定

台風上陸からの日解析雨量

地表の水分布

雨で凹む地面大きい

小さい

様々な荷重(量が変わるもの）による地球の変形

家 約３０t(一億人分でも600 Mt)

人 約0.05t(一億人でも5 Mt)

ダム 最大で約660Mt

豪雨 約30Gt

積雪 約74Gt(74000000000t by GRACE)

季節的地殻変動

今日の話
GNSS/VLBI

地面の動きの話
プレート運動
地殻変動
90年前の試み

台風と水の話雨の元が見える話
地面が凹む話科学の進歩：新しい技術で霧が（少し）晴れる

雨竜沼湿原