地質ニュｰス509号,16‑22頁,1997年1月
獨楴獵湯㈲

慮

特つくば明石雨の落下縫賂と軌道司馬康生1)･伊藤大雄1)･下田カ2〕･福井敬一㌧重野好彦3)
1､はじめに1996年1月7日16時21分(JST)過ぎに関東地方を中心に,東北地方南部から中部地方にかけて非常に明るい火球が観測された.この時刻は日没の約20分前で,この地方はほとんど雲一つ無い快晴の青空だった,続いて,埼玉県東部を中心に大音響が憂き,屋内に居た人までが何事かと思い戸外に多く飛び出した.また,この火球は,大音響と共に明石雲を残し,これは40分以上観測された.この後,つくば市とその周辺の23力所から合計8009余の普通球粒隈石が発見回収され,｢つくば明石｣と命名された(奥山(楠瀬)ほか,1996).
日本流星研究会火球観測部門では,通常から火球の観測デｰタを収集し,その中で特に大きな火球についてはその経路や隈石落下の可能性について検討してきた.また,JN(Japanfireba11Network)
では,晴天時の夜間に写真やTVによる自動火球観測を続け,多くの火球を撮影し,軌道計算を行うことで,そめ起源の解明を進めてきた.その中には1989年3月10日20時57分40秒頃,浜名湖上空で発光し,四日市市上空で消滅した火球(四日市火球)のような小規模な明石落下をもたらした可能性のあるのも含まれている.流星物理セミナｰ･ワｰキンググルｰプでは,近年暗い流星についてTVによる観測と軌道計算を精力的に進め,多くの流星軌道デｰタを得てきた.
1月7日夕刻,我々はマスコミからの問い合わせにより情報を得て,この火球が昼間に多くの人によって観測される明るさだったこと,衝撃波の発生と見られる大音響が観測されたこと,経路に沿って明石雲が残ったことから,この大火球が明石をもたらした可能性が高いこと,また明石雨の可能性が考えら征ることをパソコン通信網で紹介すると共に,情報提供を呼びかけた.火球の明るさはその火球の質量に依存すると共に,突入速度にも依存するので,それだけで明石落下の判断はできない.もし,速度が特に大きい火球なら,明るく光ると共に大気中で磨耗し尽くしてしまう.一方,衝撃波の発生は,大きな断面積の物体が,大気密度の大きな低空まで流星物質が磨耗,減速することなく超音速のまま貫入したことを意味し,その後に大規模な火球の分裂が起きて隈石が回収できないことも有るが,噴石となって落下している可能性が高い.また,明石雲の発生はたいへん珍しい現象で,日本における近年の煩石落下では,1986年7月29日に落下した国分寺噴石で記録され(国分寺町教育委員会,1988),一般に大規模な慣石の落下に伴って観測されるものと思われる.ここで注意が必要なのは,流星に伴う類似の現象が見られることである.すなわち,高速の流星が高層大気に突入したときに観測されるr流星痕｣との区別である.これは高層の希薄大気中の励起したプラズマが発する禁制線による光であり,中,低層大気中に放出されたダストを中心とする隈石雲とは性質の違うものである.
我々はその後,落下縫賂の推定,速度の見積もりに関する試み,シミュレｰションによる噴石落下領域の再現などを行ってきた.その結果,多くの観測デｰタからいくつかの新たな見地を得ることができた.
ここでは現在までに得られたそれらの結果を紹介する.
1)日本流星研究会:〒654‑01神戸市須磨区南落合1‑17‑8‑201
2)JN(日本火球ネットワｰク)
3)流星物理セミナｰ･ワｰキンググルｰプ
キｰワｰド:つくば隈石,明石.火球,鰻石雨
地質ニュｰス509号

つくば明石雨の落下経路と軌道
一17一2.火球経路突入方位角は眼視観測報告によるデｰタ(司馬,1996a,b;伊藤ほか,1996;平野,1996)から推定を進めた.一般に,眼視観測による観測デｰタは誤差が大きいので,精度の吟味や,誤差をカバｰするための観測報告数が多いことが望まれる.つくば隈石の経路については,約40件の報告が得られ,その中で特に経路の｢垂直｣に対する観測に着目した.
誤差の大きな眼視デｰタだが,経路の水平や垂直の方向感覚は一般に信頼度が高い.つくば隈石は多くの人が目撃した首都圏上空を通過したが,経路直下の人にとっては,その経路が地平線に対して垂直であり,経路より左側から見た人は左下がりに,逆に経路の右側から見た人は右下がりに落下するように見えたはずである.観測報告から東京都小金升市,東村山市,府中市から｢垂直｣を示唆する報告が為されている.それに対して東京都目黒区では｢頭上東を通過｣,東京都日野市からは｢経路は垂直から10切角度で左下がり落下｣,静岡県御殿場市から｢わずかに右下がり｣,静岡市からは｢垂直から10｡
以下の角度で左下がり｣と報告されている.幾分相矛盾するものも含まれるが,これらから静岡市の南→御殿場市の北→府中市→小金井市→というラインが推定できる(第1図).すなわち突入方位角では南西方向,南から4ポ西方向である.これは,束田進也氏(気象庁)から私信でいただいていた地震計記
録による衝撃波到達時刻から推定した経路方向,南から48｡西と全く一致した.
また,経路上の点として,我々は隈石雲の正確な観測眼視写真38｡火球｡｡
隅石雲･･
衝撃波口
北緯㌷36｡㌵137｡

1380139.140014ゼ､
東経第1図眼視観測･落下経路発生点を求めた.なぜなら,明石雲は火球の経路上で発生しているはずである.つくば明石の明石雲は多くの人によって目撃されると共に,写真も撮影された.これらの多くの観測から,明石雲は時間と共に北西に流されたことがわかったので,発生直後に撮影された写真を必要とした.幸いにも東京都日野市から小林正人氏,東京都目黒区から大橋芳之氏がそれぞれ火球を観測した直後に蹟石雲を撮影していた(写真1,2).火球消滅後30秒以内と思われる2氏の1枚目の写真から,噴石雲は水海道市上空24〜26kmで発生していたことがわかった.また,小林氏の連続写真から発生直後の明石雲は形が激しく変化したこともわかった.最初の写真(写真1,2)
写真1明石雲(小林正人氏撮影)
写真2噴石雲(大橋芳之氏撮影)
1997年1月号

一18一
司馬康生･伊藤犬雄･下田力･福井敬一･重野好彦
第1表
写真観測者
撮影者

撮影地

掲載新聞･雑誌

備考

経度,緯度,標高
石田哲美

群馬県前橘市

読売新聞(1996,1/8)

地上物は写っておらず,位置測定できず.

139'05'28.5''瓦,36.24'06,7''N,hユ06団
本郷喜代則

富山県上市町女川

茨城県下館市

月刊天文(1996.3月)

7〜8個の分裂片が写っており,各破片の相対位置測定は済み.

地上物が条件良く写っており,富山科学文化センタｰの布村氏

ユ37'21.30'IE,36'40.34.'N,36皿
小林伊一

天文ガイド(1996.3月〕,渡辺氏により比較写奥が撮影され,位置測定済み.

畏く線を引いたように写っている.

未調査.
樋口克則

東京都小金井市

東京スポ】ツ(1996.1/11)

5秒間に3枚撮影.掲載写真に地上物は写っていない.

ははっきりした上部と,たいへん淡い下部から構成されている(下部は不鮮明である).上部の明るい部
分の中では最も下の部分が最も明るい.そして上下の部分は｢く｣の字型に曲がっている.そして,それぞれの部分の地平線と為す角度は,後に示す火球の突入角と比べてあまりにも大きい.これが,2枚目の写真では上部の明るい部分が2つの塊に分裂し,それらが水平に近い位置に並ぶように変化し,1分以内に劇的な変化を遂げている.従って,火球通過点と見込んだ噴石雲の写真位置は既に発生直後大きく移動した後がもしれない.その劇的な変化の要因として,発生熱による上昇運動,通過した隈石の運動量が与えられて経路方向に押し出される運動,など考えられるが,ここでは,小林氏によって連続撮影された写真から確認できた上昇運動だけを考慮した.計算された明石雲の最も淡い末端が,既に500m上昇していたと仮定し,経路上の点を推定した.すなわちこれは,東経139.9823二北緯36.0299｡,
高度24.2kmである.これ'は･,眼視観測のみから既に推定されていた位置に対して東に1km程,高度は荻m穫高くなったが,良く一致した.
最後に経路の仰角を決定するために火球の写真を利用した.落下中の火球の写真は(第1表)に示す4氏が撮影していることが新聞,雑誌で紹介された.このうち2氏から写真をお借りし,測定することができた.しかし,石田氏の写真(写真3)は地上物が写っておらず,経路測定はできなかった.一方,本郷氏の写真(写真ゑ)は非常に良い条件で地上物が写っており,精度良く火球の位置が決定できた.
これを測定した結果,明石雲の発生点を通り,眼視観測から決定した方位角上に火球が存在したとして,東経139,795｡,北緯35,897｡,高度39.4kmであることがわかった.ここから陽石雲の発生点へ直線を引くと,突入高度角は35.1｡である.なお,(写真4)からわかるとおり火球は尾を引いている.この尾の長さはO.7｡,実長は2.眺m,伸びている方向は地平線に対して32,9｡だった.これは火球経路の突入高度角より2.2｡小さいが,尾の先は先頭より小さな被写真3つくば頼石の落下写真(石田哲美氏撮影)
写真4つくば隈石の落下写真(本郷喜代則氏撮影)
地質ニュｰス509号

つくば隅石雨の落下経路と軌遵
一19一片が飛行しているため,既に減速して重力の影響からより早く落下していると理解できる.この突入高度
角は束田氏らにより地震計記録から求められた角度,47｡よりかなり小さい.
3.大気突入速度と隅宿軌道
唄石の起源を知るためには,その突入方向と共に速度が正確にわかっていなければならない.今までに正確な速度が決定されたのは,Pribram(Cep1echa,楴捃祥整湮楳
健al.,1994)の4つの明石だけである.これらは写真もしくはTVカメラによって速度が決定され,その日心軌道はいずれも遠日点を火星と木星の間に持つ事がわかっている.つくば明石については,当初火球の飛行が一般の方によってTV撮影されたと報じられたが,それは飛行機雲の映像であり,速度を決定できるTV映像は今回は得られていない.一方,写真観測から速度を求める方法は,夜間なら回転シャッタｰと呼ばれる羽をレンズ前面で一定速度で回転させて得られた像から求められる.もちろん,今回得られた写真にこの装置は使われておらず,シャッタｰ速度が速いため,撮影された火球映像の伸びも確認できない.このため,信頼できるつくば隈石の大気突入速度(単に｢突入速度｣とする)を求めることはできない.そして,困難なことに突入速度の見積
もり誤差はむしろ突入方向の見積もり誤差より,その起源たる日心軌道により大きな誤差を一般にもたらす.
今回は,突入速度の推定を2つの方法で試みた.
眼視観測デｰタからと,落下物理の検討からである.
眼視観測から速度を求めることは突入方向を求める以上に大きな誤差を伴う.それは,主に発光時間の見積もりが困難なことによる.それでも観測数が多く得られたので,そこから求めたものが,第2表である.大気中を飛行する火球は空気抵抗によって減速し,一般に明石となって落下する場合は消滅直前に41km/s1程度以下まで減速することが知られている.従って,第2表で得られた結果は,突入速度より小さな数値かもしれない.
一方,突入速度を推定するため飛行する火球の物理的な面に着目する.一般に火球観測から直接第2義眼視観測による火球速度(司馬ほか,て996)
観測者

観測地

観測経路長

[de区1[㎞1高橋渚奉11
玉木聡

観測時間

[S】

540

33
2‑32,35,669133

3320

320〜25354548

明田

52〜31〜2

神奈川県茅ヶ崎市堤38〜69572

補奈川県態沢市遠藤

17.19431}2神奈川県茅ヶ崎市新栄町
2363

合計(幅のあるものは中央値〕

15〜30

2922〜4338}4360,69
1,25?

32〜63

1423.571.55

合計20件平均速度量19.9土4.5[㎞/s]得られる物理量は,位置,速度,光度である.今回,速度が不明なのでそれを位置,光度から類推したい.まず,位置に関する重要なデｰタは地上高度である.噴石落下の可能性を判断する場合にも,火球の消滅点高度の決定が欠かせない.つくば明石火球は,消滅点はやや不正確だが,噴石雲の発生高度が正確に決定できた.明石雲の発生はこの高度で最も多量のダストが大気中に放出されたことを意味し,大気と隈石とが最も効率よく衝突した地点と考えられる.更に,同じ根拠から,この地点で最大光度となったと考免られ,観測でもそれを支持するデｰタが得られている.一方,光度について精度の高いデｰタは無い.しかし,白昼の青空で多くの人が認めたことから満月より十分明るく,逆に,火球による影や背後からの光で気付いたという報告が見られないとから,太陽よりは十分暗く,おそらく一15等〜一20等程度ではなかったかと推測する.石田氏の写真(写真3)の予備的な測定では,一15等以上有ったと認められるが,最も明るい部分はネガ濃度が飽和に近く,精度の高い測定はできていない.長谷川隆
氏は,自いテｰブルに反射した光から一16〜一17等ではないか,と推測している.
これらから,明石雲発生高度で最大光度となり,1997年1月号

12〜18148栗原

静岡市登呂

15〜232〜31655?

井上山本義秀24〜3743?

6468

16〜2030

26?39?

13

名940?45

東京都目野市多摩平
東京都府中市

神奈川県藤沢市円行
神奈川県鎌倉市雪の下
神奈川県寒川町

29,38

24〜29

3.6』5.5100148

茨城県つくば市

茨城県つくば市新井

小林正人
渡辺裕

白石
高井

15〜23

3〜418,2867143

橋爪貞美
山本哲也

麻生地

1010}15115

仙55

長野県朝日村埼玉県毛呂山町

13,20

3I2?4518}31133

富山県黒部市若栗

裏野市信濃町2,35599

新潟県糸魚川市副11
新潟県黒崎町末場地内

星野市吉日]

成尾誌穂他
辻麻一

速度[㎞/s]福島県国見町新潟県妙高高原杉の原

大宮薬男
坪井宏
樫村信也
森和雄
小林和宏

13

一20一
司馬康生･伊藤大雄･下田力･福井敬一･重野好彦
最終質屋
10㎏3㎏0.9㎏
σ0.05[S2他21〴〴〳〰〵

161820222玉突入速度V一〔㎞/s]
第2図物理面から考察した速度(司馬ほか,1996)､＼＼＼､.＼､､＼､＼＼＼･＼＼＼､､＼､､＼冷̲一､､､一下■.
､＼､､

へ＼＼

̀

､

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一､､､＼､､､
一､＼､＼＼＼＼､＼､､､＼.､､＼､＼,､､

1

一■

最大絶対光度
一20皿a厘
一19magかつその光度が上記予想の範囲とする突入速度を求めたい.この計算のため,単純アブレｰションモデル(McIntosh,1970)によるシミュレｰションを行った.このモデルは,大気と衝突する火球物質が,消耗する運動エネルギｰに対して一定の割合で質量欠損が進むと仮定された古典的なモデルである.
大気に突入した火球の運動エネルギｰは,その質量と速度の2乗に比例し,それが光や蒸発,衝撃波,分裂に分配される.このモデルにより,大気突入質量と,突入速度,磨耗係数を変化させ,計算したものが第2図である.図から,可能性の高い磨耗係数の値,推測された光度,9009以上の落下質量に対応する突入速度は18〜20[km/s1前後である.
ただし,この推測には問題点が含まれている.一つは火球の分裂がもたらす効果であり,もう一つは,このモデルで使う磨耗係数の信頼度である.
最近,大気中を飛行する火球はその多くが分裂をすることがわかってきた.そして,適当な分裂を考慮することで.いろいろな光度変化カミモデル計算と良く一致することが示されている(Babadzhamveta1.,1990).具体的な分裂モデルとしては,火球表面から小破片が少しずつ剥離してゆく準連続分裂(Babadzhanov,1992)と,大規模な分裂が階段状に繰り返す組分裂(Ceplecha,1995)が,モデル化されて観測と計算の比較が為されている.これらのモデルによる計算結果は,単純アブレｰションモデ
一18mag‑17冊ag‑15皿a9ルと違った光度変化をもたらす.しかし,つくば明石火球の限られた観測デｰタから分裂を定量化することは,想像力抜きにはできない.
一方,磨耗係数σが大きいほど大気中ですみやかに磨耗が進み,落下質量は小さくなってしまう.この数値の見積もりは1観測された火球から隈石を発見回収する際に重要なため,火球観測網であるヨｰロッパネットワｰクでは特に詳細に調べられてきた.
実際に落下したPribram,Lostαty明石に対しては(McIntosh,1970)によって示され,σ=O.005〜0,045程度とかなりの幅がある.一方長沢は,σ吉O.03±2割程度であろうとしている(長沢,1981).
得られた突入方向,推測する速度に対して求めた軌道は,第3表,第3図になる.もし突入速度が16[km/s1程度なら,その日心軌道は遠日点を火星と木星との間に持つ典型的な明石軌道であるが,これまで推測した速度から推定すると,より大きな軌道を捲っていた可能性が十分考えられる.
4.落下シミュレｰション
経路が判明した明一るい火球に伴い,隈石落下が見込まれる場合に落下点を予測したり,既に明石が発見回収された場合でも,更なる分裂片の落下位置を予想する事は,多くの破片を早期に発見回収するために重要である.
地質ニュｰス509号

つくば明石雨の落下経路と軌道
一21一
策3表
軌道要素
初速度
V蜆

修正輻射点

地心連度

皿(2000)δ

[㎞/S]
㌱㈮

VG

㌱

軌道半長径

雄心率a囮

e

[degl[de回1q

近日点距離

Ω

[㎞/s]

[^U]

㌱
㌮

近日点引数

昇交点黄経

軌道傾斜角

i

[^u]

弱㌮伉

㌱㌮
㈰

㌉

[deg]

[de9]

〔de理1㈸

㌳㈸〉

㈮

㈸

㌮

22315.5̲9.2

19.3

一21.

1.040

O.837

135.O

286,33.6

24

316.O̲8.6

21.5

一4.1

1.200

0.829

135.3

286.3

4.1

Voo=16[k皿/s]､
Voo=18[k皿/s]
Voo=20〔k㎜/s]
Voo=22[k皿/s]
Voo=24[k皿/s]
晒卿｡漱
u㎜1j∫
第3図
つくば明石の場合,これらの計算を進める前に複数の明石が発見された.このため我々の注目は,落下領域が奇妙な形をしていることと,もっと大きな破片が落下しているならばその位置はどこになるかの2点だった.一般に,明石雨の落下領域は楕円形になることが知られている.そして,典型的な落下楕円の短径は4〜5kmで,長径は火球の突入方向を向き,その長さは火球の突入角が小さいほど長くなることが知られていた.そして,落下楕円の手前に小さな質量の破片が早く減速して落下し,より先に大きな破片が落下する.しかしつくば明石の落下領域は,一辺8〜9km程度の三角形になっており,これは従来知られていた落下楕円とは全く違う形状だった.一方,観測された火球が大きな規模だったのに,発見回収された明石の総質量が少ないことから,未発兄の大きな明石破片への期待も大きかった.
求められた経路から単純アブレｰションモデルを使い,高度35kmと明石雲の発生直前の高度26.5kmの2点で分裂を仮定し,計算したものが第4図である.慣石雲の発生点では,大規模な分裂が起きていたと推定されると共に,これより前の位置で撮影さ日心軌道れたと見られる石田氏の写真(写真3)で既に7〜8個の分裂片が認められるため,分裂点を2点考慮した1上空では偏西風が強く吹いているため,小さな質量の明石は予想以上に流されて東南東に落下することがわかる.落下領域が経路上からかなり東にそれた地域になっていることも計算で再現できた.
ここで上空の風は,つくば市の高層気象台で得られた当日9時(JST)と15時(JST)のデｰタを使っている.図中のCDは落下する明石速度が音速以下に減速したときの抵抗係数で,CD･O.3,0.8,1.4の3例について示した.なお,図中の質量は,落下質量であり,上空ではもっと大きい.図示していないが,超音速飛行時の抵抗係数を大きくすると自由落下に早く移行するため,落下位置は南西にずれる.また,分裂高度を低くすると落下位置は北東になるが,仮定した35kmでの分裂より高い高度での分裂を仮定しても,結果はほとんど変化しない.ここセ図示した
結果は,眼視観測に基づく経路デｰタで行ったシミュレｰション(Shibaeta一.,1996)と比べて超音速飛行時での抵抗係数を大きく,CD目1.5とした.球形での理論値CD≡1.Oより大きな値で実際の落下点によ
1997年1月号

一22一
司馬康生･伊藤犬雄･下田力･福井敬一･重野好彦
㌶
緯度[｡]
㌶
㌵
㌹
010k回

計算による落下点

山

口①で分裂の場合
Co･O.3300里･C08△②で分裂の場合!lC工･1.4
'I

落下点

100里

い火1300309

織3009'･'OO匡､､

綴1009

鯵309
腹石雲発生

'o

1島､

⑧109･､､､i
分.､②30国･3938

lO匹､1呂･19､､〜､､･∵＼

裂仮定点①べg＼ほCo:O.3､､､
C』=0.8､98139･91400140114021403
籍4図
経度[｡]
シミュレｰションによる落下域
り近付くことは,分裂直後の各破片が凹凸の多い形だった事が原因と考える.
ほとんどの破片の落下位置は計算で再現できたが,1号一2号贋石に至る北北東一西南西の顕著なラインが形成され,その北側から全く明石が発見されていないことをこの計算から説明することはできない.この点は未解明の問題として残った.
5.おわりに本稿は,落下縫賂については主として伊藤,速度,シミュレｰションについては主として司馬,による.また,下田により眼視･写真デｰタ収集と写真の測定を,また福井により現地唄石雲の調査と上空の風のデｰタの収集,重野により軌道計算をそれぞれ主として行った.なお,これら調査を進めるにあたり,実に多くの方から観測デｰタの提供を受けた.それらのほとんどはここで詳しく紹介できなかったが,彼らのデｰタがあってここまでまとめることができたのであり,感謝申し上げたい.とりわけ貴重な写真を測定させていただいた本郷喜代則氏,石田哲美氏,小林正人氏,大橋芳之氏,安本昌彦氏,柴原充氏,
そして写真収集に助力いただいたり,資料やデｰタの転送に関わった多くの方々,デｰタ提供をしていただいた高層気象台の職員の方,助言をいただいた方々に感謝申し上げる.

文献
摺湯卯

倮

癩歯献剥献
摺

湯湯癡

㈩

数数

捨愬数

捨愬愬

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倮測倮

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琬㈶
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偬慮整㈶

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潮慮

愬

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楢愬央瑯慮浯

杮㈴㌩㈭

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59‑62､午奡獵漬楹甬午い歡牡

ichiandS凹IGEN0Yoshihiko(1997):Trajectoryand瑯獵

整物敲

〈受付:1996年10月15日>
地質ニュｰス509号