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Index  その一　その二　その三　その四

地球のはなし（その二）

9 地球と宇宙をつなぐエレベーター top

　人工衛星の話が出たついでに、面白いアイデアを紹介しましょう。
　地球の表面すれすれにとぶ人工衛星は、ほぼ八十四分でひとまわりしていました。
　実際の多くの人工衛星は高度数百キロメートルくらいのところをまかっていますが、このくらいの高度だと一周するのに約九十分かかります。
　そして高度がますほど、人工衛星の周期はしだいに長くなってきます。
　そのわけは、高くなるほど（つまり地球の中心から遠ざかるほど）、万有引力の法則によって重力か弱くなるからです。
　そこでです。

　なにしろ、絶対切れないような丈夫なものでなければなりませんからね。
　クラークの作品では、この世で一番かたいダイヤモンドが選ばれました。
　細いせんい状にしたダイヤモンドは、引っぱりの力にもすごく強いからです。
　でも、何万キロメートルもの長さのひもをダイヤでつくるなんて、いまの技術ではとても無理ですが、やがてすばらしい材料が開発されるかもしれません。
　宇宙エレベーターが実現したあかつきには、いまのようにロケットで地球からとび出す宇宙旅行の方法は、大きく変わっていくでしょう。
　宇宙エレベーターで人間や機材を静止衛星まで運び、そこを基地として宇宙へ出かけていけば、ロケットを使うよりもずっと楽で能率的です。
　それに何よりも、ロケットが出す排気ガスで大気を汚染する心配がありません。
　未来の交通手段としての宇宙エレベーターの実現を、楽しみに待つことにしましょう。

10 地球は西洋梨型だった top

　地球はまるいこと（No1）、しかし正確にはまん丸ではなくて、赤道の方向に少しふくらんだミカン型だということ（No3）を前にお話ししました。
　それでおしまいかと思ったら、今度はまた「地球は西洋梨型とは一体なんだ。おじさんはへんなことをいうな」とみなさんは思うかもしれません。
　でもこれ本当のことなんです。まあ、話を聞いてください。
　地球の表面には高い山があったり、海にも深いところがあったりして、でこぼこしていますね。
　地球全体の形を考えるときには、こういうでこぼこを気にしているとやっかいなので、全体をならした、なめらかな面を考えることにするのです。
　そのために、地球全体が海面でおおわれていると仮定してみましょう（何しろ地球表面の七割は海ですから）。
　もっとも海面も波が立ったり、潮の満ち引きで動いたりしますから、そういうことのない静止した平均海面を考えます。
　また陸地のところは、溝をたくさんほって海水を引き入れ、海面とつながっているということにします。
　このようにして、地球の全表面が平均的な海面でおおわれているとしたときの面を「ジオイド」とよびます。
　ですから、ジオイドの全体の形が地球の形を表すことになってくるわけですね。
　では、ジオイドの形ならば完全になめらかなのでしょうか。
　いやいや、どうもそうでもないようなのです。
　海面はいつも、重力の方向とは直角な面をつくります。
　ですから一見なめらかなように思えますが、重力の大きさや方向がちょっとでもちがっていると、海面は傾いたりへこんだりします。
　地球の内部には密度の不均一なところがあちこちにあって、重力の方向や強さは場所によって微妙にちがいます。
　このことが原因となって、ジオイド面にもでこぼこが生じてくるのです。
　ただし、地形のでこぼこに比べたら、はるかに小さなものですが…。
　ところで、地球全体にわたってジオイドの形を正確にきめるのは、大変むずかしいことでした。
　というのは、重力の精密な測定を世界中くまなく行うのは、とても苦労の多い仕事だったからです。
　しかし、一九五七年に人工衛星が登場して以来、状況はいっきょに変わってきました。
　宇宙からの観測によって、地球全体のジオイドの形をきめることが可能になってきたからです。
　人工衛星は地球をまわるとき、地球の形や重力の影響をうけて、軌道が少しずつ変化します。
　とくに、地球が赤道方向にふくらんでいることによって、衛星の軌道面はしだいに西方へ移動します。
　また、地球内部に密度のむらがあると、重力の大きさが場所によってちがってくるので、その影響で衛星の軌道は、打ち上げ当初の軌道からだんだんそれていきます。
　そこでこの軌道の変化をくわしく観測すれば、逆に地球のジオイドの形を知ることができるわけですね。
　地球全体のジオイド面のでこぼこはこうしてわかってきたのです。

　では、それは一体どんな形だったのでしょう。図1からもわかるように、南北断面で見ると、ジオイド面は基準の地球楕円体面（幾何学的な理想面）に対して、北極で十四メートルくらい盛り上がり、南極では二十四メートルほどへこんでいます。
　また北半球の中緯度も少しへこんでいますね。
　これはまさに西洋梨型です（ちょっと大げさですが）。
　一方、赤道断面（図2）では、なにやらおかしな不規則形にみえ、こちらはジャガイモ型といったらいいでしょうか。
　地球が西洋梨型だといったことの意味がわかりましたか。
　ただし、このジオイドのでこぼこも、山や海底などの地形にくらべたらはるかに小さなものですから、宇宙から地球を見たとき、「あっ、西洋梨が浮かんでいる！」なんてことにはなりません。
　ちょっと残念でしたね。

11 のびる一日、遠ざかる月 top

　地球には月というお供がいます。地球のことを考える上で、お月さまの存在をどうしても見逃すことはできません。
　そこでちょっと、月と地球の関わりについて考えてみましょう。
　よく知られているように、地球の海には潮の満ち引き（潮汐現象）が起こります。

　その結果、月の公転軌道は外側へ広がるようにずれ、月は地球から遠ざかっていくことになるのです。
　その割合は一年に約三センチメートルです。
　このようにして、地球の自転速度はしだいに遅くなり、それに対応して月は地球から遠ざかっていきます。
　さあ、この関係はいつまで続くのでしょう。
　はるか未来の話ですが、約四十億年後、地球の自転周期と月の公転周期はともに四十日となってつり合いに達し、この時、月は地球から約五十万キロメートルの距離に遠のいて落ちつくはずです（現在の地球と月の距離は平均約三十八万キロメートル）。
　こうなると、地球と月はいつも同じ面を向けあったままです。
　つまり、月が静止衛星になってしまうわけですね（現在、冥王星（めいおうせい）とその衛星ガロンがまさにこの関係にあります）。
　それならば、地球と月をつなぐ宇宙エレベーターだって、実現できそうではありませんか。
　エレベーターに乗って月旅行なんて、未来の人類の大きな楽しみになりそうですね（ただし、四十億年後、人類がまだ生き残っていればの話ですが）。

12 大昔の一日はもっと短かった top

地球の自転の遅れに関係したことを、もう少しお話ししましょう。 　地球の自転周期が十万年に一秒の割合でのびていくとなると、それを昔にさかのぼってたどってみたら、どうなるだろうとみなさんは思うかもしれませんね。 　自転周期ののびが昔から同じような割合で続いてきたのなら、昔にいくほど地球の自転はいまよりも速かったにちがいありません。 　さあ、その証拠はあるのでしょうか。 　あります、あります。じつはその証拠が、意外なところから見つかってきたのです。 　それは、地質学や古生物学上の記録に残っているのです。 　一番よく知られているのが、化石の貝殻やサンゴの成長線です。 　二枚貝の殻やサンゴには縞模様がたくさん見られますが、これらは貝やサンゴが成長するたびに、殻（から）に石灰分をつけ足していったあとで、いわば木の年輪に相当するものです。 　ところが、この縞模様の中をさらにくわしく調べてみると、一日の成長を示す日輪も存在することがわかってきました。 　サンゴは昼間の太陽光線が降りそそいでいる間に活動し、骨格を成長させます。 　また干潟（ひがた）にすむ貝などは、満潮（まんちょう）になって水をかぶったとき成長するといわれます。

　このようなリズムのくり返しで、一日ごとの縞模様ができていくのです。
　そこでこの縞模様を解読すれば、一年の日数や一日の長さがわかってくるというわけです。
　現生の貝やサンゴの縞模様は、明らかに一年の日数がほぼ三百六十五日、一日の長さが二十四時間であることを示しています。
　しかし古い化石はそうではありません。古生代の中頃（三億年〜四億年前）のサンゴや貝の化石の研究からは、一年の日数が約四百日、一日の長さは二十二時間ぐらいだったことがわかりました。
　化石だけでなく、地層をつくる堆積岩（たいせきがん）の研究からも、大昔の一年の日数が椎定されています。
　オーストラリアの先カンブリア時代 * の終わりころ（約六億年前）にできた地層の中に、きれいな縞模様をもった砂岩があります。
 * 先カンブリア時代　地球の創成期（四十六億年前）から古生代の始まり（約六億年前）までの長い地質時代をいう。
　　古生代以後に生物が爆発的進化をする前の準備段階の時代ともいえる。

　一枚ごとの薄い層は規則的な潮の満ち引きによってできたものと考えられ、これをくわしく解読した研究者は、六億年前の一年の日数が約四百日だったとのべています。
　化石や地層の研究からの推定は、まだこのほかにもありますが、結論がかなりくいちがっているものも多いのが現状です。
　古い記録ほど正確な値を読みとるのはむずかしく、これからのくわしい研究を待つほかないでしょう。
　一方、大昔の地球の自転周期については、天文学者や地球物理学者による理論的な研究もあります。
　それによると、一日の長さは二億年前では二十三時間、五億年前では二十一時間くらいになるそうです。
　以上のことをまとめてみると、ごく大ざっぱにいって、数億年前には地球の自転はいまよりも二時間前後速かったことは確かなようです。

13 地球に月があることの幸せ top

　地球が月という衛星をお供につれているのは、考えてみればふしぎなことです。
　地球だけでなく、太陽系の多くの惑星（水星と金星は除く）は、衛星をしたがえています。
　特に木星や土星などの巨大惑星には十数個の衛星があって、さながら太陽系のミニチュア版のようです。
　これらの惑星の衛星には、共通した一つの特徴があります。
　それは、中心の惑星の大きさに対して、衛星の大きさの比率がうんと小さいことです。木星の四大衛星の中には地球の月よりも大きなものがありますが、木星の大きさに比べたら、小さな豆粒みたいなものです。

　日食（にっしょく）は、地球と太陽の間に月がきたときに起こります。
　これはちょうど新月のときですが、それなら新月のとき必ず日食が起こるかというと、そうはいきません。
　月の軌道は地球の軌道に対して少し（五度くらい）傾いているので、両者の軌道面が交差するところに月がこないと、日食は起こらないのです。
　こういう機会は一年に二回くらいです。
　次に、いろいろな条件がそろったとしても、日食はいつも同じように見えるのではなく、皆既食や金環食などのちがいがありますね。どうしてでしょう。

　つまり皆既食（かいきしょく）は起こらず、未来の人たちには金環食（きんかんしょく）しか見えないことになるわけです。
　あのすばらしいコロナも、金環食では見ることができません。
　私たちは今、何と幸せな時代に生きているのでしょう。自然界の偶然性に感謝したい気持ですね。

14 地球は巨大な磁石だ top

　みなさんは、遠足や山登りのときなどに、磁石（磁気コンパス）を使って方向を調べることがあるでしょう。
　磁石はいつも南北の方向をさし示してくれるので、身のまわりに方向を知る目印がないときには、大変役立ちます。
　いつも何気なく使っている磁石ですが、これがまた、地球の性質を知る大事な手がかりをあたえてくれるのです。
　磁石というものが人類に知られるようになった歴史は古く、中国ではすでに紀元前から、磁石が鉄を引きつけることや、南北をさす性質をもっていることが知られていたそうです。
　文明が発達して人々の交流がさかんになると、磁石は方向を知るための道具として広く使われはじめました。
　とくに海を航海する船乗りたちにとっては、なくてはならないものとなっていきました。
　ところで、磁石の針はどうして南北をさすのでしょう。
　棒のような細長い磁石は、その両はしにＮ極とＳ極という、二つの極をもっています。
　いまこの棒磁石を糸でつるしたとき、北をさす側をＮ極、南をさす側をＳ極とよびます。
　さて、二つの棒磁石を糸でつるして近づけてみると、Ｎ極とＮ極、またはＳ極とＳ極どうしははね返り、Ｎ極とＳ極はよく引きあってくっつきます。
　このことはもうよく知っていますね。こうしたことから考えると、棒磁石や磁針がいつも南北をさすのは、地球自身が大きな磁石だとすれば都合がよい、ということになるでしょう。
　まさにしかり。地球の北極にＳ極、南極にＮ極があれば、磁石の針のＮ極は北に、Ｓ極は南に引っぱられ、針は全体として南北をさすことになるわけですね。
　こうして、地球自身が一つの大きな磁石であることは、現在ではだれもがみとめる事実となってきました。

　ただでさえＳ極側を重くしてある針は、ますます傾いて文字盤につかえてしまうでしょう。ちょっと不便ですね。
　伏角は赤道あたりではゼロですが、緯度が高いほど大きくなり、やがて極地に近いところで磁針は垂直に立ってしまいます。

　この伏角が九十度になるところを磁極とよび、北半球の磁極を「北磁極」、南半球の磁極を「南磁極」といいます。
　二つの磁極は地理上の北極点、南極点とは緯度にして十度くらいずれています（図2、3）。
　磁石の針が正しく南北をささないのは、このような磁極のずれなどに原因があるのですね。
　これで、地球が大きな磁石だということがわかったでしょう。でも、どうして地球自身が磁石になっているのか、これはむずかしい問題です。
　現在のところ、地球の核の溶けた部分で電気が流れるようなはたらき（発電作用）が起こり、地球全休が巨大な電磁石になっている、という考えが有力ですが、謎はまだ充分にとかれてはいません。

15 生命をまもる地球磁気圈 top

　何だかややこしくて、頭がこんがらかってしまいそうですが、これは定義のちがいの問題ですから悪しからず。
　以上のような具合にして、地球のまわりには、棒磁石がつくるのと同じような磁場が広がっています。
　この広がりを「地球磁気圏」ともいうのですが、地球磁気圏は宇宙空間に向かって、どこまでも広がっているというわけではありません。

　ところで、太陽風の微粒子（びりゅうし）の流れは磁気圏で押し止められるといいましたが、磁気圏の中にも、いろいろな原因でできた微粒子が存在しています。
　とくに地球半径の二倍くらいのところと三〜四倍の高度のところには、高いエネルギーをもっか粒子が密集している部分があり、二重のドーナツ状に地球をとりまいているのです。
　このことは、一九五八年に打ち上げられたアメリカ初の人工衛星エクスプロラー一号など、いくつかの人工衛星の観測でわかりました。
　この時、観測と発見の中心的な役割をはたしたのが、アメリカのＪ・Ａ・バン・アレン槫士たちのグループだったため、よく「バン・アレン帯」という言葉が使われます。
　しかし、バン・アレンさんが一人で見つけたわけでもないので、一般には「放射線帯（または放射能帯）」とよばれます。
　放射線帯をつくる粒子は、太陽風からのものとは限らず、宇宙のかなたからやってくる宇宙線が地球の上層大気をたたいた時にできる、エネルギーの高い粒子だ、という考えもあります。
　とにかく、放射線帯ができているために、私たちは宇宙をとびかう数々の有害な放射線から守られているわけです。
　地球が天然の磁石になっているのは、本当にありがたいことですね。

16 ひっくり返った地磁気の向き top

　磁石の針のＮ極が北をさし、Ｓ極が南をさすのはもう当たり前のことだと、私たちは思っています。
　でも、もしあなたが七十八万年前よりの世界にタイムスリップしたらどうでしょう。
　Ｓ極が北をさすのを見て、目を白黒させるにちがいありません。
　七十八万年以前、地球の磁場の向きは現在とはまったく反対になっていたのです。
　「そんなことってありうるの？」と思うでしょう。まあ聞いてください。
　まず、ちょっとした実験です。磁石に釘（くぎ）を吸いつけたまま、ガスバーナーであぶってみます。
　だんだん熱くなってくると、あらふしぎ、釘はポトリポトリと落ちてしまいました。
　磁石は、ほぼセッ氏五百度以上の温度になると、磁性を失ってしまうからです。
　この、磁気がなくなる限界の温度を「キュリー点」といいます。
　あのラジウムの発見で有名なキュリー夫人の夫、ピエール・キュリー * がこのことを調べたので、彼の名にちなんでいるのです。
 * ピエール・キュリー（一八五九〜一九〇六）　マリー・キュリーの夫。
　　ラジウムの発見で夫人とともにノーベル物理学賞を受賞。物質の磁性に関する研究でも知られる。

　そこで、今度はこれと逆のことを考えてみましょう。
　火山の噴火で流れ出すドロドロの溶岩は、はじめはセッ氏千度もの高温ですから、もちろん磁性はありません。
　ところが、しだいに冷えてキュリー点以下の温度になると、磁性を帯びてきます。
　溶岩に含まれている磁鉄鉱という鉱物が、その時の地球磁場の方向に磁気を帯びる（帯磁する）のです。
　このようにして、岩石（とくに火山岩）は、それができたときの地球磁場を記憶しています。いわば地磁気の化石です。
　私たちの目にふれる岩石には、いろいろな時代にできたものがあるはずですね。
　そこで、古い時代の岩石の磁気の方向を調べてみると、いまの地球磁場の向きとちがったものがあるかもしれません。
　こういうことをさぐって、昔の地球磁場を復元する学問を「古地磁気学」といいますが、この分野が近年たいそう発展してきました。
　そのおかげで、おどろくべきことが明らかになってきたのです。
　第二次世界大戦後、世界各国で古地磁気学の研究がさかんになってくると、奇妙な岩石がたくさん見つかるようになりました。
　岩石中の磁気の方向が、いまの地球磁場とまったく逆の（逆帯磁している）ものが各地にあるのです。
　それはとくに、地質時代の第四紀（百七十万年前から現在まで）の初めころの岩石に多いらしいこともわかりました。
　もし、逆帯磁した岩石がごく一部の場所だけで見つかるのだったら、何かそこだけの異常現象ということにもなりますが、多くの場所の同じ時代の岩石に見つかるとなると、地球全体で何ごとかが起こったと考えないわけにはいきません。
　一番理にかなっているのは、地球磁場がそっくり逆転していたと考えることです。
　その後のくわしい研究でこの考えは確かなものとなり、逆転の時期はいまから約七十八万年前であったこともはっきりしました。
　ここでぜひふれておきたいことがあります。
　岩石の逆帯磁の現象は、日本の松山基範 * （もとのり）博士が、いまから七十年も前に世界に先がけて発見し、地球磁場は第四紀初めに逆転していたかもしれないと予言していたことです。
 * 松山基範（一八八四〜一九五八）　京都帝国大学の地球物理学者。
　　岩石磁気の研究から、地質時代に地球磁場の逆転が起こったことを明らかにした。

　ある学者は、逆転に周期性があり、それが気候変動の周期性と関係があるらしい、ともいっています。
　地球磁場の逆転の歴史には、まだまだ、地球の奥深い謎が秘められているようです。