降雪や季節風、海洋が地球の重心をシフト

地球の質量中心が季節ごとに数ミリ単位で移動することが、NASA ジェット推進研究所の新しい衛星追跡技術によってこれまで以上に正確に測定できるようになった。この発見は、衛星を使った位置測定やナビゲーションシステムの精度向上に直結する重要な成果である。

地球の質量中心がなぜ移動するのかといえば、季節ごとに膨大な量の水が地球上を循環するからだ。冬から春にかけて北米とユーラシアの積雪が最大に達し、地球の質量中心は北極側へ約3ミリメートルシフトする。その直後の4月、アマゾン流域の降雨がピークを迎えると質量中心が南米方向へ移動し、さらに11月の東南アジアのモンスーンが質量中心に南方への力を加える。一方、8月から10月にかけて南太平洋に融解水と降雨が流入する時期には、質量中心が大きく南へ押し出される。大気も無視できない。冬至付近の12月から1月にかけて、寒冷で密度の高い空気が中東、アジア、アフリカ北部に蓄積され、夏至付近の6月から7月には南米とアフリカ南部の空気の質量が増加する。これまで地球の質量中心を測定する主流の方法は、反射プリズムを多数備えた専用衛星をレーザーで追跡する技術だったが、地上局が地球上に不均等に分布しているため、測定精度が制限されていたのが現実だった。

JPL の研究チームが開発した新しい技術は、複数の低軌道衛星の GPS 追跡軌道データとレーザー測位を組み合わせ、さらに水と氷の重みによる地殻の変形を計算に組み込むことで、精度を大幅に向上させた。これまでの国際的な推定値では、2017年と2023年の測定結果が7ミリメートルも異なっていたが、新しい方法によってこうした不確実性を大きく削減できる見込みがある。興味深いことに、研究チームは地球の質量中心の年間の移動量が、従来の推定より小さいことを発見している。これは地球上の水や空気の総量と分布に関する従来の理解を微妙に修正することになる。

現代の宇宙産業および地上のインフラにおいては、このような高精度の質量中心測定は極めて重要である。衛星測位システムは質量中心を正確な参照点として機能する必要があり、その精度がグローバルな海運ロジスティクス、精密農業、マッピングといった分野での位置測定の信頼性を左右するからだ。日本の製造業にとって、この研究成果は他人事ではない。GPS 受信機や衛星通信機器、位置測定センサーなどを製造する部品メーカーにとっては、より高精度なシステムの実現に向けた部品仕様の開発指針となり得る。また精密加工機、農業機械、建設機械、運搬システムなど、正確な位置情報に依存する産業全体が、こうした基礎的な技術進歩の恩恵を受けることになると考えられる。衛星測位精度の向上は、最終的には日本の部品・素材メーカーが製造する製品の性能仕様へと波及していくのである。

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