コラム
犯罪捜査と地震計と太陽風観測に時刻同期が必要な理由

時刻同期による、大きな一つの観測網

この種の観測網でまっさきに思い浮かぶのは、地震観測のネットワークです。震源の位置や深さが発生直後に判明するのは、各観測点における地震波の到達時刻が正確に取得・解析できているから。あらためて原理を説明すると、「P波とS波の到達時間差により、観測点から震源までの距離を推測」「観測点を中心に、推測した距離を半径とした円を描く」「これを複数の観測点で行い、円弧の交点として震源の位置や深さを求める」というものです。時刻同期された地震計のネットワークは、地震という地下の現象を捉えるための巨大な一つの観測システムとして機能していることになります。

さらに宇宙空間に狙いを定めた観測ネットワークでも、時刻同期は重要すぎるほど重要です。名古屋大学宇宙地球環境研究所では、ユニークな手法で「太陽風」の観測を行っています。その原理と技術的背景についてざっくり説明すると、以下のようになります。

1. 大気のゆらぎが星のまたたきをもたらしますが、電波で視る天体（電波源）は、大気の影響ではそれほどまたたきません。
2. 遠く離れた複数の場所（A、B、Cの３地点）から、ある特定の天体に狙いを定め観測します。
3. ときにほぼ同時刻にすべての地点で同じパターンの電波のまたたきが観測されることがあります。
4. その理由は天体そのものの電波強度の変化か、あるいは電波が通過してきた宇宙空間における、局所的なプラズマ密度の変動が理由であり、多くの場合それは後者、すなわち「太陽風」です。
5. 天球面上のたくさんの天体を観測することで、太陽風が宇宙空間をどのように伝播しているかを描き出すことができます。

名古屋大学ISEE(宇宙地球環境研究所)の太陽圏研究部では、豊川、富士、木曽に置かれた3つの電波望遠鏡を使い、上記のような観測を行っています。同研究部の岩井一正准教授はこう説明してくれました。
「観測点の上空を太陽風が通過すると電波のまたたきが起こります。同じパターンがわずかな時間差で観測される場合、遅いほうの観測点が下流にあたり、時間差は太陽風が観測点間（約100km）を移動する時間に相当します。秒速数100kmと猛烈な太陽風の速度を精度良く決定するには、観測点間の時刻の同期精度が大変重要になります」

GNSSへの脅威となる太陽風にGNSSで立ち向かう

以前のコラムで、このようなことを書きました。

――水底に暮らす生き物は、底まで届く光のゆらめきから「今日は静かだな」「今日は波がたっているな」と水面の様子を知ることができます。我々も宇宙から届く電波を見ることで、電離圏に立つ波を可視化することができるようになっています（コラム『ザ・デイ・アフター・スーパーフレア～電力、無線通信インフラへの影響～』）

高度に時刻同期された電波望遠鏡の観測ネットワークは、すでにそれ以上のことができるようになっています。宇宙空間から嵐の襲来はあるのか、あるとすればそれはいつなのかをいち早くつかむ観測です。遠隔地を結ぶ時刻同期は多くをGNSSに頼りますが、ある確率で発生する強大な太陽風――スーパーフレアによる太陽嵐――は、そのGNSSを使った測位や時刻同期を揺るがし、現代社会に大きな脅威を与えます。そうした太陽風の観測をも、GNSSによる時刻同期の技術が支えるという興味深い構図がここにはありました。