コラム
震災で生まれた観測網が、正確な時を刻む上でも役立つという話【後編】
～宇宙の「ヒギンスさん問題」の解決策は？～

時計合わせの難しさ――英国在住・ヒギンスさんのケース

軌道を飛び交う測位衛星の時刻合わせの難しさを教えてくれる格好のストーリーをご紹介しましょう。英国の絵本作家、パット・ハッチンスの代表作のひとつ『ヒギンスさんととけい』です。（原題”Clocks and more Clocks”）

屋根裏部屋でヒギンスさんは古い時計を見つけました。ちゃんと動きます。最初はご満悦でしたが、そのうち時刻が合っているのか心配になってきました。新しい時計を買って階下の寝室に置き、古い時計と見比べてみますが、示す時刻が少し違っています。そこでキッチンに、玄関にと次々新しい時計を置いてみましたが、行き来して確かめるたび、どれもが少しずつ違う時刻を示します。困ってしまったヒギンスさんは..、というお話しです。

解決策は「電子基準点」

もともと衛星測位は、複数（最低４つ）の衛星から測位信号を受けて解析し、自分の位置と時刻を知ることが基本です。これを逆転させ、地球上の多くの観測局でデータを取得し解析することで、衛星の３次元的な位置＋時刻を把握できます。

たとえば、日本のGNSSである準天頂衛星システム「みちびき」では、運用に関わる管制局は茨城の主局、神戸の副局に加え、追跡管制局６局の計８局が稼働しています。これらに加え国内13・海外23の監視局（GNSS連続観測局）が配置され、測位信号をモニターし続けています。PS（パフォーマンススタンダード）という文書でそれがどの程度の正確さを保証するものかが公開されており、そこでは衛星までの距離の誤差は「プラス・マイナス2.6ｍ＞95%」と示されています。
（参照：https://www.soumu.go.jp/main_content/000800171.pdf）

世界中の「電子基準点」を使うとできること

GPSでも同様に数メートル以内の数値が、いわばユーザーに対する「お約束」として公開されています。もちろん日々精度向上の努力が、続けられています。いっぽうで、過去にその衛星がどういう軌道をとったかという実績値ならば、精度はさらに向上します。世界中に散らばる「電子基準点」（あえてGNSS連続観測点をこう呼ばせてください）を利用するわけですが、IGS（国際GNSS事業）という組織が、各国機関が運営する世界中の電子基準点のプラットフォームとなって、観測データを集約する仕組みが整えられています。

安定して運営されてきた500点超の観測点が登録されており、各国の国家機関や大学など、独立した13組織がそれぞれ独自の手法でデータを解析し、衛星の軌道を推定します。日本も2023年からここに加わり、JAXAと国土地理院が協力して解析にあたっています。

それらを重み付け平均して、求められた衛星の軌道情報が、約２週間後に最終的な値として公表されます。IGS最終暦と呼ばれる軌道情報の精度は「プラス・マイナス2.5cm」。地上約２万ｋｍの彼方を飛翔している衛星までの距離を、なんと2.5cm以下の誤差で捉えているわけです。

こうした高精度の軌道情報は、測地学をはじめさまざまな学術研究の基盤となっているだけでなく、人類が月面やさらに遠方へ活動範囲を広げるうえでも欠かせない役割を果たしています。

またこの精度を「時刻同期」という視点から解釈すると、GNSSはすでに、地球全域にピコ秒オーダーの正確な時刻を供給するポテンシャルを備えている、ということもできます。ヒギンスさんも、もう困ることはないはずです。
こうした高精度の時刻同期インフラが、どのように活用・応用されているかについては、また項をあらためてご紹介したいと思います。

震災で生まれた観測網が、正確な時を刻む上でも役立つという話【前編】