【第16号】満潮と干潮はどうしておこるの?

潮の満ち引きの原因は「月と地球」が踊るように宇宙を駆け巡ること
金谷一朗(いち) 2021.04.02
誰でも

いちです,おはようございます.

ついに!やっと!スエズ運河を塞いでいたコンテナ船「エバーギブン」が離礁に成功し,運河の航行が再開しましたね.エバーギブン号の座礁から7日目のことでした.スエズ運河から年間50億米ドル以上の収入を得ているエジプト政府もようやく胸をなでおろしたことでしょう.エジプトの2020年度の国家予算の歳入が1兆3,000億エジプトポンドほど(およそ830億米ドル)とのことですから,スエズ運河は同国にとって生命線でしょう.

エバーギブン号は3月28日の「大潮(おおしお)」を利用して,ようやく離礁できたようです.実はこの「大潮」という現象は地球規模の現象なので,僕の住む長崎でも観測できました.今週は,大潮を含めた潮(しお)の満ち引きについてお話したいと思います.

潮の満ち引きとは何?

海の沿岸分に住んでいないと,潮の満ち引きを意識することはそれほどないと思います.そのせいか,昔から海辺にキャンプ用ベッドを出して寝ているうちに取り残されてしまう人がいます.僕の先輩もやらかしました.

2021年3月28日の長崎,筆者撮影
2021年3月28日の長崎,筆者撮影

海面は1日のあいだに1回から2回,ゆっくりと上下しています.これを潮汐(ちょうせき)と呼びます.さんずい偏に朝と夕ですね.もともとは朝方の海面の変化を潮,夕方の海面の変化を汐と書いたそうです.他に低気圧によって海面が上昇することもあるのですが,こちらは「高潮(たかしお)」と呼んで区別します.今週のお話は,低気圧とは関係ない潮汐のほうです.

潮汐によって海面がどのぐらい上下するかと言うと,これは地域やタイミングによるのですが,世界最大となる場所では15メートルにもなるそうです.日本最大となるのは有明海で,5.6メートルとなる場所があるようです.

冒頭の写真と同じ場所を干潮時に撮影したもの,筆者撮影
冒頭の写真と同じ場所を干潮時に撮影したもの,筆者撮影

さて,この潮の満ち引きがどのようにして起こっているかご存知でしょうか?

僕は子供の頃,NHKの番組で大学の教授が

「月の引力によって海の水が引き寄せられているため」

と説明されているのを見て,単純に信じていました.これは日本だけでなく,世界的な「勘違い」のようです.というのも,これが誤解だと知ったのは,大学生になってから「ファインマン物理学」という教科書を読んだときだったからです.細かい内容は忘れてしまいましたが,確か「月が海水を引っ張っていると誤解しないように」のような意味のことが書かれていました.

「ファインマン物理学」はアメリカのノーベル賞物理学者リチャード・ファインマンがカリフォルニア工科大学(カルテック)の1年生向けに行った物理学の講義をまとめたものです.学生の頃,なんてわかりやすい教科書なんだろうと思って夢中になって読んだのですが,いま思い返すとちょっと複雑な気分にもなります.世界最高の頭脳でさえ,新入生(英語ではフレッシャー)相手に講義をするのだなと.まあ世界最高のプロダクトデザイナーであるジョナサン・アイブだって,スティーブ・ジョブスの出張のお世話をしていたわけですから,どこの世界も同じということでしょう.

さて,ファインマン先生による潮の満ち引きの説明に戻りましょう.彼の説明を一言で言えば「月が巨大すぎるから」となります.

え?

月のように,惑星のまわりを回る天体を「衛星」と呼ぶのはご存知のとおりです.水星を除けば,太陽系の惑星は全て衛星を持っています.

問題はサイズなのです.

直径を比べると,月は地球の1/4のサイズを持ちます.月はあまりにも大きいのです.重さ,いえ,正しくは質量を比べると,月は地球のおよそ1/80ほどです.太陽系の他の惑星だと,抱えている衛星の質量は大きくとも1万分の3前後までです. これは太陽系外でもだいたい当てはまるだろうと考えられています.少なくとも直径が1/4になるような巨大な衛星を持つ惑星は銀河系広しと言えどもそうそうは無いだろうと考えられています.

もしあなたが宇宙で迷子になったら,巨大衛星を持った惑星を探すと良いでしょう.それが地球です…というようなお話がアイザック・アシモフのSF小説「ファウンデーション」シリーズの後半に出てきます.

このような巨大な衛星を抱えた惑星は,特異な動きをすることになるのです.衛星(月)は惑星(地球)の周りを「公転」します.普通に考えれば,衛星の公転の中心と惑星の中心は一致します.事実,地球以外の惑星ではそうなっています.しかし!地球は例外なのです.そう,巨大な月のせいで.

月があまりにも巨大なせいで,月自身は地球の重心を中心に公転できません.その代わり,地球と月は「共通重心」を中心に「踊るように」公転しています.「地球・月」の共通重心は,地球中心から4,600キロメートルほどずれています.地球の半径がおよそ6,400キロメートルですから,大袈裟に言うと,地球は地表面を中心に回転しているようなものですね.

このため,地球は月と一緒に「ぶん回されて」いる状態になっています.水の入ったバケツを「ぶん回す」と,バケツの中の水は遠心力を感じます.つまり,水はバケツに張り付いてしまいます.これと「ほぼ」同じ現象が,地球の海水にも起こっているのです.なぜ「ほぼ」なのかはこの号の「少しの修正」のところで短くお話します.

このように月が地球に比べて十分大きいので,月を地球の「衛星」とするのではなく,地球と月を太陽の「二重惑星(ダブルプラネット)」とする説もあります.二重惑星といえばSFアニメ「宇宙戦艦ヤマト」で有名ですが,なんと我々が住む星もまた,見方によっては二重惑星だったんですね.

大潮・小潮

干満の差は日によって大きくなったり小さくなったりします.干満の差が最大になる日を大潮(おおしお),最小になる日を小潮(こしお)と言います.スエズ運河のエバーギブン号は,大潮の日の満潮を利用して離礁しました.この大潮,小潮が起こる理由ですが,これは太陽のせいなのです.

太陽もまた,月と同じように地球の潮汐の理由になっています.その影響力は月の半分程度なのですが,太陽と地球と月がだいたい一直線に並んだときには,その両者の合計になるので,潮汐の力が最大になります.つまり大潮ですね.逆に,地球から見て太陽と月の関係が直角になったとき,潮汐の力は最小になります.これが小潮です.

大潮と小潮,<a href="https://www.data.jma.go.jp/gmd/kaiyou/db/tide/knowledge/tide/choseki.html">気象庁ホームページ</a>より引用
大潮と小潮,気象庁ホームページより引用

太陽と地球と月がだいたい一直線に並ぶというのは,新月と満月のことです.太陽,月,地球と並べば新月です.また太陽,地球,月と並ぶと満月です.もし「だいたい」ではなく「寸分の狂いもなく」一直線に並んだときに何が起こると思いますか?太陽,月,地球と寸分の狂いもなく並んだ日には「日食」が起こります.また太陽,地球,月と寸分の狂いもなく並んだ夜には「月食」が起こります.

潮の満ち引きを起こす力は,海水だけでなく,地球そのものにも及んでいます.これはどういうことかと言うと,大潮のときは,より強く地球が前後に引っ張られているということですし,地面や海底の断層の方向と潮汐の方向が一致していれば,地震を誘発するかもしれないということなんです.[参考文献1]

地震の原因にまでなっているとは,やはり月はただの衛星とは呼べませんね.言うなれば地球との「運命共同体」でしょうか.なお月にも地震(earthquake)はあり,特別に月震(moonquake)と呼ばれています.月震に関しては地球と比べて十分なデータがあるとは言えず,大いに研究の余地がある分野です.

地形の差

干満は海水の移動によっておこるので,海水の出入りが少ない海だと干満の差は小さなものになります.例えば,僕の住む地域はその静かさから「琴の海」とも呼ばれる大村湾にも近いのですが,湾の出入り口が大変狭く,干満の差は1メートル程度しかありません.一方,大村湾につながる佐世保湾は東シナ海と直結しており,干満差は3メートルに達します.

より大きなスケールでは,日本海が比較的干満の小さい海として知られています.日本の太平洋側が平均して2メートル程度の水位差を持つのに対して,日本海側のそれは30センチメートル程度です.そのため日本海側では,海の近くまで小屋を建てられるわけですね.日本海の主だった出入り口は対馬海峡,津軽海峡,宗谷海峡ですが,日本の法律上,特例的に海岸(大潮の干潮時)から3海里までのみを領海としています.他の地域では海岸から12海里を領海としています.

一方で有明海や瀬戸内海は内海ですが,外海に比べて比較的浅いために外海よりも干満の差が大きくなっています.とりわけ瀬戸内は日照時間が長く,良質な浜があったため,塩田づくりに適していました.赤穂の塩は今でも有名ですね.

満潮をイタリア語で「アクア・アルタ (acqua alta)」と呼びますが,これはアドリア海の異常潮位を表すこともあります.特に「水の都」であるベネチア(ベニス)はその影響を受けやすく,度々水没の危機に瀕しています.

大潮が大きく歴史に影響した例もあります.

朝鮮戦争中の1950年には,大潮の満潮を使って「仁川上陸作戦」が実施されました.仁川港は干満の差が最大10メートルに達するため,大潮の満潮以外にタイミングがなかったのです.

「出エジプト記」によると,モーセ(モーゼ)は「海」を割ってエジプトを脱出したことになっています.この海は,現在ではスエズ運河につながる紅海とする説が有力です.ただし,紅海説を取ると,海が割れるほどの干潮があったのかという疑問が残ります.紅海は干満の差が比較的小さく,大潮でも1メートルを超えることはありません.そのため,スエズ運河のエバーギブン号を動かすには十分であったとしても,自然現象で海が割れたことは1度も無かったと考えられます.

アメリカ大気研究センターのカール・ドリュース氏(博士補)は,出エジプト記に書かれた「海」は紅海ではなく,ナイル川のデルタ地帯の街「タニス」にあったラグーン(潟湖,せきこ)ではなかったかとしています.実は僕はこのタニスを訪問したことがあり,ラグーンも偶然目にしています.今思えば,ここなら自然に道が出来ることもあるかなあ,という印象です.

実際はどうだったのでしょうか.自然現象が伝説として語られていたとすると心躍りますよね.

少しの修正

僕は大学生になるまで,潮汐は月の引力によるものだと単純に思い込んでいました.ファインマン博士の説明はまさに蒙を啓くもので,遠くから物事を見ることの大切さを教えてくれるものでした.地球と月がお互い絡まり合うように回りながら太陽を周回していて,それ故に地上の海水が振り回されている様子は,身近な自然現象が宇宙へとつながっていることを象徴するものでした.

ところで「蒙を啓く」は英語でエンライトメント(enlightenment)と言いますが,ダン・ブラウンの小説「天使と悪魔」の中で,登場人物が “Enlighten me” (私の蒙を啓いて)と言うシーンが出てきます.いつか使ってみたい英語です.

さて,僕自身,このファインマンの説明を信じていました.今日,この原稿を書いているこの瞬間まで.

実はこの説明にもまだ少しの修正が必要なのです.

というのは東京大学天文学教育研究センター(当時,現在は鹿児島大学理学部)の半田利弘先生による「潮汐力は共通重心周りの遠心力で起こるのではない」という記事をたまたま見つけて知ったのです.(理工系の大学1年生レベルになりますが,ご興味のある方は直接お読みいただきたいと思います.)

結論を書いてしまうと,地球の干満には遠心力と同じぐらい「コリオリの力(ちから)」が効いているということになります.コリオリの力というのは,遠心力と同じ見かけの力の一種で,回転するターンテーブルの上を真っすぐ歩いていると気づく力です.真っすぐ歩いているつもりでも,回転方向に引っ張られる感じがするのですが,これは気のせいではなくてコリオリの力によるものです.コリオリの力は,フランスの物理学者ガスパール=ギュスターヴ・コリオリが1835年に数学的に導いたものですが,もちろん地球誕生以来存在するものです.そしておそらくは,宇宙誕生以来ずっと.

コリオリの力をより劇的に示す例は「フーコーの振り子」でしょう.長い弦を張った振り子は,地球の自転によって少しずつ振動面を変えていきます. 1851年,パリのパンテオンで公開実験を行ったフランスの物理学者レオン・フーコーは,実に鮮やかに地球の自転を証明してみせたのでした.

カリフォルニア科学アカデミーの振り子.時間とともに異なるピンを倒していく.&nbsp;TheDailyNathan&nbsp;CC BY-SA 3.0
カリフォルニア科学アカデミーの振り子.時間とともに異なるピンを倒していく. TheDailyNathan CC BY-SA 3.0

このフーコーの振り子の振動面の向きを変えさせる力は,コリオリの力にほかなりません.それは地球が自転しているために,地上の観測者である我々が感じる「見かけの」力なのです.

巨大な月

月は衛星としては巨大なために,どのように作られたかは論争の的になってきました.イギリスの作家ジェイムズ・P・ホーガンの傑作SF小説「星を継ぐもの」は月の考古学的な謎を主題にしたストーリーですし,この前ついに「さよなら」した「新世紀エヴァンゲリオン」シリーズでは「黒き月」を運んだ小天体と地球との衝突(ファーストインパクト)が月の生まれた原因ということになっていました.

学術的には,月は地球の一部がもぎ取られた説,地球が出来たときに同時に(ついでに)出来た説,別の天体が地球の重力によって捕獲された説が唱えられてきていました.現代ではこれらの3説とも否定されていて,代わりに「ジャイアントインパクト説」という学説が有力になっています.なんだかファーストインパクトみたいですね.

ジャイアントインパクト説では,月の無かった地球(原始地球)に,他の惑星がまず衝突したとします.この惑星は「テイア(Theia)」と呼ばれていて,原始地球よりは小さく,火星程度の大きさだったとされています.この衝突で地球とテイアの内部が一旦は飛散するのですが,それらが再び重力で集まって,現在の月を形成したとされています.

月震(moonquake)の研究から月の内部構造がより詳しくわかれば,月の起源がより明らかになるでしょう.

このニュースレターを読んでいただいている若い学生さんにも,あるいは未来の科学者を育てていらっしゃる皆様にも,今度月を見上げたときには思い出していただければ嬉しいです.

スエズ運河にまつわるお話

スエズ運河について,短くお話をさせていただきますね.

ニュースで御存知の通り,スエズ運河は地中海と紅海をつなぐ運河です.1869年(明治2年)に開通しました.もしスエズ運河がなければ,ヨーロッパからアジアまで航行するにはアフリカ大陸を回らなければなりません.これは6,000kmから9,000km前後の遠回りになります.

19世紀,インドとヨーロッパの交易を握っていたのはイギリスでした.それを心良く思っていなかったフランスは,地中海から直接紅海へ出るためのスエズ運河構想を検討します.特に決定的だったのは,地中海と紅海とで海面の高度に差がなかったことです.フランスは1858年にエジプトと共同で「スエズ運河会社」を設立し,翌年から10年かけてスエズ運河を建設しました.

スエズ運河建設にはお冠だったイギリス政府ですが,開通後は盛んに利用します.そして,資金難に苦しんでいたエジプト政府からスエズ運河の株を(イギリス議会の承認なく)買い取り,スエズ運河会社の筆頭株主になります.1875年のことでした.

その後は,まあややこしいことになるわけですが,その間の事情に関しては僕はエジプトに同情的です.歴史的な第四次中東戦争(1973)を経て,現在のようにエジプト政府による管理下に置かれました.

スエズには古代エジプト人たちが築いた,東西に走る運河がありました.僕はまだスエズに行ったことがないのですが,次回エジプトに行ったときには,スエズまで足を伸ばしてみたいと思います.

1日て何時間だっけ?

最後に少しこぼれ話を.

本文中に「地球は1日1回まわっていますよね」と書かせていただいたのですが,これは実はトリックでして,1日イコール86,400秒(24時間×60分×60秒)だとすると,少し不正確になります.というのも,地球は自転と公転を同じ方向にしているため,地球が360度の自転をしても,その間に約1度ぶん公転してしまうため,見かけの太陽の位置は1周しません.

別の言い方をすると,地球は「1年をかけて」ゆっくりと1回転もしているのです.地球に生まれただけで「無料の周遊チケット」がついてくると言われるのはこのためです.

そこで,見かけの太陽の位置が24時間ぴったりで1周するように,地球の自転分を織り込んで時間の単位が定められています.これを「太陽時(たいようじ)」と言います.地球は24時間たつと1周より少し余分に回ってしまうため,地球の「本当の」自転周期は24時間よりも少し短くなります.地球の本当の自転周期はおよそ23時間56分で,これを「恒星日(こうせいじつ)」と呼びます.恒星が1周する(ように見える)時間が,地球の本当の自転周期だからです.

おすすめ書籍

月面調査隊が真紅の宇宙服をまとった死体を発見した.すぐさま地球の研究室で綿密な調査が行なわれた結果,驚くべき事実が明らかになった.死体はどの月面基地の所属でもなく,世界のいかなる人間でもない.ほとんど現代人と同じ生物であるにもかかわらず,5万年以上も前に死んでいたのだ.謎は謎を呼び,一つの疑問が解決すると,何倍もの疑問が生まれてくる.やがて木星の衛星ガニメデで地球のものではない宇宙船の残骸が発見されたが……
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本文中で少しご紹介させていただいた「星を継ぐもの」です.傑作SF小説を5編選べと言われたら,そのうちの1編は「星を継ぐもの」の指定席になるでしょう.

本書では,月の洞窟という考古学的な謎,そして月面で見つかった宇宙服を来た人類はどこから来たのかという生物学的な謎を中心に,緻密なストーリーが展開していきます.

さて,残念なお知らせもしておかねばなりません.ひとつめは「星を継ぐもの」の漫画版のことです.漫画版も面白いのですが,原作とは「全くの別物」です.僕としては,原作のほうが圧倒的に面白いと感じました.

ふたつめは「星を継ぐもの」の続編のことです.もしアーサー・C・クラークの「宇宙のランデヴー」の続編を読まれたことがおありなら,きっと同じレベルの感想を持たれるだろうことを,お伝えしたいと思います.

ホーガンのファンには大変申し訳無いのですが,正直に僕の感想を述べると,彼はデビュー作「星を継ぐもの」にすべての才能を注ぎ込んでしまったのではないかと思います.というのも,最近になって(シン・エヴァンゲリオン劇場版を見終わってから)同氏による「未来からのホットライン」を読んだのですね.シン・エヴァのサブタイトルは Thrice upon a time ですが,これは「未来からのホットライン」の原題です.本書も悪くはなかったのですが,やはり「星を継ぐもの」の面白さと比べると数段落ちる感じでした.

と,散々貶してしまいましたが「星を継ぐもの」は間違いなく名作です.SFがお好きな方には自信を持っておすすめします.

おすすめTEDトーク

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Q&A

匿名質問サイト「マシュマロ」および実名質問サイト「Quora」で質問を受け付けています.普段はツイッターでお返事を書いていますが「ニュースレター読んでます」と入れていただければ,こちらのニュースレターでより長めの回答を書かせていただきます.

今週はQuoraでお送りした回答から.

「@」(アットマーク」) はいつから,どんな用途で使われ始めましたか?
Quora

アットマーク(@)の知られている限り最古の使用例は14世紀の書物に書かれたアーメン (Amen) の "a" だそうです.

しかしエジプトやギリシアを対象とする考古学者にとっては,アットマークは「アンフォラ」を意味する記号です.アンフォラは紀元前から地中海世界で貿易に使われてきた陶器の壺で,エジプトでは現在でも使われています.貿易に使う標準的なアンフォラを表す記号として,地中海世界ではアットマーク(@)が使われていたようです.

こちらの匿名質問サイトで質問を受け付けています.質問をお待ちしております.

振り返り

このニュースレターでは「振り返り」ポッドキャストを公開しています.

今週は,第13号から第15号までの振り返りをお届けしました.

アップルのポッドキャストにも対応していますので,アプリ内で「STEAM NEWS」を検索してみて下さいね.

あとがき

このニュースレターの配信日の前日となる4月1日は研究者にとって悲喜こもごもな1日となります.それは「科学研究費補助金」または通称「科研費」という制度のせいなのです.決して「エイプリルフールのネタを考えるので頭がいっぱい」なためではありません.ご興味があればツイッターで「科研費」または「科研」を検索してみてください.

僕たち大学に所属する研究者は,もはや大学の研究予算だけでは研究ができません.そこで,科研費を国に申請することになります.申請書には「自分はこれこれの研究をしたいので,これこれの研究予算をつけて下さい.この研究が成功すると人類はこんなに幸せになります.またこの研究を遂行できるのは世界広しと言えども自分しかいません」というようなことを書きます.

そして,その結果が発表されるのが4月1日なのです.採択されていれば,政府のウェブサイトに「内定通知」が表示されます.採択されていなければ,何も表示されません.採択された研究者はツイッターで「当たりました」と叫びがちなのに対して,不採択となった研究者は沈黙しがちです.ただし7割の研究者が落ちています.

僕はちょうど1年前に所属機関を変えたのですが,科研費の内定通知が届かなかったため,元の所属先に連絡してみたんですよね.「科研の内定通知はそちらに届いていませんか?」と聞いてみたんです.回答は「ご安心ください,移管は完了しております」でした.それって落ちてるってことやないかーーーーい.

去年,なぜ念を押したのかと言うと,大阪大学勤務時代に似たような経験があったからなんです.その当時は,大学全体で内定者リストが共有されていました.大きな大学でしたから,内定者リストも膨大になっています.で,僕が所属する部局のページを見ていっても僕の名前はありませんでした.あかんがな…ということで,放置していたのですが,数日して部局の事務から「早く受け取りの手続きをしてください」と言われたんです.「え,僕落ちてませんか?」と聞くとリストをよく見ろと.

で,見つけましたよ.何故か,僕は「部局835」という謎のページに載せられていました.大阪弁のわかる方は835でピンとこられたかもしれません.簡単に言うと「仲間はずれ」ですね.学内出向とかしていたので,きっとそれが理由だと信じたい…

さて,今年はどうだったかと言うと,なんとか内定通知を頂きました.皆様の税金から支払われている研究費ですので,大切に使わせていただきます.

では,また来週お目にかかりましょう.

参考文献

***

ニュースレター「STEAM NEWS by Ichi」

発行者:いち(金谷一朗)

TEDxSaikaiファウンダー・パイナップルコンピュータ代表・長崎大学情報データ科学部教授

バックナンバーはこちらから👉 https://steam.theletter.jp

匿名質問はこちらから👉 https://marshmallow-qa.com/kanaya

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