トンガの火山が噴火し、各国の衛星から衝撃的な写真が発表された。私たちはなぜそんなに控えめなのでしょうか?

トンガ火山の噴火は、小さな国トンガに大きな災害を引き起こしました。火山灰は大気圏に舞い上がり、周辺地域に漂い、将来的には世界の気候に影響を及ぼす可能性がある。今日は災害の余波については議論せず、この火山の噴火についてのみ話します。これまでのものとの最大の違いは、カメラが大地を揺るがす瞬間を記録し、ハイテクノロジーが人々にこれまで体験できなかった衝撃をもたらしたことだ。

特に、多数の衛星写真は各国の技術力を反映しており、その衝撃的な瞬間を宇宙から鳥瞰することができる。上の写真は米国のGOES-17気象衛星によって撮影されたものです。衛星は赤道上空の西経137度に位置し、火山噴火の衝撃的な映像を捉えた。

日本のひまわり8号衛星もこの素晴らしい瞬間を捉えた。衛星は赤道上空の東経140度に位置し、ちょうどトンガ火山の噴火を捉えるタイミングだった。

中国は長年、独自の気象衛星も保有しており、これも上空から世界を見渡し、火山が噴火した瞬間の画像を撮影してきた。これらの画像は風雲4B衛星と風雲2F衛星によって撮影されたものです。

これらの写真自体を比較すると、私たちの衛星で撮影された画像は劣っているようには見えず、非常に鮮明で層状になっていますが、角度がわずかにずれています。何故ですか？

この問題を明らかにするには、まず同期静止衛星とは何かを理解する必要があります。

静止衛星は、一般的に地球の赤道上空約 36,000 キロメートル (正確には 35,786 キロメートル) の高度に打ち上げられた人工衛星です。これらは地球の自転速度に合わせて動き、24時間で地球の周りを一周します。こうすると、衛星は動かずに地球の一箇所を見つめ、地球の約1/3を鳥瞰する固定された視界で、地球と昼と夜を共有しているように見えます。

世界の気象・環境監視衛星の大部分はこのタイプです。我が国の風雲シリーズの気象衛星は、4機の風雲1号、8機の風雲2号、4機の風雲3号、2機の風雲4号と相次いで打ち上げられてきました。

宇宙に打ち上げられた衛星の中には実験に使われるものもあれば、重要な役割を果たしているものもあります。最も古い1号機は1988年に打ち上げられた。現在、初期に打ち上げられた風雲1号と2号の衛星のほとんどは失敗している。その後に打ち上げられた衛星の精度や技術レベルはますます高くなっています。基本的には正常に機能しており、国家経済と軍事においてますます重要な役割を果たしています。

トンガの火山の写真を撮影した風雲2F衛星は2012年1月13日に打ち上げられ、赤道上空の東経112度に位置していた。風雲4B衛星は今年6月3日に打ち上げられ、赤道上空の東経123.36度に位置した。両衛星は高度約3万6000キロメートルにあり、地球の地域の気象環境の変化を監視している。

トンガの火山噴火の写真を公開した米国のGOES-17衛星と日本のひまわり8号衛星は、どちらも高度約3万6000キロで運用されている静止軌道の気象・環境監視衛星である。どれも空高くを周回する衛星なのに、なぜ撮影角度が違うのでしょうか？

地球の位置座標の起源はここにあります。

地球上のあらゆる位置を正確に特定するために、人々は地球の表面にいくつかの仮想線を引き、水平点と垂直点の交点を通じて座標を形成します。あらゆる場所に十字をマークできるようにします。これらの仮想線は地球の経度と緯度と呼ばれます。

子午線は地球の表面上の北極と南極を通る仮想の線であり、これらの線が経度です。イギリスのロンドンにあるグリニッジ天文台の元の場所を通る子午線（経度）は、国際的には本初子午線、または 0 度線と呼ばれています。 0 度線から地球の周囲に 360 本の子午線が均等に引かれます。これらの子午線は経度と呼ばれます。

北極は通常、地球儀や地図の上部にあるため、本初子午線 (経度 0 度) から右に数えると東経、左に数えると西経になります。東経と西経はそれぞれ 180 度ずつ地球を半分に分割します。つまり、東経と西経は 180 度で交差して重なり合い、180 度の経度は同じ子午線になります。

緯度は地球を北と南の 2 つの部分に分ける赤道から始まります。地球の周りを回る線が緯度0度です。空を北極と南極に向かって同じ割合で 90 等分すると、南緯 90 度と北緯 90 度になります。 0 度から始まり、北極に向かう場合は北緯 1 度から北緯 90 度まで、南極に向かう場合は南緯 1 度から 90 度までになります。北極と南極は90度です。

あなたの家や今立っている場所など、地球上のそれぞれの場所をより細かく区分するため、度の下の経度と緯度はさらに分と秒に区分され、1度は60分、1分は60秒となります。小数点を使用すると、アリの位置まで秒未満の時間を分割できます。

たとえば、北京の位置は東経 116°20′、北緯 39°56′ ですが、これは北京のおおよその中心位置を示しているだけです。北京は非常に広く、その経度と緯度は数度を占めています。したがって、北京の特定の場所を特定するには、分と秒を使用して分割する必要があります。たとえば、天安門広場の位置は東経116°23′17″、北緯39°54′27″です。

東経の記号は E、西経の記号は W、南緯の記号は S、北緯の記号は N です。度、分、秒は「°、'、″」で表すことができます。この座標分割方法により、人々は任意の住所を経度と緯度でマークすることができ、現代のナビゲーションでその場所を見つけることができます。

それでは、なぜ私たちの衛星画像が最も偏っているのかについてお話ししましょう。

上記のアニメーション画像から、アメリカと日本の衛星が撮影した画像と比較すると、私たちの画像も非常に鮮明であることがわかりますが、それは遠くから垣間見るものに過ぎません。なぜ正面からの眺めを撮らなかったのでしょうか?実際のところ、これはレベルや技術の問題ではなく、主に運の問題です。

トンガ火山の噴火の具体的な場所は、南緯20°32′34.8″、東経174°24′21.6″でした。この位置は気象環境衛星が位置する赤道緯度から20度以上離れています。ここで、緯度の偏差を無視して、いくつかの衛星の経度の偏差を見てみましょう。

米国のGOES-17衛星は西経137度に位置しており、トンガ火山の経度から約49度離れている。日本のひまわり8号衛星は東経140度に位置しており、火山の経度からわずか34度しか離れていない。中国の風雲4B衛星は東経123度に位置しており、トンガ火山の経度から52度離れている。風雲2Fは東経112度に位置し、トンガ火山の経度から62度離れています。

このため、すべての画像が正確に中央に配置されません。衛星が近いほど、画像はより中央に配置されます。トンガ火山の噴火から我々の衛星までの経度は、日本やアメリカの衛星よりも大きく、つまり最も遠いことを意味します。地球は丸く、遠くなるほど地平線に近くなります。そのため、アメリカや日本の衛星に比べると撮影角度が若干偏っています。

写真がまっすぐに撮れているかどうかは、技術的なレベルとは関係なく、客観的な要因によって決まることがわかります。しかし、トンガ火山からの風雲4B衛星とアメリカの衛星の経度の差はわずか3度だと主張する人もいます。しかも、日本の衛星は最も近く、アメリカの衛星が捉えた火山の噴火は日本の衛星が捉えたものよりも衝撃的で鮮明なようです。これは技術レベルのギャップを示しているのでしょうか?

私は普通の一般向け科学ライターであり、専門的な研究を行っている科学者ではないので、詳細な回答はできません。

それで、衛星は軌道を調整して撮影現場に急行できるのでしょうか?

友人の中には、このような衝撃的な出来事に遭遇した場合、衛星の軌道を調整して事故現場に行って調査することはできないのかと尋ねる人もいました。常識的に考えればもちろん可能ですが、コストが高すぎます。すべての衛星の軌道は宇宙に打ち上げられた後は固定されるため、特に静止衛星は一般的に静止しています。

衛星は一般に少量の燃料を搭載しており、その燃料は主に衛星が設定された軌道を維持できるように軌道を調整するために使用されます。高高度の大気は非常に薄いですが、それでも抵抗の原因となる残留大気が存在します。時間が経つにつれて、衛星は速度を落とし、軌道を下げていきます。軌道を回復するために加速しない場合、衛星は廃棄され、最終的には大気圏に落ちて燃え尽きることになる。

これらの燃料は使い捨てであり、補充することはできません。一度使用すると、消えてしまいます。衛星の燃料がなくなると、衛星は廃止され、廃棄されます。衛星を宇宙に打ち上げるには莫大な費用がかかります。限られた燃料をただ写真を撮るためだけに使い果たしてしまうのは自殺行為に等しいし、コストに見合わない。

もちろん、国家や人類の存亡を脅かすような大事件が発生し、それを救うために命がけで戦わなければならない場合、衛星を起動して軌道を変え、そのようなことをすることは不可能ではない。しかし、問題は、この量の燃料でこのタスクを達成できるかどうかです。

さらに、衛星の軌道を新しい軌道に変更するなどの操作は、戦闘機のように舵を切るだけで済むものではありません。宇宙には空気がないので、軌道の変更は完全にジェットの反力に依存しており、これは比較的遅く、複雑で、時間がかかります。軌道変更が成功し、緊急事態の上空に到達する頃には、すでに手遅れです。

もし私たちがトンガ火山の噴火を撮影するために進路を変えたら、成功するかどうかは別として、たとえそこにたどり着いたとしても、火山はとっくの昔に消えていて、灰さえも遠くへ流れていってしまうだろう。したがって、このような緊急事態を検知するために静止衛星の軌道変更に頼ることはまったく不要であり、不可能です。友達は私の答えに満足しただろうか？議論へようこそ。読んでいただきありがとうございます。

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