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2007-05-26

[][]地震予報士の誕生は何時〜FM三角山〜 地震予報士の誕生は何時〜FM三角山〜を含むブックマーク


 今回ご紹介する場所は、コミュニティーFM放送局のさっぽろにしエフエムほうそう、通称三角山放送局(FM三角山)です。FM三角山では、CoSTEPが制作している「かがく探検隊コーステップ」を毎週土曜日18時から放送していますので、読者のみなさんもぜひ一度聴いてみて下さい。周波数は76.2MHzです。1998年に開局し、現在はJR琴似駅の駅前にある、洒落たレンガ造りの建物から番組を送り出しています。

f:id:costep_webteam:20070527023023g:image 図1(FM三角山: FM三角山提供)


 さて今回は、FM三角山のようなローカルで小出力なFM放送局を利用して、北海道内で地震予知の研究が行われているというお話です。残念ながらFM三角山の電波はこの研究には利用されていませんが、他の地域のコミュニティーFM放送が利用されています。


 日本でこれまで地震予知研究と言うと、地震そのものの性質や地下の構造など、直接地震を予知する、というよりはもっと基礎的な研究が主として行われてきました。これは、地震や地下の構造について我々の知っている情報がまだまだ少ないという現実があるからです。ですから公式に地震をはっきりと予知したことはありません。


 地震の直前に地面が変形するのではないか、と昔から考えられており、特に東海地方では地震直前の地面の変形(地面の変形を地殻変動と呼び、大きな地震の後には数10cm以上変形することもあります)を捉えようと集中して観測が行われています。他の地方でも地殻変動の観測は行われています。しかし、この地震の前に起こると言われていた地殻変動も、地震が起こる前に必ず観測されているわけではありません。かなり大きな地震が起こっても、何の変化も観測されないことが少なくありません。その他にも動物の異常行動などが前兆現象ではないかと話題になることもありますが、科学的根拠は何もありません。地震の後から振り返って、あれは前兆現象だったのではないか、と言っても地震の予知や災害の軽減には何の役にも立ちません。


 ここで、有益な地震予知について考えてみましょう。地震予知が実際に役立つためには、最低3つの要素を予知できなければなりません。その要素とは、地震の起こる「場所」と「時間」、そして地震の「大きさ」です。例えば、「今後1年以内に北海道内に地震が起きる」と言えば100%当たります。しかし、これでは地震予知に成功したとは言えません。北海道内という範囲が広すぎますし、1年以内という期間も長すぎます。また、体に感じないようなごく小さな地震は毎日のように起きているので、地震の大きさに触れず地震が起きる、と言うだけでは何の意味もないのです。


 さらに、地震予知が実用化されるためには、再現性や確実性も確かめなければなりません。再現性とは、誰が観測しても同じような現象が繰り返し観測されるかどうかで、科学的検証の基本になるものです。またここでの確実性とは、地震の前にはある現象が必ず起こるかどうかです。注目している現象が起こらないからと、安心している時に大きな地震が起こってしまうと、油断していた分かえって被害が大きくなる可能性があります。このように有効な地震予知を実現させるまでには、いくつものハードルが待ち構えています。


 それではコミュニティーFM放送をどのように利用し地震予知を研究しているかをご紹介しましょう。


 その前に、ここで地震の大きさと揺れの大きさについて確認しましょう。地震の大きさは「マグニチュード(M)」で表されます。阪神・淡路大震災を起こした地震はM7.3、北海道南西沖地震はM7.8です。マグニチュードは2違うと1000倍エネルギーが違います。ですからM7の地震とM8の地震では規模が30倍以上違うことになります。南西沖地震は阪神の地震より5倍以上大きかったのです。一方、揺れの大きさは「震度」で表されます。いくら地震が大きくても遥か遠くで起きれば揺れはほとんどないこともあります。逆にそれほど大規模な地震ではなくとも、近くで起きれば揺れは大きくなります。また震度はその土地の地盤によっても大きく異なります。埋立地などでは通常震度は大きくなります。


 さて北海道大学では、道内に図2のような電波観測施設を6ヶ所設置しています(2006年3月時点)。この施設で毎日いくつかのコミュニティーFM局の電波を観測し、データを北海道大学に送っています。

f:id:costep_webteam:20070527023305g:image 図2(電波観測施設: 森谷研究員提供)


 コミュニティーFM放送の電波出力は弱いので、比較的狭い範囲でしかその放送を聴くことができません。例えば、FM三角山の場合は、札幌市の外ではよほど条件が良くないと聴くことができません。ところが地震の前のある期間には、普段は電波が届かず、放送を聴けないはずの遠くの場所でも放送をキャッチできることがあるのです。ここでは、この普段は捉えられない電波を捉えることを、「電波の異常」と呼ぶことにします。北海道大学の観測点は、普段はその地点で聴けない放送局に周波数を合わせ、じっとその電波が届くのを待っているのです。


 地震の起こる数週間前から約10日前までに、観測地点での震度が大きいほど、長期間、電波の異常が観測されます。観測地点での揺れが大きいほど、早いうちから異常が観測され、異常が終わってから10日程度で地震が起こるということになります。何故地震の前に電波が遠くまで届くのか、残念ながらこのメカニズムはまだはっきりと解明されていません。この研究の歴史も浅く、現象が確かに存在するとはっきりしてきたのが数年前のことなのです。現在は、震源域(地震は地下の断層が動くことによって起こり、その断層がある地上部分を震源域といいます)上空になんらかの電波を反射させるものができるのではないかと考えられています。つまり普段電波の届かない場所に、電波が上空で反射してやってくるのではないか、ということです。


 これまでの観測から、観測点での最大震度と電波の異常が観測される期間について経験式ができてきました。この経験式を利用し、観測地点の震度が予測できるかもしれないのです。


 余談ですが、「直下型地震」と言う言葉は学問の世界では使わない言葉なのですが、都市の直下で大きな地震が起きれば大変な被害が出ることは容易に想像できます。


 今回ご紹介しているFM放送を利用した地震予知の研究では、この震度が予測できるのではないかと考えられています。震度が予測できるということは、遠くて大きな地震が起きるか、近くて小さな地震が起きるかまではわからない、ということです。しかし実際の被害は震度に大きく影響されますから、我々がまず知らなくてはならないのは震度なのです。震度が予測できるということには、大変重要な意味があるのです。


 今回は地方のコミュニティーFM放送を使って地震予知の研究がおこなわれているということを紹介しました。本文では研究紹介として概要のみを記載しました。さらに詳しいことを知りたい方は北海道大学地震火山研究観測センター森谷研究員が書いた解説を見てください。


参考:

http://nanako.sci.hokudai.ac.jp/~moriya//fm.htm

(文:ひるあんどーん)


取材協力:さっぽろにしエフエムほうそう

所在地:札幌市西区八軒1条西1丁目2−5

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2007-05-19

[][]コーヒーの香りの向こうには・・・ 〜旧小熊邸〜 コーヒーの香りの向こうには・・・ 〜旧小熊邸〜を含むブックマーク

もいわ山ロープウェー乗り場の近くに、旧小熊邸が静かにたたずんでいます。

この建物は、北海道帝国大学(現 北海道大学)農学部の小熊捍 博士の邸宅を移築・再建したものです。

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  • 緑の中に佇む旧小熊邸(2007/4/30 撮影)

小熊博士は、現在の北海道大学理学部の創立時の教授で、動物学を担当されていました。後に理学部長なども歴任され、北海道大学のみならず、日本の遺伝学研究の発展に大きく貢献されたそうです。

現在、この建物は喫茶店として使用されています。

邸内では、素敵な空間の中でおいしいコーヒーを楽しむことができます。

f:id:mitotomo:20070511012225j:image

  • ゆっくりとコーヒーを楽しむ人たち(2007/4/30 撮影)

さて、みなさんが楽しんでいるこのコーヒー。

小熊邸でいただくときのように、リラックスしたい時にも飲みますが、

「眠いときに飲むと目が覚める」とも言われています。

コーヒーを飲むと、どのような作用があるのでしょうか。


■カフェインは「ブロックする」分子


コーヒー豆に含まれている成分の中で、眠気を覚ます覚醒作用をもたらすのは、「カフェイン」と呼ばれる物質です。


私達の体の中で働く物質の中に、アデノシンというものがあります。

アデノシンは、これを認識する「アデノシン受容体」と結合することで、様々な作用を起こします。

カフェインは、このアデノシン受容体に結合することができます。

受容体に結合はできますが、その後の反応を起こす引き金にはなりえません。

そして、カフェインが結合すると、そのあとにアデノシンが結合することができなくなります。

結果として、カフェインはアデノシンの働きをブロックすることになります。


f:id:mitotomo:20070516002334j:image

  • カフェインはアデノシン受容体に結合することができる

アデノシンが神経に作用すると、リラックス効果・疲労感をもたらします。

カフェインはこれをブロックすることにより、リラックス=眠気をブロックするのです。


■素敵なコーヒータイムを


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  • 旧小熊邸でいただくコーヒー(2007/4/30 撮影)

コーヒーには窓の外が映っていました。


カフェインの作用ではありませんが、

コーヒーの香りは気持ちを落ち着けてくれますね。

旧小熊邸でいただくコーヒーは、そこで生活した人たちのことを思い起こさせてくれました。

これから緑の美しい季節です。

室内から窓の外を眺めるのもよし、テラスで森の空気と共にコーヒーを味わうもよし。

素敵なコーヒータイムを満喫しに、もいわ山まで出かけてみませんか。


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2007-05-01

[][] 札幌に春を告げる水しぶき〜大通公園西三丁目〜  札幌に春を告げる水しぶき〜大通公園西三丁目〜を含むブックマーク




  雪に埋もれていた大通公園もすっかり雪がなくなりました。札幌市中心部の東西に延びるこの公園内では、ベンチ、花壇、そして噴水と春を迎える準備が急ピッチで進められています。大通り公園には、壁泉一カ所と噴水五カ所があります。壁泉とは、ビルや庭などの壁面を水が流れ落ちる滝のようなものをいいます。西二丁目にある壁泉は長さ33メートル高さ1.8メートルあり、清涼感のある「せせらぎの水音」を再現しています。また噴水は、大通り西三丁目、四丁目、七丁目、十一丁目、十二丁目の5箇所にあります。


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(大通り西二丁目の壁泉 2007/4/29撮影)              (大通り西三丁目の噴水 2007/4/29撮影)



【大通公園で一番古い噴水は】

  大通り西三丁目には、一番最初に噴水が取り付けられました。最初に取り付けられたのは、昭和37年で、地元銀行の記念事業の一環として札幌市に寄贈されました。その後、大通公園リフレッシュ工事(平成元年〜6年)に新しい噴水が取り付けられて、現在に至っています。よく見ていると、噴水がさまざまな形に変化していくことがわかります。静水面に始まり、噴き上げ→水の浅海→水柱の立ち上がり(6メートル)→水柱の分割→水柱の立ち上がり(最大10メートル、通常8メートル)→水柱の下降、そして静水面にもどるという流れになっています。この1サイクルに約15分かかります。これを145本のノズルから噴き上げる水によって作り上げられています。水はポンプでくみ上げられています。



【噴水とは】

  では、噴水とは一体どんなものでしょうか。広い意味では、池や湖などに作られた水を噴出する装置のことをいいます。また、噴出する水そのものを示すこともあります。しかし、いずれも人工的なものを示し、滝や間欠泉のような自然のものは含まれません。鑑賞用噴水の最古のものは、紀元前1000年ころとも言われていますが定かではありません。紀元前百年ころには、アレキサンドリアのヘロンが「サイフォンの原理」を応用して「ヘロンの噴水」を考案したと言われています。これには、動力は使われていません。では、どのようにして、噴水は高く上がるのでしょうか。

  今回の記事では、この「サイフォンの原理」と「ヘロンの噴水」について紹介します。


【サイフォンの原理】

  まずは、サイフォンの原理を考えてみましょう。サイフォンというと、コーヒーメーカーのサイフォン式を思い浮かべる人が多いでしょう。また、もともとの意味は、低い位置に液体を移すU字管そのものを示します。 しかし広い範囲で考えると大きく分けて三つの意味があります。

(1)コーヒーメーカーとしてのサイフォン

(2)液体(この場合は水)を一度高い位置に上げてから低い位置に移すしくみ

(3)(2)の逆で、一度低い位置に下げてから高い位置に移すしくみ

  いずれもサイフォンなのですが、実はその原理は違います。それぞれについて詳しくみてみましょう。


●(1)コーヒーメーカーとしてのサイフォン●

  サイフォン式コーヒーメーカーは、フィルターを載せてその上にコーヒー粉を載せるロートと、最初に水を入れて最終的にコーヒーの受け容器となるフラスコの大きく二つに分けられます。フラスコを下から熱することで、水が沸騰して気化して膨張し、フラスコ内の気圧が上がります。すると水(湯)は、より気圧の低いロートへと流れていきます。その後フラスコを暖めるのを止めると、フラスコが冷めてロート内よりも気圧がさがるため、コーヒーが落ちてきます。

  つまり、加熱と非加熱を繰り返すことによって、上下の気圧に変化が生まれて、水は気圧の高いほうから低いほうへと移動するのです。



  また、(2)(3)のサイフォンは、下のような図で表すことが出来ます。水の移動は、水面にかかる圧力やエネルギーの差によって決まります。


●(2)高い位置を通過するサイフォン●

  図のように、水が十分に詰まった管を使って、高い場所にある水を一端高い位置にあげてから低い場所に移すしくみをサイフォンといいます。身の回りの現象としては、灯油を別の容器に移し替えたり、浴槽や水槽の水をホースを使って、ポンプなどを使わずに別の容器に移すことなどがあります。

では、なぜ水はポンプなどが無くても、流れ出てくるのでしょうか。これは、それぞれにかかる圧力の差が問題になります。

  図に示すように、Aの水面から管Bまでの高さをh1(m)とし、U字管の出口の方Cを、入口側の液面より高さh2(m)低くします。また、大気圧をP0とし、水の密度をρとし、重力をgとします。そして、入口側Aの水面を高さゼロと考えます。つまり、基準面と考えます。そうすると、A,CのU字管にかかる圧力は、次のようになります。

P 1= P0+ρgh1

P 2= P0+ρgh1- ρgh2

  つまり、P2はP1よりρgh2だけ位置エネルギー*1分の圧力が低いため、水は、AからCに流れるのです。

f:id:a-kamimura:20070430223816j:image


●(3)低い位置を通過するサイフォン(逆サイフォン)●

  逆サイフォンと呼ばれるこのしくみは、高い場所にある水を一旦低い位置に下げてから最初よりも低い場所に移す仕組みです。原理は同じで、U字管が逆向きになっていると考えることができます。このしくみは、昔の用水路などに利用されており、金沢の兼六園から城への用水路などは、この逆サイフォンの原理が使用されています。

  基準面を先ほどと同じくAの水面とします。そうすると、Aの水面からU字管の一番深いところまでの高さをh1(m)とし、AとCの水面の差をh2(m)とします。(2)と同じようにことが出来ますが、基準点がAの水面なので、

P 1= P0

Cでは、水が流れ出てくるAと同じ高さまで、水面が上昇することができます。

f:id:a-kamimura:20070430223729j:image



【そして、噴水の原理へ】

  この逆サイフォンの原理を応用して考案されたのが、「ヘロンの噴水」です。

  へロンの噴水は、3個の容器と3本の管によって構成されています。容器は、上から受け皿と密閉容器の容器(A)と容器(B)、そして、水通し管、空気通し管、噴水管の3本です。使い方は、次のようになります。

  まず、容器(A)に水を入れ、容器(B)は空気のみにしておきます。その後、受け皿に水を注ぎいれると、噴水管から水が噴出し、噴水が始まります。ここで、受け皿に水を注ぎいれるのをやめても、噴水は止まりません。それは、噴水管から出た水は、受け皿に落ちるので、それが水を注ぎいれるのと同じ状況を生むからです。この状態で、容器(A)の水が無くなるまで、噴水は継続します。

  この時、装置の中では、どのようなことが起きているのでしょうか。基本的には、「低い位置を通過するサイフォン」と同じしくみです。力(圧力や位置エネルギー)の伝わり方は、図の赤い矢印で示しています。

受け皿から水通し管を通って容器(B)に水が流れ込むと、容器(B)の空気は、空気通し管を通って、容器(A)の水面に圧力をかけます。そのため水は噴水管を通って、外に噴き出すのです。噴き出した水は、受け皿にたまり、また容器(B)に流れていきます。

また、噴水管と水通し管の内径を変えることで、噴水の高さや継続時間を変化させることができます。

f:id:a-kamimura:20070430191634j:image




【今年も始まる】

  今年も大通公園の噴水の通水が始まりました。現代の噴水は、大掛かりで水柱の高さも高く、モーターなどを動力としています。また大通西三丁目と四丁目では、水中照明による夜間照明もあります。循環する水の衛生面も考慮されており、塩素自動注入機も導入されるなど、様々なシステムが導入されています。

  次々に変化する水しぶきの様子を見ることは、子どもだけではなく大人もわくわくするものです。「動力のいらない『ヘロンの噴水』だったらどのくらいの規模の仕掛けがあれば同様の高さの噴水を楽しむことが出来るのか。」噴水のそばのベンチに腰を下ろして考えてみるのも面白いかもしれません。

f:id:a-kamimura:20070429093435j:image

(大通公園西3丁目 2007/4/29撮影)



(文・図・写真: かみむらあきこ)



  • 【住所】   札幌市中央区大通西3丁目
  • 【アクセス】 地下鉄南北線・東西線東豊線6番出口より徒歩1分

 【参考資料】   

 -ガリレオ工房の身近な道具で大実験        大月書店

 -のぞいてみよう!科学の世界            札幌市青少年科学館

 -高等学校物理機                    〃捨售

 -噴水     Wikipedia

 -サイフォン  Wikipedia



 【取材協力】

  札幌市大通公園管理事務所 様

                    取材のご協力ありがとうございました。

 



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*1:物理の分野では、エネルギーとは仕事をすることの出来る能力のことをいいますが、その仕事とは「仕事=力の大きさX動いた距離」で表すことができます。位置エネルギーとは、高いところにある物が持つエネルギーのことをいいます。物はある高さがあってもそのままでは重力によって下に落ちてしまいますが、反対方向に重力と同じだけの力で支えることでその高さにとどまっていることが出来ます。その力は、物の質量と重力で表されるため、位置エネルギーは「位置エネルギー(仕事)=質量X重力X高さ」で表すことができます。


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