竜巻の秘密の音から、竜巻がどこに襲来するかがわかるかもしれない

グリズリーベアの咆哮や稲妻の音と並んで、竜巻の音は地球上で最も恐ろしい自然音の一つです。竜巻の種類や立っている場所によって、シューという音、ブザーという音、ゴロゴロという音、あるいは貨物列車の音のように聞こえることもあります。まさに、危険を聴覚的に表す音なのです。

しかし、竜巻は人間の耳には聞こえない低周波の音波「インフラサウンド」も発しているようです。さらに、嵐は竜巻に発達する1時間ほど前から、特徴的なインフラサウンドを発している可能性があります。科学者がこれらの音を検知し、迫り来る竜巻の規模と位置を正確に特定し、地域社会に適切な警報を発することができれば、どれほど素晴らしいことでしょうか。

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研究者たちはまさにそれを追い求めています。本日、アメリカ音響学会で、オクラホマ州立大学のエンジニア、ブライアン・エルビング氏は、彼と彼のチームが、19キロメートル離れた場所で竜巻が発生する10分前にマイクロフォンを使って竜巻の信号を検知した方法を発表しました。それだけでなく、その後、彼らは竜巻の直径が45メートルと推定し、破壊経路に関する公式報告書もそれを裏付けました。

では、超低周波音は竜巻の検知にどのように機能するのでしょうか？その仮説は、超低周波音は竜巻の中心部における圧力変動によって発生するというものです。「スピーカーのように空気を圧縮したり膨張させたりしていると考えてみてください」とエルビング氏は言います。「圧力が下がれば下がるほど、変動は大きくなり、音も大きくなります。」この超低周波音の周波数から、研究チームは竜巻の規模を推定することができました。

竜巻は確かに、田園地帯を吹き荒れる巨大なスピーカーであり、人間の耳には聞こえない音と聞こえない音を轟かせています。しかし、エルビング氏の200フィート間隔で設置された3つのマイクは、音が1つの装置ともう1つの装置に到達するまでのわずかな時間差を計算することで、竜巻の方向を特定することができます（3つ目のマイクは冗長性を確保するためのものです）。これは、人間の耳と同じように、音の発生方向を知らせる役割を果たします。

エルビングは各マイクを小さなドームに密閉し、それぞれを4本の散水ホース（そう、庭で見かけるあのホースです）に接続して、クローバーの葉のような模様を描いています。このマイクの花は、いわば地元の風のノイズも拾ってしまいます。これは厄介な問題です。なぜなら、この文字通りのノイズが、研究者たちが求めている超低周波音に混ざったデータノイズになってしまうからです。

ホースがこのように配置されているのはそのためです。「例えば、右側のホースと左側のホースの風によるノイズは、圧力波が互いに打ち消し合います。なぜなら、それらは互いに矛盾しており、ランダムだからです」とエルビング氏は言います。

それほどランダムではないのは、10マイル（約12キロメートル）離れたところから来る超低周波音だ。「竜巻のような大規模な地球物理学的発生源は、はるかに均一な圧力波を持ちます」とエルビング氏は付け加える。「ホースに入り、マイクに届くこれらの波は、互いに打ち消し合うのではなく、加算されるのです。」

このシステムはまだ初期段階にあり、竜巻の早期検知と発生場所の特定を最適化するには、さらに多くの観測データが必要となる（実際に特定するには、複数のマイクアレイが必要となる）。しかし、システムが進化するにつれて、科学者は竜巻の発生場所を予測できれば、このシステムをデータ収集ツールとして活用できるようになるだろう。「おそらく最大1時間前には、その場所にドローンを派遣し、データを収集し始めることができるでしょう」とエルビング氏は言う。

研究者たちは本当にもっと多くのデータを必要としている。「大気は汚れているとよく言います」と、ハンツビルにあるアラバマ大学の大気科学者ケビン・ナップ氏は言う。彼はエルビング氏の研究とは無関係だ。「大気はきれいではなく、変動が大きいのです。竜巻を引き起こす嵐についても同じことが言えます。同じ嵐は二つとありませんから」

研究者たちは、竜巻がどのように超低周波音を発生させ、他の大気条件が嵐からマイクへの音の伝達にどのような影響を与えるかを理解し始めたばかりです。しかし、これはより優れた警報システムへの強力な道となる可能性があります。「超低周波音が信頼できるものであれば、住宅に検知器を設置して、煙探知機のような役割を果たすようになるかもしれません」とナップ氏は言います。

より正確な超低周波音検知法があれば、間違いなく歓迎されるでしょう。当局が竜巻警報を発令しても、実際には4分の3の確率で竜巻は発生しないという事実を考えてみてください。「オクラホマ州のように竜巻警報が頻繁に発令される地域では、人々はそれを無視してしまうのです」とエルビング氏は言います。「ミシガン州からここに引っ越してきた時、本当にショックでした。警報が鳴ると、『家に帰らなきゃ、妻と子供たちを安全な場所に連れて行かなきゃ』と思うのですが、人々は芝刈りをしています。」

竜巻をより深く理解するには、人間がもっとよく耳を傾ける必要があるのかもしれません。もちろん、庭のホースの助けを借りて。

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