潜水艦が爆発する遠くの音をどうやって聞き取るのでしょうか?

地球上のすべての海の音を聞き取るには、たった11個の水中センサーが必要です。潜水艦のような小さなものが消えてしまった場合、比較的小さな音を聞き取るこの能力は極めて重要になります。

これは、11月15日にアルゼンチン海軍当局と最後に連絡を取ったARAサン・フアン潜水艦の場合である。同潜水艦はアルゼンチン南部のウシュアイアから北部の港町マル・デル・プラタへ向けて定期航行中に消息を絶った。

その後1週間の捜索が行われたが、成果はなかった。そして11月23日、包括的核実験禁止条約機構（CTBTO）はアルゼンチン沖で爆発を検知した。潜水艦が最後に発見されたのと同じ場所だ。

サン・フアン号はアセンション島にある最寄りのセンサーから6,000キロメートルも離れていたにもかかわらず、CTBTOは小規模な爆発を示唆する音波の微小なスパイクを検知することができた。「アルゼンチンの潜水艦の場合、これほど小さな爆発信号を探すのは、干し草の山から針を探すようなものでした」とCTBTO事務局長のラッシーナ・ゼルボ氏は述べている。

ゼルボ氏と彼のチームは、2014年に墜落したマレーシア航空MH370便の行方不明者の捜索にも取り組んでいました。「何ヶ月も作業を続け、ある時は信号があると思ったのですが、確認に人を派遣すると、ただの古い船でした」。しかし今回は、国際監視システムが小規模な爆発を検知することに成功し、乗組員44人の家族に答えの糸口を提供しました。

しかし、彼らはどうやってそれをやったのでしょうか?

包括的核実験禁止条約機構とは何ですか?

CTBTOは、世界の核保有国に責任を負わせる手段として、1996年に国際監視システムネットワーク（IMS）を設立しました。このネットワークは24時間体制で振動を監視しており、CTBTOが気付かない限り、大規模な爆発が発生することは不可能です。

現在、CTBTOは陸上および海上に337の監視システムを保有しており、すべての大陸とすべての海域に広がっています。このネットワークは核兵器の発射や爆発を示唆する可能性のある音を常に監視していますが、近年その役割は変化しています。現在では、海洋生物、地震、そして海上での行方不明者の音も監視しています。そのために、CTBTOはわずか11か所の水中聴音所からなるネットワークを利用しています。

ハイドロフォンはどのように機能するのでしょうか?

ハイドロフォンはマイクのようなセンサーです。海中の様々な地点に3つずつ設置することで、音波の方向を特定しやすくなります。ハイドロフォンは水圧の変化を検知し、それを電気信号に変換します。

ハイドロフォンステーションは、現存する監視システムの中でも最も高価なものの一つです。最新のハイドロフォンステーションは昨年、南インド洋のクロゼット諸島沖に完成し、費用は3,400万ドルでした。

CTBTOは、水中音響波ではなく地震波の動きを追跡するTフェーズモニターも保有しています。地震波モニターは、音の周波数だけでなく、水中の動きの圧力と衝撃を追跡するため、CTBTOは爆発の影響をより正確に把握することができます。

陸上監視ステーションのコンピューターは、ハイドロフォンからの信号を記録し、様々な衛星に送信します。これらの衛星は、オーストリア・ウィーンにある国際データセンターにデータを送信します。

データの分析

センターは監視局から毎日10ギガバイトのデータを受信しています。データは分析、フィルタリングされ、音響スパイクの探査にかけられます。「メディアの報道で潜水艦が行方不明になったことがわかったので、より狭い範囲を調査することができました」とゼルボ氏は言います。「このような小さな信号は通常、私たちの注意を引くことはありません。」

「私たちのセンサーは、爆発音であろうと潜水艦が海底に衝突した音であろうと、水中のあらゆる音を捉えることができると分かっていたので、収集したすべてのデータを精査し始めました」と彼は説明する。この作業には6日間かかった。専門家たちは、潜水艦の時間と位置に関連する水中爆発の兆候となる可能性のある、ごく小さな信号やインパルスに注目するよう指示された。

センターは、データを適切にフィルタリングするために、監視装置が使用するプログラミングスクリプトを何度も書き直さざるを得ませんでした。「彼らが探しているのは小さな爆発なのか、それとも潜水艦のエンジンの破裂だけなのかさえ分かりませんでした」とゼルボ氏は言います。最終的に、核爆発以外の異常事象を示す、短時間の単一の異常が検出されました。

研究チームは、爆発の規模を定量化するのは難しいものの、これは行方不明の潜水艦によるものと結論付けた。CTBTOは金曜日の声明で、「この音は発生地点から受信機まで長距離にわたって伝播しているため、規模を推定することはさらに困難だが、技術者と科学者は現在もこの作業に取り組んでいる」と述べた。

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。