地球内部の重力が十年の長さを変える

背景と概要

2026年9月28日、Nature誌に掲載された国際研究チームの論文は、地球内部の重力場のゆっくりとした変化が、私たちが慣れ親しんだ「十年」の長さを静かに変えていることを明らかにしました。超伝導重力計ネットワークとVLBI（超長基線干渉計）による40年分の連続観測データを用い、液体外核と固体内核の間の角運動量交換やマントル対流による質量再分布が、十年スケールで自転速度に非一様なドリフトを生じさせることを突き止めました。その結果、国際原子時（TAI）を基準とする十年間隔が、実際の地球自転周期では数ミリ秒から数十ミリ秒伸縮するのです。

この発見は、深部地球プロセスと時刻管理を直接結びつけます。GPSやBeiDouといったGNSS（全球測位衛星システム）でこの効果を無視すると、十年間で数メートルの測位誤差が蓄積する可能性があり、均一な時間という前提に再考を迫ります。

深掘り分析

地球は非剛体回転体であり、内部質量が移動すると慣性モーメントが変化します。研究チームは3次元地球モデルを構築し、内核の超回転、外核の対流渦、そして太平洋下のLLSVP（大規模低せん断波速度領域）の沈降といった深部構造の相対変位をシミュレーションしました。これらの動きが地球全体の重力四極子モーメントを変調し、スピン軌道共鳴を通じて自転速度に影響を与えることが示されました。この変調は非線形で、「重力的記憶」とも呼ぶべき履歴特性を持ち、ある時期の質量移動が後続の数年にも影響を及ぼすため、ある十年は引き延ばされ、別の十年は短縮されます。

具体的には、2010年から2020年までの十年間は、太平洋下LLSVPの緩やかな沈降により自転速度がわずかに加速し、原子時計上で約12ミリ秒短くなりました。一方、1990年代は内核の加速回転により約20ミリ秒長くなったと算出されています。これらの値は、VLBIと重力計のデータから初めて定量的に得られたもので、従来は電磁結合で説明されてきた十年スケールの日長変動に、重力による新たなメカニズムを提供します。

業界への影響

現在の国際標準時である協定世界時（UTC）は、原子時と天文時（UT1）の差が0.9秒を超えると閏秒を挿入します。今回発見された重力駆動の十年スケール変動は、UT1の長期予測モデルに核ダイナミクスのパラメータを組み込む必要性を意味し、さもなければ閏秒の挿入タイミングが不安定化し、金融取引のタイムスタンプ混乱や通信ネットワークの同期障害を引き起こす恐れがあります。国際度量衡局（BIPM）は、この成果が2028年の世界無線通信会議（WRC-28）における閏秒の存廃議論に与える影響を評価するとしています。

また、GNSSの軌道暦計算は高精度な地球回転パラメータ（ERP）に依存していますが、現行モデルは経験的なフィッティングが主流で、重力結合項は含まれていません。新モデルをERP予報システムに同化すれば、十年スケールの予報精度が30%以上向上する可能性があり、長期自律航法が求められる火星探査に特に有効です。地球科学分野では、十年スケールの日長変化を監視することで核マントル境界の質量輸送を逆推定し、外核の粘性や内核の差動回転速度といった重要パラメータに制約を与えることが可能となり、この手法は次世代国際地球基準座標系（ITRF2028）のモデリング計画に既に組み込まれています。

今後の展望

短期的には、GRACE-FOなどの重力衛星データと自転監視データを統合し、十年スケールの地球内部質量移動マップを高解像度化し、2028年までに重力補正入りUT1予報モデルを公開する計画が進んでいます。注目すべき動きとして、国際地球回転事業（IERS）が速報に「重力結合項」を追加するか否か、次世代量子重力傾斜計衛星が核マントル境界の質量変化を宇宙から直接検出できるか、そしてAIが3次元地球モデルの逆解析を加速するか、といった点が挙げられます。

長期的には、同様の重力時間変調が火星や木星でも確認されれば、「十年」という単位は絶対定数ではなく、惑星内部を探る独自のプローブとなります。この認識の転換は、時間の本質に対する理解を再定義するかもしれません。時間は宇宙の背景に流れるだけでなく、足元の惑星の深部の呼吸によって刻まれているのです。