ハイイログマのうなり声や雷鳴と並んで、竜巻の音は地球上でも最も恐ろしい自然音だ。竜巻と聞き手がどこにいるかによって、この音はシューッと聞こえたり、ブンブン、ガラガラ…といった具合に聞こえたり、あるいは貨物列車のようにも聞こえる。この音は厄介なものがやってくる印なのだ。
しかし竜巻は、人間の耳では聞き取れない超低周波音も発生させるようである。嵐は竜巻に発達する1時間ほど前に、特徴のある超低周波音を発する可能性がある。科学者がこれらの音を検出して迫り来る竜巻の規模と場所を正確に示し、コミュニティに警告する精度が上がるとすれば、どんなに素晴らしいだろう。
研究者が追い求めているのは、まさにこれだ。2018年5月8日（米国時間）に開催された米国音響学会で、オクラホマ州立大学の研究者ブライアン・エルビングは、自分のチームの研究成果を発表した。
同チームはマイクを使用して、12マイル（約19.3km）離れた場所で竜巻が発生する10分前に、信号を検出したという。それだけではなく、竜巻の直径を150フィート（約46m）と推定できた。竜巻の被害に関する公式な報告書によって、これが正しいと確認されたのだ。
人間に聞こえない音も発する巨大スピーカー
では超低周波音を使った竜巻検出とは、どういう仕組みなのだろうか。研究チームは「超低周波音は、竜巻の中心における圧力の変動によって発生する」という仮説を立てている。
エルビングは、「これは空気を圧縮したり拡張させたりするスピーカーのようなものだと考えられます。圧力が下がるほど変動が大きくなり、音も大きくなります」と語る。研究チームは、この超低周波音の周波数から、竜巻の規模を推定できたのだ。
つまり竜巻とは、「人間の耳に聞こえる音と聞こえない音を大音量で響かせながら、田園地帯を駆け抜ける巨大スピーカーだ」といえる。しかし、200フィート（約61m）ずつ離して設置されたエルビングの3台のマイクを使えば、音が2台のマイクに到達するまでのわずかな時間の差を計算し、竜巻の方向を特定できる（3台目のマイクは冗長性をもたせるためだ）。マイクが人間の耳と同じように機能し、音が聞こえてくる方向を教えてくれるのだ。
それぞれのマイクは、小さなドームの中に格納されている。ドームはそれぞれ、4本の散水用穴あきホース（そう、庭にあるのと同じものだ）に接続されている。ホースは4つ葉のクローヴァーの葉の形に配置されており、これ全体が「マイクの花」となる。
ところが、同時に周囲の風の音も拾ってしまうので都合が悪い。この音（ノイズ）もデータに変換され、研究者が求めている超低周波音と混ざってしまう。
だからこそ、このようにホースを配置するのだ。「例えば、右側に延びるホースと左側に延びるホースが風の音を拾った場合、これらの圧力波は揃っていなくてランダムであるため、打ち消し合って平均化するのです」とエルビングは説明する。
これに対して十数マイル離れたところから来る超低周波音は、それほどランダムではない。「竜巻のように、巨大な地球の物理学的な発生源からやってくる圧力波は、より均一なものになります。こうした波がホースからマイクに入ると、互いに打ち消し合わずに一体化します」とエルビングは語る。
正確な予測には「多くのデータが必要」
このシステムはまだ初期段階にある。早期に竜巻を検出し、正確な位置特定を最適化するには、さらに多くの観察データが必要だ。実際に正確な位置を特定するには、マイクアレイ（複数のマイク）が必要になる。だがこのシステムが進化していけば、竜巻が着地する場所を予測するデータ収集ツールにできるだろう。
「おそらく1時間前までには、現場に複数のドローンを配備してデータを収集できるようになるでしょう」とエルビングは言う。
研究者というものは、本当にたくさんのデータが必要だ。アラバマ大学ハンツヴィル校の大気科学者で、エルビングの研究には参加していないケヴィン・ナップは、次のように語る。
「これはよく人に言っていることなのですが、大気はクリーンなものではありません。不純物を含み、たくさんの変動要素があるのです。そしてこれと同じことが竜巻を発生させる嵐についても言えます。同じものはふたつとないのです」
自宅に検出器を設置できるようになる
研究者は、竜巻が超低周波音を発生させる仕組みや「嵐からマイクへの音の伝達」にほかの大気条件が与える影響について理解し始めたばかりだ。しかしこれは、警報システムを改良する有力な方法になる可能性がある。「超低周波音の信頼性が高くなれば、自宅に検出器を設置できるようになるでしょう。火災報知器のように一般的になるわけです」と、ナップは言う。
超低周波音を、もっと正確に検出する方法が待ち望まれていることは間違いないだろう。竜巻警報が出ても、「このうち4分の3が空振りに終わる」という状況を考えてほしい。
「竜巻警報が日常茶飯事になっているオクラホマ州のような場所では、警報をただ無視するようになります」とエルビングは語る。「ミシガン州からここに越してきた当初は驚きましたよ。警報が出たとき、わたしは『家に帰って妻と子どもたちを安全なところへ避難させなければ』と慌てていたのに、芝刈りをしている人々がいたのです」
おそらく竜巻をよりよく理解するには、人はただ聞き上手になればいいのかもしれない。もちろん、庭の水撒きホースの助けを借りて。
TEXT BY MATT SIMON
TRANSLATION BY MIHO AMANO/GALILEO