方位磁針の図を見慣れていると、地球の磁力は水平な北向きに働いていると思いやすくなります。しかし、地磁気の向きには上下方向の成分もあります。上下にも自由に回れる磁針を考えると、日本付近ではN極側が下へ傾く向きになります。この水平面からの傾きを表すのが伏角です。
一方、地図の北と方位磁針が指す北のずれは偏角です。伏角も偏角も角度ですが、測っている面が違います。数字の大小を比べる前に、上から見た図か、横から見た図かを確かめましょう。
真上から見る角度と、横から見る角度
偏角は、地磁気の水平成分が指す方向と真北の間を、水平面で測る角度です。伏角は、地磁気の向きが水平面からどれだけ上や下へ傾くかを表します。地図の上で磁北が真北の西へずれていることと、磁針のN極が下を向くことは、同時に起こり得ます。
「N極が北を指す」という日常の言い方は、普通の方位磁針の水平方向の動きを表すには便利です。しかし、その一文だけでは立体的な地磁気の方向を言い尽くせません。平面の地図に描いた矢印と、空間での向きを区別する必要があります。
図の左は真上からの視点で、真北と磁北の間を示します。右は横から見て、水平線に対する下向きの傾きを示します。数値は実際の地点の地磁気ではなく、二種類の角度を区別するための架空の例です。同じ紙面に並んでいても、左と右を足し合わせて一つの平面の角にしてはいけません。
普通の方位磁針で伏角を読める？
通常の方位磁針は水平面内で向きを示すように作られています。台に置いた針が水平だからといって、地磁気の上下方向の成分がゼロだとはいえません。装置がどの方向へ回れるかによって、観察できる動きが制限されているからです。
伏角を測るには、上下の傾きも扱える専用の測定方法や装置が必要になります。机の方位磁針を傾けて針が引っかかった様子を見ても、その角度を地磁気の伏角として読めるとは限りません。針の重さの偏り、支点やケースとの接触も混ざってしまいます。
地磁気は場所によって異なり、時間とともにも変化します。「日本では何度」と一つに固定して覚えるより、地点と時期を指定した資料を読みます。また、伏角が大きいほど磁力の全体の強さも必ず大きい、とは角度だけからいえません。向きと強さは別の情報です。
観測地点を移した資料では、「針の先が机から何cm下がったか」という長さと、伏角の度数も区別します。同じ角度でも針が長ければ先端の上下の差は大きくなりますし、支点の高さが違えば床からの高さは変わります。傾きを調べる基準は、針の先端の絶対的な高さではなく、その地点の水平面です。写真の縁が水平に撮影されているかも、角を読み取るときには重要になります。
磁針を描いた矢印を見たら、N極側の表示を見つけてください。一本の針の片方が下を向くと、反対側は上へ向きます。どちらの極側を指して説明しているのかを省くと、同じ図を見て反対の答えを書いてしまいます。
例題1：二つの角度を足してよい？
架空の観測地点で、地磁気の水平成分は真北から西へ8度ずれ、地磁気の方向は水平面から下へ50度傾いていました。「地図に真北から58度西へ線を引けば磁針の向きになる」という説明は正しいですか。上から見た図に使う角度と、横からの図に使う角度を答えてください。
答え・解説： 正しくありません。上から見た図では西への8度、横からの図では下への50度を使います。二つは異なる面で測った角なので、8＋50を地図上の方向にできません。足し算の数値が求められても、その数値に物理的な意味があるとは限らないことに注意します。
例題2：水平な針から、上下の力はゼロ？
水平面でしか回らない理想的な装置に磁針を取り付けました。針は北寄りを向いたまま水平です。この観察だけから、「この場所の伏角は0度」と結論できますか。別に上下にも回れる、重さの偏りを補正した装置があれば、何を調べられるでしょうか。
答え・解説： 最初の装置だけでは結論できません。上下へ回れない制約があるからです。適切に設置・補正された別の装置なら、地磁気の方向が水平からどれだけ傾くかを調べられます。ただし単に針を自由につるしただけでは、重さや支えの影響を除けたとは限りません。測りたい量に装置の動きが対応しているかが重要です。
図を読む問題では、紙に描ける平面と、実物の三次元の向きを行き来します。今回のように視点を二つに分けると、複雑な向きを一度に想像する必要が減ります。まず図の余白に「上から」「横から」と書き、その後で角度の始点になる線を選んでください。