船の後ろに引く長いケーブルで海の音を聞く「曳航アレイ」は、これまでケーブルがまっすぐに伸びていると仮定して音の方向を計算してきました。ハルビン工程大学（Harbin Engineering University）のチームは、音を拾う光ファイバーでケーブルの深さの分布も測る全長770mの光ファイバー曳航アレイを作り、2026年9月に『The Innovation』誌に発表しました。外洋の試験では5.7km先の音源の方位を追い、有義波高（波の高さの代表値）1.41〜2.66mの波も捉えています。

外洋の試験で、何がどこまで測れたのか

2025年12月と2026年1月に外洋で行った試験で、チームは1本のケーブルのデータからケーブル自身の深さ、海面の波、水中の音の3つを読み取り、それぞれを別の方法で求めた値と突き合わせました。

確かめたこと比べた相手結果
ケーブルの深さ圧力センサー決定係数0.99、平均のずれ0.80%
波のスペクトルの山曳航の速さと針路を考慮した予測値0.102Hzと0.098Hz（予測との差2.86%と8.41%）
有義波高コペルニクスの波浪モデル1.41〜2.66m（差は4.31〜11.03%以内）
音源の方位GPS で求めた基準の方位船の雑音（120〜150Hz）と、5.7km先の音源の1kHzパルスの2つで追跡
深さの分布を入れた効果入れない計算ビームフォーミング出力のピークが最大4.10dB向上

光ファイバーで測った深さは圧力センサーとよく一致しました。深さの分布から復元したケーブルは、水平な直線ではなく弓なりになっています。少なくともこの試験では、計算の前提になる「まっすぐ」は深さの方向で成り立っていなかったことになります。 波の帯域では、スペクトルの山が0.102Hzと0.098Hzに現れ、予測値の0.105Hzと0.107Hzに近い値でした。予測値は曳航の速さと針路を考慮したものなので、比べているのは動く船から見た見かけの周波数とみられます。 この山から素子の深さを補正して求めた有義波高は、1.41〜2.66mでした。比べた相手は実測のブイではなく、コペルニクスの波浪モデルでした。著者らは、50mの深さで引いた場合の検出の下限を0.15m、ダイナミックレンジを180dBと見積もっていますが、論文本体を読めていないため、何の量の下限なのかは確かめられていません。

曳航アレイは、なぜ自分の形を知る必要があるのか

曳航アレイは、並んだ受波器（ハイドロフォン、水中マイク）に音が届く時間のわずかな差から音の来る方位を計算するため、一つひとつの受波器の位置を正確に知っていなければなりません。この計算をビームフォーミングと呼びます。 海の中のケーブルは流れや水の抵抗で曲がりますが、従来の曳航アレイは深度センサーが数個しかなく、そのあいだの形を推測で埋めてきました。曲がったケーブルをまっすぐだと仮定すると、計算の焦点がぼやけて方位がずれます。たとえるなら、レンズの曲がり具合を知らないまま写真のピントを合わせようとするようなものです。

光ファイバー曳航アレイの1本のケーブルに、何を組み込んだのか

全長770mのケーブルは、試験では船尾から約500m後ろに引かれました。発表文が説明しているのは、音を聞くことに特化した干渉型の区間と、深さも測れる分布型音響センシング（DAS）の区間の2つです。ケーブルの残りの部分の構成は書かれていません。

区間長さ並べた数主な役目
干渉型104m受波器128個（1個に光ファイバー22m）感度の高い聞き取り
DAS160m素子32個（5m間隔）深さの測定、波、音

DAS は、光ファイバーに沿って光の位相の変化を読み取る技術です。水圧がかかると位相がずれるため、DAS の素子は音を拾いながら、自分のいる深さを測る深度計にもなります。深さを測ったのはこの160mの DAS の区間で、干渉型の区間は聞き取りを受け持ちます。 2つの区間の受波部は、内側に空気を閉じ込めた長さ42mm、外径11.6mmの同じ形の芯に光ファイバーを巻いたもので、巻いた光ファイバーの長さと光の読み取り方が区間ごとに異なり、集めたデータは次の3つの周波数の帯に分けて使われました。

周波数の帯読み取るもの
0.02Hz未満ケーブルの深さと形
0.02〜0.3Hz海面の波
5Hz〜2kHz水中の音

5.7km先の音源の方位は追えたのか

試験のために用意した協力音源は、5.7km離れた場所から1kHzのパルス音を出しました。ビームフォーミングで求めたその方位は、GPS で求めた基準の方位をたどっていました。チームは、120〜150Hzの帯に乗った船の雑音でも、同じように基準の方位をたどれたことを確かめています。 光ファイバーで測った深さの分布を計算のモデルに入れると、ビームフォーミング出力のピークは最大で4.10dB上がりました。発表文の副題も、測ったアレイの形をビームフォーミングに戻して使ったことを伝えています。 雑音については、DAS の区間が5〜2,000Hzの帯域で、陸上の静かな環境で測った自身の基準より11.57dB高い値を示しました。干渉型の受波器は、約2kHzより上の帯域で雑音がより低い状態を保ちました。

日本の海底ケーブルの DAS とは何が違うのか

DAS という技術そのものは、日本でも海の観測に使われています。海洋研究開発機構（JAMSTEC）は NTT アクセスサービスシステム研究所と共同で、トカラ列島の悪石島と宝島を結ぶ海底通信用の光ファイバーケーブルに DAS の装置をつなぎ、2025年9月16日から2026年1月13日まで観測しました。JAMSTEC が2026年4月17日に発表した結果では、この観測で決まった地震の震源は15,000個以上にのぼり、同じ地震のうち島の観測網から気象庁が決めていたのは434個でした。

トカラ列島の DAS 観測（JAMSTEC）ハルビン工程大学の光ファイバー曳航アレイ
ケーブル島と島を結ぶ既存の海底通信ケーブル調査船が引く専用の770mのケーブル
ケーブルの状態海底に敷かれ、動かない水中を動き、流れで曲がる
おもに捉えたもの海底下の地震水中の音、海面の波、ケーブル自身の深さ
時期2025年9月〜2026年1月2025年12月と2026年1月の外洋試験

海底に敷かれたケーブルは動かないので、深さが時間とともに変わることはありません。引かれて動くケーブルでは深さが刻々と変わるため、それを音を拾うのと同じ光ファイバーで測る点が、今回のアレイの特徴です。

まだ確かめられていないこと

外洋の試験に使った船は1隻で、引く速さは1通り、海の状態も1種類だけでした。沿岸や浅い海ではまだ試されていません。深さと波の推定は水圧に頼っているので、引く深さや荒天で精度が変わることを、発表文自身も認めています。 編集部が確認できたのは EurekAlert! の発表文と論文の書誌情報までで、論文本体の図表は読めていません。試験のときにケーブルをどの深さで引いたのかも、発表文には書かれていません。また、測ったのは深さの方向の形で、横方向の曲がりを測ったという記述は見当たりませんでした。 発表文は今後の使い道として、本来は別の目的で航行している商船などの船からの波の観測、漁業や海の哺乳類の音を聞く調査、まっすぐなケーブルを前提にできないソナーを挙げています。今回の試験は調査船1隻での実証で、商船などへの搭載や、漁業・海の哺乳類の調査はまだ試されていません。