5 マイクロヘルツからメガヘルツへの換算

マイクロヘルツ（µHz）について

マイクロヘルツは、1 ヘルツ の 100 万分の 1 にあたる振動数の単位です。記号は µHz です。1 マイクロヘルツ は 100 万秒に 1 回、すなわち 11 日半あまりに 1 回の繰り返しにあたるので、この単位は、数週間、数か月、数年という尺度で繰り返す現象を測ります。

もっともよく使われるのは星震学です。恒星は振動しており、その振動数は、鐘の音の高さが形と厚みで決まるのと同じように、内部の構造によって決まります。太陽に似た恒星は数千 マイクロヘルツ で鳴り、赤色巨星は数十 マイクロヘルツ、もっとも大きく進化した星は 1 を下回ります。ケプラー や TESS といった宇宙望遠鏡は、明るさが 100 万分の数だけ変わるようすを見張ることで、何十万もの恒星についてこれらの振動数を測りました。

この手法は、ほかのどんな方法でも得られない量をもたらします。振動の スペクトル から、天文学者は恒星の質量と半径と年齢を導き出せます。恒星の年齢は、それ以外の方法ではほとんど決められません。惑星をもつ恒星の、したがってその惑星系の年齢が、今日こうして定められています。

重力波の天文学もこの帯域を求めています。計画中の宇宙重力波望遠鏡 LISA は、およそ 100 マイクロヘルツ から 1 ヘルツ のあいだで感度をもつ予定です。この範囲には、合体する超大質量ブラックホールと、私たちの銀河にある何千という近接した白色矮星の連星が含まれます。地上の検出器はこの周波数に届きません。地面の雑音に呑まれてしまうからです。

地球物理学は、もっとも遅い分潮にこの単位を用います。半月周期と 1 か月周期の太陰潮、半年周期と 1 年周期の太陽潮がそれで、あわせて長周期の変動を生み、潮汐の予報はこれを織り込まねばなりません。地球の自転軸のふらつきである極運動は 14 か月の周期をもち、これはおよそ 0.8 マイクロヘルツ にあたります。

気候と海洋の科学は、さらに低いところまで届きます。エルニーニョ・南方振動は 2 年から 7 年ごとに不規則に戻ってきますが、これは 0.01 マイクロヘルツ をはるかに下回ります。長い氷床コアの記録は、さらに遅い周期を解き明かします。

地球 そのもの が 教科書 の ような 例 を与えます。その 自転 の 軸 は およそ 433 日 の 周期 で 小さな 円 を さまよいます。1891 年 に見つかった チャンドラー の 揺れ であり、周波 数 で およそ 0.027 マイクロヘルツ です。これ を捉えるには 何 十 年 も の 位置 天文 の 仕事 が要りました。これ ほど 遅い 信号 は、多く の 周期 を観測して はじめて ゆっくり した ずれ と 分けられる からです。それ が この 帯 の 一般 の 制約 です。1 マイクロヘルツ での 測定 には、少なくとも 数百万 秒、できれば 数千万 秒 の 記録 が要り、装置 は その 資料 が読めるように なる まで 何 年 も 安定 していなければ なりません。ですから この単位は、速い 学問 ではなく 辛抱 強い 学問 の もの です。

1 マイクロヘルツ は、0.000001 ヘルツ、100 万秒に 1 サイクル、1000 ナノヘルツ に等しくなります。

メガヘルツ（MHz）について

メガヘルツは、100 万 ヘルツ にあたる振動数の単位です。記号は MHz です。放送の大半と近距離の通信を担う電波の帯域を覆っており、20 年にわたって計算機の速さを測る単位でもありました。

FM 放送は、ほとんどの地域で 87.5 から 108 メガヘルツ を占めます。第二次世界大戦後に選ばれた帯域で、周波数変調に必要な広いチャンネルを許すだけ高く、しかも送信機と受信機を安く作れるだけ低い位置にあったからです。地上波テレビは隣接する帯域を取り、放送が アナログ から デジタル へ移ったことで、その大部分が移動体通信のために空きました。

航空無線は FM 放送のすぐ上、118 から 137 メガヘルツ にあり、より明瞭な周波数変調ではなく振幅変調を用います。この選択は意図的です。2 機が同時に送信すると、振幅変調ではうなりによる甲高い音が聞こえ、混信が起きたことを全員に知らせます。周波数変調なら強いほうの信号だけを拾い、弱いほうを無言のまま失ってしまいます。

計算機の処理装置は、1970 年代末からおよそ 2000 年まで メガヘルツ で格付けされていました。最初の IBM PC は 4.77 メガヘルツ で動き、その後に続いた メガヘルツ 競争は、発熱のためにクロック周波数が 4 ギガヘルツ 近くで頭打ちになったところで終わりました。以後、製造者は コアの数を競うようになります。記憶装置のバス速度や表示の同期は、いまも メガヘルツ で示されるのがふつうです。

医用超音波は、およそ 2 から 18 メガヘルツ で働きます。周波数が高いほど分解能は細かくなりますが深くは届かないので、腹部の検査は体表近くの構造を診るときより低い周波数を使い、検査者はそれに応じて探触子を選びます。

電波による個体識別、車庫の扉の遠隔操作器、無線マイク、船舶用 VHF、アマチュア無線は、いずれもこの範囲に住んでいます。遮蔽の不十分な電子機器がたがいに干渉する原因となる高調波も同じで、だからこそ法規に基づく試験は、数十から数百 メガヘルツ の放射に力を注ぎます。

移動 の 電話 は、この単位を 金 の 問題 にしました。電波 は メガヘルツ で測った 塊 で 競売 に かけられ、各国 は 700、800、900、1800、2600 メガヘルツ の 帯 から 数百億 の 額 を得てきました。それぞれ の 値打ち は 物理 が決めます。低い 周波 数 は 遠く まで届き 建物 にも よく 入る ので、700 と 800 の 帯 は 田舎 を 安く 覆い、高い ほう は 短い 距離 で 多く の 資料 を運び 都市 に向きます。ですから 事業 者 の 通じる 範囲 の 図 と、その 通信 の 速さ は、どの メガヘルツ を買えた か の 結果 です。これら の 競売 が、ほか の どんな 国有 の 資産 の 売却 と 同じ ほど 熱心 に 見守られる 理由 です。

1 メガヘルツ は、100 万 ヘルツ、1000 キロヘルツ、0.001 ギガヘルツ に等しくなります。