吉備津の釜を再現する
檀上慎二 danjo.mb.infoweb.ne.jp
日本古来の伝承に、「釜鳴り神事」または「鳴釜神事」と呼ばれる現象がある。これは、釜の上に蒸し器を乗せて湯を沸かし、蒸し器の中に米を撒くと、ボーッという音が鳴り、その音のようすで吉凶を占うというものである。岡山県・吉備津神社は、桃太郎伝説発祥の地であり、釜鳴り神事の本家として知られる。古く雨月物語にも吉備津神社の釜鳴り神事のことが扱われている。
どのような音が吉を呼ぶのかは不明だが、少なくとも音が鳴ることについては、物理現象である。筆者は、この夏に釜鳴り現象を再現する機会に恵まれたので、そのようすを紹介し、あわせて、釜鳴りの原理である熱音響自励振動について説明することとしたい。
鉄パイプの中に金網を入れ、金網に近いほうの口をガスの炎で加熱する。金網が十分に赤熱したところで、パイプを鉛直に立てると、ボーッという大きな音が鳴り始める。このようなパイプをレイケ管という。
同様の現象は、他にも見られる。ガラス管の一端を加熱して溶かし、息を吹き込んでフラスコを作るときにも、同様の音が鳴ることがある。これをソンドハウス管という。
また、試験官にイオウの粉末を入れ、管の中ほどにスチールウールを詰めておく。これを下から加熱すると、イオウが昇華し、スチールウールと反応するが、その際にも同様な音が鳴ることがある。
これらはいずれも「熱音響自励振動」と呼ばれる現象である。
熱音響自励振動の原理を、レイケ管を例にとって説明してみよう。レイケ管の実験では、パイプを鉛直に立てると音が鳴るが、水平に寝かせると音は鳴らない。このことから、パイプの中に生じる対流が鍵であることがうかがわれる。図１のように、対流が生じると金網付近の空気は高温だが、金網よりすぐ下は外気が流入してくるので温度が低い。その結果、管内では、図２のような温度分布が実現していると考えられる。
さて、このような状況のもとで、管内に何らかの振動が与えられると、管内の気柱は共鳴する。その際、最も卓越していると思われる基本振動に注目すると、図３のような定常波を作る。いま、金網付近の空気が管中央のほうに変位すると圧力が高くなり、管口のほうに変位すると圧力が低くなる。
一方、金網付近には前述の温度分布があるので、空気が間中央のほうに変位すると暖められて膨張し、管口のほうに変位すると冷やされて収縮する。その結果、高圧下で膨張し、低圧下で収縮するので、この運動は熱機関として働くことになる。すなわち、高温部分から低温部分に熱を運び、そのエネルギーの一部で空気の振動を励起することとなる。そのため、いったん振動が始まると、空気の膨張、収縮を通じてその振動は自励され、大きな音に発達するのである。
音波においては実際の空気の変位は非常に小さなものだが、バケツリレー式に熱を運び、結果として上述のようなことが生じる。
吉備津神社などで行われる釜鳴りの原理も同様であると考えられる。釜の部分は水蒸気に満ちているので100℃近い温度を保っている。蒸し器の上に米を撒き、数cmくらいの米の層を作ると、米の下部は水蒸気で蒸されるので高温になるが、米の上部はまだ冷たいままなので、米のすきまの部分に温度勾配が生じる。この状態で、釜と蒸し器からなる気柱がなんらかの振動によって共鳴すると、前述の原理で自励振動が生じ、大きな音が鳴るというわけである。
まず、単純に釜の上に蒸し器を乗せ、米を撒いても、音は少しも鳴らなかった。
次に、釜鳴りのミニチュアを作ろうとした。試験管の中に金網を設け、中の水を沸騰させ、上から米を撒いたが、水が突沸してだめ。空き缶で同様のことをしたが、やはりだめ。突沸しても大丈夫なように、フラスコを用い、首の部分に金網を設けて、水を沸騰させ、上から米を撒くと、音が鳴った。
これに気をよくし、今度はフラスコ状の釜を作ってみたが、やはりだめ。
原点に戻って蒸し器を使い、今度は蒸し器を３段４段と高く重ねてみることにした。本来、蒸し器は何段も重ね、段毎に米を入れて蒸すものである。しかし、吉備津神社の巫女さんの手さばきを見ていると、蒸し器の中はがらんどうであるように思われるので、最下段以外の蒸し器は底板を取り払い、筒抜けにした。また、各段の間はテープで目止めをし、気密を保った。また、原理上、米の下部は高温である必要があるので、あらかじめ少量の米を蒸し器の底に撒いておき、その上に冷たい米を載せることにした。
結果は上々で、吉備津の釜の音と同様な釜鳴りの音が、２分間程度鳴り続いた。
やがて米の上まで熱がまわると、温度勾配がなくなるので、音は鳴り止んだ。
この実験は、NHK「やってみよう何でも実験」の制作スタッフから依頼されて行ったものである。当初はどのようにやってもうまく行かず、「チャレンジしたが失敗に終わった」という番組になるのではないかというおそれもあったが、スタッフの方々や、一緒に出演した本校の生徒諸君のアイデアや努力で、何とか成功にこぎつけ、成功にいたるドキュメントとして、NHK教育テレビで2000年8月25日に放映された。番組制作会社であるオフィスラフトの香取共治ディレクターはじめスタッフの方々、および、四天王寺高校生徒諸君で組織した釜鳴り探検隊の諸君に感謝したい。