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第１４回　宇宙の誕生と大構造

配付プリント等

• ビデオ�@『ビック・バンと宇宙の誕生』（18分）〔NHKビデオ教材：大宇宙3〕【概要】
  『アンドロメダ銀河/渦巻銀河/棒渦巻銀河/クエーサー/ハッブルの観察/宇宙の膨張とその始まり/宇宙背景放射の観測/宇宙の誕生から銀河の形成/膨張し続ける宇宙/収縮し続ける宇宙』
  ビデオ�A『宇宙の大構造』（19分）〔NHKビデオ教材：大宇宙4〕【概要】
  『ハッブルのアンドロメダ銀河観測/遠い銀河/星数ほど多い銀河/棒渦巻銀河形成のコンピュータ・シミュレーション/局部銀河群とおとめ座銀河団/宇宙の大構造/泡宇宙/局部銀河群の運動/グレイトアトラクター/銀河分布シミュレーション』
  ビデオ�B『太陽圏（ヘリオスフィア）』（16分）〔NHKビデオ教材：大宇宙1〕【概要】
  『原始太陽系の誕生/太陽表面像/黒点/粒状斑/プロミネンス/フレアー/太陽活動の変化/月の石と太陽活動/皆既日食とコロナ/太陽風/太陽表面のX線像/太陽圏（ヘリオスフィア）/銀河宇宙線とその観測/太陽風と銀河宇宙線』
• プリント2枚。出席票。
  【1枚目表】（宇宙の拡大の歴史）
  図1-1、図1-2、図1-4、表1-2、図1-5、表1-3、図1-6…『宇宙からみた自然』（19,20,29,33,35,42,43p）
  【1枚目裏】（宇宙の階層構造）
  表2-1、図2-4、図3-2、図3-3、表4-1、表4-2、図4-6、表4-4、表4-5、図5-1、表5-1、図5-5、表5-2、図5-6、図5-7、表5-3、図5-9…『宇宙からみた自然』（55,60,85,90,98,107,111,114,121,122,129,132,135,141p）
  【2枚目表】（銀河の形成と構造）
  （パーセク）、図2-4、図2-5、表2-1、図3-2、図3-3、図3-4、図3-5、表3-2、図4-10…『宇宙・銀河・星』（19,21,22,23,38,39,40,57,73p）
  【2枚目裏】（銀河と太陽）
  図4-15、表4-1、図5-30、図5-31、図5-32、表5-3、表6-1、図6-12…『宇宙・銀河・星』（77,81,129,133,141,163p）
  付録（b）…『星･銀河･宇宙』（142p）
• 宇宙の拡大について説明。
  

  宇宙の拡大の歴史 『宇宙』の『宇』は空間を、『宙』は時間を意味する。 �@天動説（地球中心説） 　　アリストテレス（Aristotle、BC〜350）…体系化 　　プトレマイオス（Ptolemaios、〜130）…惑星観測と天体運動理論の完成 �A地動説（太陽中心説） 　　コペルニクス（Copernicus、1543） 　　ケプラー（Kepler、1609）…3つの経験則を発見〔ケプラーの法則〕〔円運動⇒楕円運動〕 肉眼観測だけでなく望遠鏡観測が加わることで、『宇宙』の領域が太陽系内から太陽系外へと拡がる。 �B星界 　　ガリレイ（Galilei、1609）…望遠鏡による観測〔天の川⇒無数の太陽〕 ※肉眼から望遠鏡への観測手段の進展は、「宇宙の大きさ」を飛躍的に拡大した。 �C静止宇宙 　　ニュートン（Newton、1687）…無限宇宙論 　　　矛盾１→オルバースのパラドックス「夜空は明るい」⇒膨張宇宙 　　　矛盾２→なぜ星は天の川に多く群がってみえるか⇒銀河 �D銀河 　　カント（Kant、1755）…島宇宙 　　ハーシェル（Herschel、1783）…星の3次元分布（星雲、同じ明るさならば近いほど明るい） 　　ハッブル（Hubble、1924）…銀河の宇宙像確立（天体の距離測定による−年周視差など） ※理論的予言 　　アインシュタイン（1917）…一般相対性理論 　　フリードマン（1922）…上記理論を宇宙に適用 �E膨張宇宙 　　ハッブル（1929）…「ハッブルの法則」〔変光星による距離測定、スペクトル（分光）観測でドップラー効果の発見〕 　　　V＝HR　〔ここで、 V：視線方向の光源の速さ（星または銀河の速度）、H：ハッブル定数、R：距離（星または銀河までの）〕 　　　Ｖ＝cの場合、 　　　RH＝c／H　〔ここで、c：光速、RH：宇宙の地平線（宇宙の半径）…観測限界〕 �F進化宇宙 　　　tH＝RH／c＝１／H　〔ここで、tH：現在の宇宙の年齢〕 　　　H＝75km/s／310万光年とすれば、tH＝124億年（なお、現在の最新の観測による宇宙の年齢は137億年とされている） 　難問１→宇宙の始まりの問題（一般相対性理論の適用外であり、量子重力理論が必要） 　難問２→一様な物質分布から出発したとして、なぜ現在銀河という非一様な構造が生じているか �Gビッグバン（Big Bang）宇宙

補足説明

全般	地球科学用語については『地球科学用語集』ページを参照。 単位については『単位について』のページを参照。 地質年代については『地質年代表』のページを参照。

• 『宇宙･天文関連』のページを参照。とくに『宇宙論とは』のリンクなど。
• ビデオ�@『ビック・バンと宇宙の誕生』（18分）〔NHKビデオ教材：大宇宙3〕
  『�@アンドロメダ銀河
  　銀河系に最も近い隣の銀河が、アンドロメダ銀河である。230万光年の距離にあり、直径10万光年、質量は太陽の2,000億倍である。渦巻銀河でわが銀河系とよく似ている。77度傾いているので、斜め横方向から見た形になっている。
  �A渦巻銀河
  　渦巻銀河NGC1566で、4,500万光年の距離にある。わが銀河系も円盤に垂直な方向から見るとこのような形をしている。渦巻銀河の星数」は1,000億〜1兆個ほどで、他の形の銀河と比較して、数が多い。
  �B棒渦巻銀河
  　棒渦巻銀河NGC1,300。7,300万光年の彼方にある。渦巻形と比較して数は少なく質量も小さい。銀河中心部から棒状に腕が出て、その先端から渦状腕が伸びている。現在の有力な説は、他の銀河の接近によって生じた潮汐力で棒渦巻形になったと言う。
  �Cクエーサー
  　1960年に発見された不思議な天体である。スペクトルの赤方偏移が異常に大きい。クエーサー3C273は20億光年の彼方にある。電波・赤外線・X線で莫大なエネルギーを放出する。現在の有力な説は若い活動的な銀河と考えられている。
  �Dハッブルの観察
  　エドウィン・ハッブルは銀河系宇宙の研究を進め、1929年膨張宇宙とハッブル常数を発表した。アンドロメダ星雲などの脈動変光星を調べ、多数の銀河の距離を知り、」さらにこれらの銀河のスペクトル分析で赤方偏移を発見、学説を発表した。
  �E宇宙の膨張とその始まり
  　ジョージ・ガモフは膨張宇宙の初めは「火の玉・ビッグバン」であると最初に発表した。1946年のことである。10億度の高密度中性子から膨張が始まった。膨張宇宙だけでなく、元素の生成も考えた。宇宙に「宇宙放射」の存在予言もした。
  �F宇宙背景放射の観測
  　ガモフの予言した宇宙放射は1965年ウィルソンらによって発見された。ホーン形アンテナで雑音源を探しているなかで、宇宙のあらゆる方向からやってくる弱い電波として発見された。3K放射（Kは絶対温度）である。
  �G宇宙の誕生から銀河の形成
  　200億年前に超高温・超高圧で、一点から膨張した宇宙は、急速に温度が低下する。膨張開始10万年後は4,000度。3分後は10億度。10万分の1秒後は1兆度、誕生後10のマイナス35乗秒で、宇宙は無限に熱い一点から始まった。
  �H膨張し続ける宇宙
  　現在は宇宙の膨張を示す証拠のみである。しかし、銀河や銀河団など質量の推量で理論と測定値の隔たりが多い。今までの天文学は「光るもの」だけが注目されてきた。観測にかかりにくい「ダークマター」の質量が膨張宇宙の寿命を左右する。
  �I収縮し続ける宇宙
  　ダークマターの質量が多いと、その重力によって宇宙は膨張を止め収縮に転じる。銀河は互いに接触し、中心に巨大なブラックホールを生じる。ついには、そのブラックホールも合体し、宇宙は一点に向かって収縮を始めると言われる。』
• ビデオ�A『宇宙の大構造』（19分）〔NHKビデオ教材：大宇宙4〕
  『�@ハッブルのアンドロメダ銀河観測
  　パロマ山天文台のヘール望遠鏡。ハッブルは脈動変光星セファイドの観測・分析を続け、初めてアンドロメダ銀河が90万光年の位置にあることをつきとめた。この距離は230万光年に訂正されている。
  �A遠い銀河
  　遠い銀河はきわめて暗い。望遠鏡の集光力の向上が、これらの遠い銀河の発見に効果を発揮した。NGC253・M83・NGC2997など。
  �B星数ほど多い銀河
  　宇宙背景放射は宇宙のどの方向にも一様である。CCD超高感度カメラの利用ができるようになって分かったのは、銀河の数が1,000億あり、しかも紐状に群れていることである。
  �C棒渦巻銀河形成のコンピュータ・シミュレーション
  　銀河の分布を調べると、星と星の分布に比べ、意外に近い。そのために接近したり衝突するものが出てくる。コンピュータ・シミュレーションで2つの渦巻銀河の接近を実験したが、6億年後には棒渦巻銀河に変わった。
  �D局部銀河群とおとめ座銀河団
  　銀河の光をスペクトル分析をすると、物質として最も量が多い水素のスペクトルが目立つ。この目印で各銀河の赤方偏移を求め、各銀河の空間的位置を求める。その結果銀河は、数10個の銀河群、数100個の銀河団、1,000個以上の超銀河団を形成している。
  �E宇宙の大構造
  　調査の結果、6億光年の範囲にある銀河の分布は奇妙な偏りをみせて並んでいた。まるで紐や壁のようにつながり、ところどころに、ほとんど銀河の存在しない空間（ボイド）が見える。
  �F泡宇宙
  　宇宙の大構造は、石鹸の泡の群れ（表面に銀河が集まる）のような構造を見せている。泡の中はボイドと呼ばれ銀河が無い。直径の大きなものは、1億5,000万光年にも及んでいる。宇宙がこのような構造を示している理由は、ビック・バンの後のゆらぎや銀河の互いの重力作用によるとの説がある。
  �G局部銀河群の運動
  　わが銀河系やアンドロメダ銀河を含む銀河の集まりは局部銀河群をつくっている。この銀河群の運動は、おとめ座銀河団に引き寄せられている。また、おとめ座銀河団はうみへび・ケンタウルス座超銀河団に引き寄せられている。
  �Hグレイトアトラクター
  　詳しい研究によると、うみへび・ケンタウルス座超銀河団は、わが銀河系から1億4,000万光年離れた距離にある巨大な引力源に引き寄せられている。巨大な銀河の群れを調べると、大きな円盤の形が浮かぶ。グレイトアトラクターである。
  �I銀河分布シミュレーション
  　一様な銀河分布に「ゆらぎ」を与え、重力の影響をコンピュータに入力すると、過去・現在・未来の銀河の分布が画かれる。60億年後、銀河が集まり始め、200億年後は現在の分布に近く、1,800億年後は超銀河のみに画かれている。』
• ビデオ�B『太陽圏（ヘリオスフィア）』（16分）〔NHKビデオ教材：大宇宙1〕
  『�@原始太陽系の誕生
  　今から50億年前、銀河系の片隅に巨大なガスとチリの収縮が進み、原始太陽系が誕生した。太陽中心の核融合反応、チリとガスから9個惑星が生まれた。
  �A太陽表面像
  　太陽表面の姿は水素の出す特別な光やX線で観測すると、特有な現象を見ることが出来る。粒状斑・プロミネンス・フレアーなどの微細なようすが知られる。
  �B黒点
  　黒点の大きさは地球がらくに入るほどで、強い磁場のために太陽内部の対流が遮られ温度が低い。11年の周期で増減を繰り返している。
  �C粒状斑
  　太陽表面に表れる対流で、1つの大きさは1,000 kmほどもある。上昇流の部分は白く下降流の部分は暗いので、粒状に見える。
  �Dプロミネンス
  　太陽を水素の光だけで見ると、炎のように太陽表面から水素のガスが吹き出して見える。これをプロミネンスという。黒点の周囲に表れ、大きいものは地球の数10倍もある。
  �Eフレアー
  　太陽の内部から特別に烈しくエネルギーの湧き出している、帯状の部分で周囲より高温である。大きなフレアーが発生すると、まもなく地球に磁気嵐がやってくる。フレアーの温度は2,000万度で、光球面の温度より数1,000度高い。
  �F太陽活動の変化
  　太陽の活動には烈しい時代と穏やかな時代のあったことが知られている。樹齢2,000年の巨木ブリッスルコーンペインの年輪や、各地の歴史上の気候の記録を調べると、17世紀は、地球が寒冷で太陽が衰弱していたことが分かった。
  �G月の石と太陽活動
  　地球から38万km離れた月面から月の石が採集された。月には大気がないので太陽が放射する粒子は、強いエネルギーのため石にキズをつける。1.5万年前に太陽は今の40倍も活発に活動していたことが知られた。
  �H皆既日食とコロナ
  　月が太陽をかくす皆既日食のときにコロナが見える。美しい真珠色の輝きは太陽の表面から流れ出た太陽風の姿である。温度は100万度で、陽子や電子の飛び交うプラズマの世界である。
  �I太陽風
  　太陽風はコロナの一部で、約450km毎秒の速さで四方八方に流れだしている。太陽系の惑星空間は、この太陽風で満ちている。太陽風は高エネルギー粒子のプラズマなので、生物がこれにさらされると危険である。
  �J太陽表面のX線像
  　地球の大気圏外でX線で太陽を撮影すると、高温でX線を発する場所が分かる。白くループ状に見える部分が、活発に活動しているところで、暗い部分はコロナホールといわれて、太陽風が流れだしている場である。
  �K太陽圏（ヘリオスフィア）
  　太陽を中心に9個の惑星が公転する空間には、太陽風が流れている。しかし太陽風が流れている空間は、現在最も外側にある海王星より遠く、はるかに2倍以上の距離もある広大な空間に広がっている。この空間の広がりを太陽圏という。
  �L銀河宇宙線とその観測
  　太陽圏の外側は銀河系星間空間である。高エネルギーの銀河宇宙線が太陽風の流れを阻んでいる。18年前に地球から飛び立った宇宙探査機パイオニア10号が、70億kmの彼方で強力な銀河宇宙線を捉えている。
  �M太陽風と銀河宇宙線
  　太陽風が銀河宇宙線の進入を防いでいる。だが、太陽風の強さは一様ではないので、銀河宇宙線は地球にも進入してくる。銀河宇宙線は超新星の爆発など、太陽風とはエネルギーが桁違いに大きな宇宙現象で生じたものである。』
• ※フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』で主な項目について調べることができます。
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【宇宙の階層構造】

• 〔須藤　靖氏による東京大学宇宙線研究所 一般講演会　宇宙のダークサイド：暗黒物質と暗黒エネルギーから〕

【宇宙マイクロ波背景輻射】

• 〔須藤　靖氏によるサイエンティフィックライブ サピエンス　宇宙の古文書をひもとく〜宇宙マイクロ波背景放射温度地図〜　「見えてきた宇宙の新しい姿」から〕

参考

【恒星の分類】

• 〔JAXAの宇宙情報センターの『スペースノート』の『星の物理学』から〕

【さまざまな電磁波による銀河系の姿】

• The Milky Way Galaxy as it appears at many wavelengths (a) radio wavelengths（電波） (b) infrared wavelengths（赤外線） (c) visible wavelengths（可視光） (d) X-ray wavelengths（X線） (e) gamma-ray wavelengths（γ線） 〔University of OregonのJim Brau氏によるPhysics and Astronomy Course Pages of J. Brauの『Astronomy 122: Birth and Death of Stars』の中の『Radiation』から〕

【太陽系の構造】

• Although Sedna has an extremely large orbit around the Sun, it appears to move well within the hypothesized location of the inner Oort Cloud, (more).（R. Hart, Spitzer, CalTech, JPL, NASA） 〔Sol CompanyによるSolStation.comの『Stars』の『Solar System』の中の『Edgeworth-Kuiper Belt, Dust Disk, and Pluto』から〕

【太陽系の惑星】

• 〔Calvin J. Hamilton氏によるViews of the Solar Systemの中から〕 太陽と九つの惑星の大きさの比較。左から、太陽、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星。ただし、最近、冥王星は惑星からはずされた。