宇宙のはなし-宇宙の動きと将来-

1st. 2011/02/23Lst. 2020/09/04

v12.4 Apr.2020 1

問１：宇宙のことを知りたいと思う理由を考えたことはありますか。問２：地球に降り注ぐ流れ星や流星群はどこからやってくるのですか。その重量は年間で幾らくらいですか？問３：地球の体重は変化しないのですか？

宇宙と電気電子工学

http://www.nec.co.jp/ad/cosmos/akatsuki/02/ より引用

http://www.jaxa.jp/projects/sat/planet_c/index_j.html より引用

1μm（近赤外）カメラ

2μm（近赤外）カメラ

紫外イメージャー

中間赤外カメラ

雷・大気光カメラ

ホールスラスタ（イオンエンジン）

電子回路、センサ、制御・情報処理ソフトウェア、燃焼・材料力学、運動力学などあらゆる工学技術の塊

2

例）人工衛星

あかつきと金星

高利得アンテナ

電波望遠鏡

http://alma.mtk.nao.ac.jp/j/aboutalma/outline/00.html より引用

パラボラアンテナ66台を組み合わせた望遠鏡。直径12mのアンテナを50台組み合わせるアンテナ群と、直径12mのアンテナ4台と直径7mのアンテナ12台からなる干渉計方式の巨大電波望遠鏡。

アンテナを動かして、それらの間隔を最大18.5キロメートルまで広げることで、直径18.5キロメートルの電波望遠鏡に相当する空間分解能(＝視力)を得ることができ、ミリ波・サブミリ波領域では世界最高の感度と分解能を備えた望遠鏡（ハッブルの10倍）となる。2012年度から本格運用を開始予定。

ALMA望遠鏡（アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計：Atacama Large Millimeter/sub millimeter Array）

ハッブル（ハッブル宇宙望遠鏡／光・赤外線）

アルマ（ALMA）はスペイン語で「魂」を意味する。

3

何故人間は科学するのか？物理学 電気工学 量子力学物理化学

ud u

u

分子

原子・電子

原子核

陽子・中性子

宇宙の大規模構造（一粒一粒が銀河）

1916 Einstein

1785 Coulomb

1911 Pauli

1920 Bohr1935 Yukawa

1826 Ohm

1864 Maxwell

1845 Kirchhoff

1948 Shannon

クォーク

dd u

超ひも

マクロの観察/観測 ミクロの

観察/観測

1684 Newton

他人・社会の観察/観測

ヒッグス場2012 Higgs

1965 Gamow

神経細胞の蛍光顕微鏡写真（銀河団に似ている）

ニュースインターネット

1962 Watson

人間は60兆の細胞から。細胞1つに30億の遺伝子

宇宙は6000？兆の銀河から。銀河1つに3000億の恒星

我々は本当は何者か？

自分の観察/観測

（惑星系に似ている）

4

（内省）

iPS

科学的（物質的）アプローチから世の中を支配する法則を発見しそれを利用している・・・

２重螺旋

・・・

究極の理論超ひも理論が有力

いつ?

5

宇宙にある４つの力と派生科学

電磁気学の範囲

機械工学

電気工学

量子力学

回路理論

情報理論

1684年Newton

1916年Einstein

1785年Coulomb

1967年Weinberg & Salam

いつ?

1970年

1935年Yukawa

1911年Pauli

通信・情報工学

物理学

物理化学

電子工学電磁界理論

量子論

1920年Bohr

生物化学

音響工学

制御工学

音波重力波

電磁波

熱力学

物質波

物理現象を電磁気学（マクスウェルの方程式）だけでは完全に説明できない。必ず破綻する。

素粒子物理学

大統一理論

天体の重力

地上の重力

電磁気力

Newtonムック, “真空とインフレーション宇宙論,” ニュートンプレス, p.139

弱い力

強い力

mg2

MmGr 2

Qqkr

電弱理論

1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 10月 11月 12月8月 9月

地球カレンダー （146億年を1年に）

1月1日9月1日

3月1日

1週間 = 3億年1秒 = 500年

1日 = 4000万年

1分 = 3万年 1ヶ月 = 12.5億年

6ヶ月 = 75億年

1年 = 150億年

1時間 = 200万年

6550万年前、直径10kmの隕石【チクシュルーブ・クレーター跡】現在のユカタン半島

6

参考： 幸運を引き寄せる 朝の習慣より

9月14日

12月30日12:00

12月31日21:30

12月31日23:59:59

1月1日0:00:00

30万年前、ネアンデルタール人。20万年前、ホモサピエンス【東アフリカのイブ（女性）】

春 夏 秋 冬

ユカタン半島に落ちた隕石跡今から6550万年前、小惑星の大きさは直径10-15km、衝突速度は約20km/s、衝突時のエネルギーは広島型原子爆弾の約10億倍、衝突地点付近で発生した地震の規模はマグニチュード11以上、生じた津波は高さ約300メートルと推定されている。

http://ja.wikipedia.org/wiki/ チクシュルーブ・クレーター より引用

重力分布データ

00:07:32

7

恐竜絶滅の謎が解明か？8

引用先：http://sankei.jp.msn.com/science/news/140310/scn14031012100008-n1.htm

9

宇宙の大きさ

ヒト地球

1天文単位 = 1.496×1011 メートル （地球-太陽の距離）

銀河系1021 m

1光年 = 9.46×1015 メートル （光が１年間に進む距離）

`` フリーソフト Mitaka’’ 国立天文台４次元デジタル宇宙プロジェクト

太陽系

よりマクロな世界へ極大世界

銀河団

10万光年

30天文単位（太陽‐海王星）107 m

10? m

宇宙の形?人型?

2010年現在の科学レベルでは、銀河団より先の構造は分かっていない

100 m

天の川銀河

1000万光年

0.001光年

1013 m

天の川銀河

太陽系

地球

日本

1周に2億年

1周に1年

1周に???年

9

宇宙は6000？兆の銀河から成り，銀河1つあたりに3000億の恒星

宇宙地図とスティックマン10

http://kai-kuu.jugem.jp/?eid=1521 より引用

天の川銀河

6億5000万光年

1986年に Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) サーベイで発表された天の川銀河から約5億光年以内の宇宙地図。このときに観測した銀河の数は全部で1057個のみ。

ニュートン 2016年8月号, pp. 18-19

「スティックマン」と呼ばれているが，ただのスティックではなく十字架に見える・・・宗教的配慮？

太陽系や銀河系の周期

太陽

天の川銀河

アンドロメダ

大マゼラン小マゼラン

?

地球（1周に365日）地軸傾斜の影響で季節がある。干支や占術（統計学の1つ）もある。12年周期が使われるのは重力の強い木星の周期か

天の川銀河（１周に?年）銀河系にも同じく周期性と季節はあるか？大マゼラン星雲と小マゼラン星雲は、天の川銀河とアンドロメダ銀河が過去にニアミスした際の名残と言われている

`` フリーソフト Mitaka’’ より引用

11

A*

天の川銀河

地球

地軸の歳差運動や地球公転軌道の変形が、地球の温暖期と寒冷期を作り出していることが分かっている（ミランコビッチ理論）

中川 毅，人類と気候の10万年史過去に何が起きたのか、これから何が起こるのか (ブルーバックス)

太陽（1周に2億年）太陽系にも周期性と宇宙季節がある。銀河系の中心には太陽の400万倍の質量のブラックホール（いて座A*）があるとみられている

地球は円運動でなく螺旋運動12

天の川銀河の動き※

http://www.djsadhu.com/the-helical-model-vortex-solar-system-animation/ より

天の川の運動速度2160,000 km/h（1秒で約600 km）

地球

土星

※天の川銀河の動きは完全には分かっていない

何事にも旬の時空（刹那さ）がある。

太陽系の動き

太陽系の移動速度70,000 km/h（1秒で約20 km）

地球の公転速度10,400 km/h（1秒で約3 km）太陽系と同じ速度で移動する視点

で見た楕円軌道

宇宙の1点で静止した状態で見たらせん軌道

我々は

。

。

by M.T

時間はもちろん宇宙空間の1点に同じ条件で再び戻れることは二度とない。

我々はつい、また明日・来週・来月・来年が繰り返し来ると錯覚しているが・・・

東京-香川間 約600 km

宇宙の中心はどこか？13

自分が全て（自己中心）

家族が全て（自家中心）

都会が全て（自都中心）

国が全て（自国中心）

自民党派が全て（自民中心）

太陽系が全て（自系中心）

天の川銀河が全て（自河中心）

コペルニクス的転回

どうやら太陽系は中心ではなかった！

どうやら地球は中心ではなかった！

どうやら天の川銀河は中心ではなかった！

自民党の考えだけではなかった！

どうやら自分だけではなかった！

どうやら自国だけではなかった！

・・・！

地球が全て（自球中心）

ＳＴＡＲＴ

ＥＮＤ

中心がブレるとエネルギーを失う（物理法則）

スコープは知覚できる範囲

どうやら自宗だけではなかった！

自分の宗派が全て（自宗・自派中心）

角運動量保存則

14

古代エジプトから伝わることば

素粒子の大きさ宇宙のしくみ 新星出版社 p.158

OH H

クォーク

原子核

酸素原子

水分子10-9 m

10-10 m

10-14 m

10-15 m

10-18 m

1897年

1911年

1961年

1802年

原子核

陽子 中性子陽子

dd u

2010年現在の科学レベルではクォークを単独で取り出せない

電子

中性子

よりミクロな世界へ極微世界

分子

クォーク

超ひも?超高速振動するひも [Hz]

u

超ひもが解明できれば、すべて波動と振動数で説明できる？

ud u

ヒト100 m

縄跳びも高速回転すると楕円体に見える（粒子の素？）

(1Å)

(1 nm) ナノテク

ピコテク

(1 fm)

フェムトテク

(1 am)

アトテク

神経細胞の蛍光顕微鏡写真（銀河団に似ている）

1932年As above, so below上に在るがごとく下もかく在り

人体は60兆の細胞から成り，細胞1つあたりに30億の遺伝子

（刹那）

10-12 m

原子：ギリシア語でATOMOS（不分割）

相良，LSIのはなし[第2版]，p.3

量子論と両面性

谷村 ``波の科学’’ p.134, 日刊工業新聞社, 2012.

15

波でもあり粒でもあるとは・・・

その人の見方によって人の横顔にも壺にも見える「ルビンの壺」のようなもの（by 大栗博司）。

http://ja.wikipedia.org/wiki/ルビンの壺 より

量子論の適用範囲とは：

粒子性と波動性が並存する考え方

1E-301E-251E-20

1E-151E-101E-05

1

1000001E+101E+151E+20

1E+251E+30

超ひ

もク

ォー

ク

陽子

・中性

子原

子核

原子

分子 ヒト

地球

直径

太陽

系銀

河系

銀河

団超

銀河

団宇

宙の

形

大き

さ[m

]

ド・ブロイ波長（物質波長）が顕著に観察できるレベル。

hP

: 物質波長:P 運動量:h プランク定数

1030

1025

1020

1015

1010

105

100

大き

さ[m

] （対

数表

示）

10-5

10-10

10-15

10-20

10-25

10-30

地球

太陽

系

銀河

系

銀河

団 超銀

河団

宇宙

の形

常識的な物質観が通用する範囲（マクロの世界）

?

超ひ

も

クォ

ーク

陽子

・中

性子

原子

核 原子

分子

非常識な物質観量子論の適用範囲（ミクロの世界）

佐藤 ``量子論を楽しむ本’’ p.19, PHP文庫, 2000.

16

？

http://athena-minerva.net/kagakuuchu/96/

この宇宙 １０??億年太陽 １３０億年シリウス １５億年ベテルギウス ０．２億年 （既に消滅らしい？）人生 ・・・ ８０年象 ７０年猫 １５年（野良３年）犬 １０年（小型１３年）鼠 ３年蟻 ２年大腸菌 個体としての寿命なしウィルス 個体としての寿命なし陽子・中性子 １０??億年（崩壊が起こるまで）

大きさと寿命

個体が小さいと体験できる世界が小さいので飽きてしまうから短く設定している？

ゾウの時間ネズミの時間

17

物質粒子の種類と電荷量

uuu

ddd

ccc ttt

sss bbb

2/3 e 2/3 e 2/3 e

-1/3 e -1/3 e -1/3 e

アップ チャーム トップ

ダウン ストレンジ ボトム

クォーク

レプトン

ve

電子ニュートリノ

vμ

ミューニュートリノ

vτ

タウニュートリノ

e

電子

μ

ミュー

τ

タウ

0 e 0 e 0 e

-1 e -1 e -1 e

電荷量

1961 1974 1995

197719611961

1956

1897 1947 1975

19981962

最も馴染み深い

宇宙のしくみ 新星出版社 p.159, p.167この先、新粒子がまた発見される可能性がある。

18

SI接頭辞と仏教用語の関連

http://ja.wikipedia.org/ より引用

涅槃寂静（ねはんじゃくじょう）は、仏教用語で、煩悩の炎の吹き消された悟りの世界（涅槃）は、静やかに・安らかにの境地（寂静）であるということを指す。涅槃寂静は三法印・四法印の一つとして、仏教が他の教えと根本的に違うことを示す。

上座部仏教の一宗派である説一切有部では、人間の意識は一刹那の間に生成消滅（刹那消滅）を繰り返す心の相続運動であるとする。それについて曹洞宗の道元は、『正法眼蔵』の「発菩提心」巻で、悟りを求める意志も、悟りを開こうとするのもその無常性を前にするからであり、常に変化するからこそ、悪が消滅し、善が生まれるのであると説く。

マクロ

ミクロ

19

※量子論の「不確定性原理」によれば，10-20 秒以下では物質が「ある」「ない」という存在自体も定まらなくなる。

※

Newton, ``宇宙は本当に無から生まれたのか,’’Mar.2013, pp.24-25, ニュートンプレス

可視物質

ダークマター

ダークエネルギー

物質とエネルギーの比率物質：周期表に載っている元素 H, He, Li, Be,・・・

73%

4%

ダークマター：正体不明だが質量だけはある

暗黒エネルギー：重力に逆らって宇宙を膨張させる力正体不明

まとめて 物質 27%非物質 73%

ニュートン 銀河宇宙のふしぎ p.30 より

偶然？ 人間の脳も 3-5% しか使われていない。（他の部分は用途が未解明のまま）

？

？ ？

？？ ？

20

23%

次元と歪みについて

オープンキャンパス “数学科橋本先生の一般教育家がわかるコーナー,” 第42回電波祭，配布資料より

21

【例1】 立方体を紙（2次元）に描くと、2面は正方形にできても、残り4面は平行四辺形（正方形の歪み版）になってしまう。4次元図形を3次元に投影すると同じ現象が起こる。【例2】 ジェットコースターの設計は2次元では破たん（交差できない）するが、3次元なら問題ない（ねじれ交差が可能）。超ひもは10次元で解決している。

http://faculty.ms.u-tokyo.ac.jp/users/dim_jp/

次元と大きさ

久保田，五日市, ``磁力の科学 (おもしろサイエンス),’’ p.113, 日刊工業新聞社

22

1次元に2次元極限まで丸めると

同じようにして考えると・・・(1) 1次元の線を と2次元平面ができる（上の例の逆操作）。(2) 3次元立方体を と2次元平面ができる（やってみて）。(3) ならば・・・3次元立方体を と4次元図形ができる？はず。

1r

1r

なら次元が上がるほど になる。

なら次元が上がるほど になる。

次元が高くなるほど、小さいものはいよいよ見えなくなり、大きいものはその全体像がより捉えにくくなる

※ 数学では線の太さや点の大きさは定義しません（そのような約束です）

3次元

2r343

r4r5r円

の面積球

の体積超球

の体積超球

の体積

12 r円

の周囲

0次元に

高次元を理解することが困難な理由23

Dimensionsホームページより http://faculty.ms.u-tokyo.ac.jp/users/dim_jp/

2次元の世界（平面世界）では，平面しか認識できないので，平面断面情報のみから3次元全体像を推定するのは困難（同じ立体図形は無限にある）。同様に，3次元の世界（立体世界）から4次元図形の全体像を推定することは困難。超ひも理論では10次元まで同じような説明が続く。

2次元平面世界に棲んでいるトカゲ（3次元は理解不能）

４つの力の上位互換性24

久保田、五日市 ``磁力の科学’’ p.109, B&Tブックス 日刊工業新聞社

（最上位バージョン）・・・未完成

・・・未完成

（電弱理論）

一般相対性理論

４つの力の正体

G太陽

地球

重力

到達距離に限りがなくすべての素粒子にはたらく

ud u

陽子e

γ

電磁気力

電子

到達距離に限りがなく電荷を有する素粒子にはたらく

中性子

ud u

陽子

dd u

W

e

ve弱い力

ベータ崩壊

クォークやレプトンにはたらく、微弱な力

u

du

g

gg

強い力

クォーク同士を結び付けている強い力

陽子

宇宙のしくみ 新星出版社 p.167 より

25

（陽）（陰）

（陰）（陽）

（陰）

（陽）

（陽）

（1/3陰）

（2/3陽）

（2/3陽）

陰が大きすぎると陽（中心）がふらつく （例：ハンマー投げ）

４つの力は医学と似ている？

・・・ ・・・

究極の医療

内科の範囲

いつ? 物質的非物質的

物理学心理学

身体内科

意識心療内科

総合診療科

身体皮膚科

身体外科

輸血学

細菌学

ウィルス学免疫学

神経学精神衛生学

病理学

薬学

麻酔学 医療機器学

緩和ケア学

看護学

遺伝学

分子生物学

放射線学

耳 鼻科

眼科

心理学

26

東洋医学

それは他の科へ行って下さい。今日はお薬を出しますので様子を見ましょう・・・

口舌歯科

プラシーボ55%の法則

末端の現象を五感（眼耳鼻舌身）で個別に詳しく見ても本当のことはよく分からない ノーシーボ 栄養学

４つの力の利用例

G太陽

地球

重力

ud u

陽子電磁気力

中性子

ud u

陽子

dd u

W

e

ve弱い力

ベータ崩壊

u

du

g

gg

強い力陽子

現代科学では制御不可

現代科学では制御不可

インターネット

通信

宇宙のしくみ 新星出版社 p.167 より

原爆

原発 ICBM

eγ 電子

レーザー兵器（ICBM迎撃）

（陽）

（陰）

（陽?）

（陰）

27

巨神兵オーマ

４つの力 実は元々同一

宇宙のしくみ 新星出版社 p.171,

宇宙創生（時間も空間も存在しない）

時間

空間

原子核形成

（対生成）

Newton 宇宙史137億年の大事件ファイル p.15, p.22, p38 より引用

質量とスピンが等しく、電荷が正負逆

粒子

反粒子

300Kで27℃

28

場または界 (Field) とは？場 (Field)

特定のルール＝秩序・法則）が適用される時空間

野球場サッカー場

2次元

3次元

29

問：ルールを知らなかったり，破ったりしたらどうなりますか？TPO (Time, Place, Occasion) : 時と場所と場合(条件)を弁える，郷に入れば郷に従え，とは？

サッカールール サッカーボール 11人制 前後半制 ハンド オフサイド PK CK ゴールポスト 観戦マナー

野球ルール 野球ボール 9人制 9回表裏制 デッドボール フォアボール スリーアウト 観戦マナー

芸能界

海 山畑・陸

交通 学校 社会

空

電磁気学法則間の上位互換性30

20

1 ˆ4e

QqF rr

クーロンの法則

02

ˆ4

Idl rdBr

ビオ-サバールの法則

0C

E dl

保存場の性質（エネルギー保存則）

CH dl I

アンペアの法則

一般化（拡張） 一般化（拡張）

マクスウェルの方程式 （電磁気学の最上位バージョン※）

静電界の基本方程式

静磁界の基本方程式

※ 上位の法則に行くほど、より一般化されて抽象的になるため難しくなるが、様々な応用ができるようになる。逆に、下位の法則ほど具体的で簡単だが、そのままでは応用されにくい。

上位互換とは・・・Windows XPで動くソフトウェアは、Windows 7でも使えるイメージ

S

B d st

変位磁束

S

D d st

変位電流

一般化（変形） 一般化（変形）

SD d s Q

ガウスの法則

0S

B d s

磁気ガウスの法則

C S

BE dl d st

C S

DH dl J d st

アンペア-マクスウェルの法則ファラデーの法則

1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000

電磁気学の偉人マップ31

ヘルツ 1857-1894 (37)

マクスウェル 1831-1879 (48)

アンペール 1775-1836 (61)

ビオ 1774-1862 (88)

クーロン 1736-1806 (70)

キャベンディッシュ 1731-1810 (79)

ファラデー 1791-1867 (76)

フレミング 1849-1945 (96)

フランクリン 1706-1790 (84)

ミリカン 1868-1953 (85)

エルステッド 1777-1851 (74)

ガウス 1777-1855 (78)

ギルバート 1544-1603 (59)

ローレンツ 1853-1928 (75)

ヘンリー 1797-1878 (81)

サバール 1791-1841 (50)オーム 1789-1854 (65)

レンツ 1804-1865 (61)

テスラ 1856-1943 (87)

キルヒホッフ 1824-1887 (63)

ボルタ 1745-1827 (82)

デュ・フェ 1698-1739 (41)

平賀源内 1728-1780 (52)

C S

BE dl dst

C S

DH dl J dst

0S

B ds

SD ds Q

191.60217733 10 [C]e

82.99792458 10 [m/s]c

E IR

QCV

LI

F I Bl

E v B

20

1 ˆ4e

QqF rr

lRS

dQIdt

0

2

ˆ4

Idl rdBr

どんな偉人も先達の努力・知恵・発見を利用させてもらっている

mF q v B

ローレンツ力

素電荷

光速

クーロンの法則

ビオ-サバールの法則

アンペア-マクスウェルの法則

ファラデーの法則

ガウスの法則

フレミング左手則

フレミング右手則

オームの法則

ミクロの観察/観測

マクロの観察/観測

※知恵はバトンリレーのように繋がって行く・・・

宗教・外交・貿易制限 （いわゆる鎖国）1639 1854

32

世の中は法則（秩序・ルール）

熱力学第零法則熱力学第１法則（エネルギー保存の法則）熱力学第２法則（エネルギー移動の方向性）熱力学第３法則熱伝導の法則エントロピー増大の法則レイリー・ジーンズの法則シュテファン＝ボルツマンの法則

オームの法則ジュールの法則キルヒホッフの第１法則（電流則）キルヒホッフの第２法則（電圧則）

ブラッグの法則スネルの法則キュリーの法則ヴィーデマン＝フランツ則ランベルト・ベールの法則 ・・・

http://ja.wikipedia.org/wiki/物理法則

万有引力の法則運動の第１法則（慣性の法則）運動の第２法則（ニュートンの法則）運動の第３法則（作用・反作用の法則）ハッブルの法則フックの法則ベルヌーイの法則ケプラーの法則ティティウス・ボーデの法則質量保存の法則運動量保存の法則角運動量保存の法則・・・

ヴィーンの放射法則プランクの法則ボイル＝シャルルの法則ドルトンの法則デュロン＝プティの法則フィックの法則ポアソンの法則ヘンリーの法則・・・

アボガドロの法則親和性の法則崩壊の法則パレートの法則ハインリッヒの法則 ・・・ 法則は目に見えず、耳に聞こえず、肌で感じられず、

鼻にも臭わず、味を持つ物でもありません

同じ力でも重いほど加速が鈍る

止めない限り動き続ける

押したら押し返される

ma F

電磁気学で扱う範囲はタッタのこれだけ

似たものは互いに引付けあう

33

一次宇宙線 （超高エネルギー）Primary cosmic ray

Secondary cosmic ray二次宇宙線

http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/about/cosmicray.html より引用編集

大気原子核Nucleus

高度 15 km

解体・分解

変異・分解老化DNAの

損傷・切断

陽子 90%α粒子 8%

重粒子 1%

γ線電子，陽電子

大気シャワー現象

マクロミクロ美容形成

自然界の系は、無秩序さの度合いが増す方向に進む傾向をもつ（相対的に秩序の高い状態から秩序の低い状態へ状態を推移する）

無秩序さ（エントロピー）増大の法則

崩壊の定め

無秩序さの例

気体分子はびんから出て行き，逆は起こらない（覆水盆に帰らず）

捕食・分解

地殻変動・地震・大津波

恒星寿命・巨大隕石・小惑星

Hewitt, ``エネルギー’’ p.101, 共立出版, 1997.

老化防止

t [s]

Entropy

国立天文台などの国際研究チームが、超巨大ブラックホールの周りを取り巻く磁場の様子を初めて観測することに成功したと、米科学誌サイエンスに発表した。磁場がからまったスパゲティのような構造をしており、謎の多いブラックホールの解明に期待がかかる。

研究チームは、米国内の電波望遠鏡を使い、銀河系の中心にあり、地球から約２万５０００光年離れたブラックホール「いて座Ａスター」を観測した。このブラックホールは直径約２６００万キロあり、太陽の約４００万個分の質量を持つ。

超巨大ブラックホールでは、猛烈な勢いでガス（荷電粒子を含む）が放出される「ジェット」と呼ばれる現象が観測され、ジェットの生成に磁場がかかわっていると考えられているが、その様子は分かっていなかった。

観測によって、ブラックホールの半径の６倍程度の範囲に発生する磁場が詳細にとらえられ、スパゲティのようにからまった複雑な構造であることが分かった。国立天文台の本間希樹（まれき）教授（電波天文学）は「この観測技術を応用し、ブラックホールの直接観測にも挑みたい」と話す。【久野華代】

ブラックホールを取り巻く磁場34

引用先： 毎日新聞12月10日(木)10時41分配信

ブラックホールの周囲を複雑な磁力線が取り巻いて磁場を形成するイメージ図＝米ハーバード・スミソニアン天体物理学センター提供

C S

DH dl J dst

アンペア-マクスウェルの法則 Electromagnetic field

閉路Cに沿って磁界を一周積分すると、閉路内部に含まれる電束の時間変化と伝導電流に等しい。簡単に言えば・・・電流が流れていると，その周囲には渦状に磁場が発生する。

I

H

C

S D

重力波の初観測35

引用先：毎日新聞 2016年2月12日 00時46分（最終更新 2月12日 11時58分）

一般相対性理論の正しさを改めて裏付け物理学者のアインシュタインが１００年前に

予言した「重力波」を探索している米マサチューセッツ工科大など米国を中心とした国際研究チーム「ＬＩＧＯ（ライゴ）」は１２日未明、宇宙からやってきた重力波を初めて直接観測することに成功したと発表した。重力波の存在を予言した。アインシュタインの一般相対性理論を裏付けると共に、宇宙誕生のなぞや、光や電波では観測できない天体現象の解明に期待がかかる。重力波は、ブラックホールなど質量の非常に大きな物体が動く際、周りの時空がゆがみ、そのゆがみが波のように伝わる現象だ。アインシュタインが１９１５〜１６年に発表した一般相対性理論に基づき予言した。この理論は、宇宙の膨張やブラックホールの存在を示す数多くの観測などから正しさが確かめられてきたが、重力波による時空のゆがみは極めて小さいため、観測に成功した例はこれまでなかった。

霧箱による放射線の可視化36

http://www.kiribako-rado.co.jp/radotop.html

宇宙線

α線

（He原子核：＋帯電） （電子：－帯電）

http://www.miraikan.jst.go.jp/sp/case311/home/docs/radioactivity/1104160989/index.html

「霧箱」とは・・・アルコール蒸気を入れて冷却した箱で、ちょっとした刺激によって霧が発生します。放射線がこの箱の中を通ると、通った跡に霧ができるので、普段は目にみえない放射線（主にα線とβ線や宇宙線）を確認できます。

1897 チャールズ・ウィルソン

スコットランド物理学者

４D２Uプロジェクト

http://4d2u.nao.ac.jp/

37

宇宙の大規模構造

渦巻銀河の形成

銀河の衝突

月の誕生

宇宙の大規模構造

00:02:50

基本となるモデル Λ-dominated Cold Dark Matter Model

計算目的 銀河の分布および統計的性質の再現

計算モデル

計算手法：重力計算（AMR-PM法）銀河形成（準解析的モデル）

計算に使用した粒子数：1.3x108 個

初期条件：一様＋ΛCDMモデルに基づく微小な揺らぎ

VPP-5000（スパコン）使用した計算機

時間スケール

空間スケール

およそ137億年

およそ3億光年

計算した人 矢作日出樹（国立天文台）、長島雅裕（京大）

計算に使用したメッシュ数：512 x 512 x 512 + 階層格子

境界条件：周期境界条件

http://4d2u.nao.ac.jp/

38

渦巻銀河の形成

http://4d2u.nao.ac.jp/ より引用

00:02:00

基本となるモデル Standard Cold Dark Matter Model

計算目的

・銀河系形成過程の解明

・銀河と銀河中心および、銀河中心の超巨大ブラックホールの共成長・球状星団の起源

計算モデル

計算手法：重力計算（TREE-GRAPE法）ガス相互作用（SPH法）、放射冷却、星形成

計算に使用した粒子数：ダークマター：106 個（非表示）、バリオン：106 個

初期条件：SCDM

GRAPE-5（スパコン）使用した計算機

時間スケール

空間スケール

およそ135億年 （数千万年を1秒に凝縮）

およそ30万光年 （天の川銀河の3倍）

計算した人 斎藤貴之（国立天文台）

39

銀河の衝突基本となるモデル

計算目的

計算モデル

計算手法：重力計算（TREE-GRAPE法）ガス相互作用（SPH法）、放射冷却、超新星爆発

計算に使用した粒子数：ダークマター：3x107 個（非表示）、バリオン：2x106 個

GRAPE-7, Cray XT4（スパコン）使用した計算機

時間スケール

空間スケール

10億年

およそ50万光年 （天の川銀河の5倍）

計算した人

00:02:09

・銀河衝突によるスターバースト・星団形成過程の解明

斎藤貴之（国立天文台）

40

http://4d2u.nao.ac.jp/ より引用

地球型惑星の形成基本となるモデル 京都モデル

計算目的 微惑星から地球型惑星の形成

計算モデル

計算手法：重力多体シミュレーション＋完全合体

計算に使用した粒子数：1x106 個 ～ 3x104 個

初期条件： SCDM

GRAPE-6（スパコン）使用した計算機

時間スケール

空間スケール

およそ100万年

1天文単位 （地球と太陽の距離）

計算した人惑星形成： 小久保英一郎（国立天文台）巨大衝突： 玄田英典（東京工業大学）

00:04:58

41

http://4d2u.nao.ac.jp/ より引用

月の誕生基本となるモデル 巨大衝突説（ジャイアントインパクト説）

計算目的 巨大衝突による原始月円盤形成

計算モデル計算手法： 重力計算+SPH（ポリトロープ）

計算に使用した粒子数： 6x104 個

時間スケール

空間スケール

数日

地球半径の4-5倍

計算した人 Robin M. Canup (Southwest Research Institute)

計算目的 原始月円盤からの月集積

計算モデル

計算手法： 重力計算(GRAPE) + Rubble Pile

計算に使用した粒子数： 1x105 個

時間スケール

空間スケール

1ヶ月

地球半径の4-5倍

計算した人

初期条件： 全質量をロッシュ半径内に配置

武田隆顕（国立天文台）

00:03:17

http://4d2u.nao.ac.jp/ より引用

42

捕獲説もある

地球型惑星の探索現状【ワシントン＝勝田敏彦】地球とほぼ同じ大きさで、地球型生命の存在に欠かせない液体の水が存在する可能性がある惑星５つが、米航空宇宙局（ＮＡＳＡ）の太陽系外惑星探し専用衛星ケプラーの観測で見つかった。ＮＡＳＡが２日発表した。ケプラーは、はくちょう座と隣のこと座の方向にある銀河系内の恒星約１５万６千個を観測。これまで１２３５個の惑星候補を発見し、うち５４個は、公転している恒星までの距離がちょうどよくて液体の水が存在できそうな温度だと推定された。さらにうち５個は半径が地球の０．９～２倍で、木星のような巨大ガス惑星ではなく地球に似た岩石惑星である可能性が高い。

地球に近い環境を持つと思われる系外惑星としては、地球から約２０光年離れたグリーゼ５８１と呼ばれる恒星を公転しているものが地上の望遠鏡で見つかっているが、今回の発見と、ケプラーが全天の４００分の１の領域しか観測していないことを考えると、実際にはかなりあるらしい。（2011年2月3日14時25分 asahi.com より引用）

(2011年12月6日 asahi.comより引用)(2011年5月18日 asahi.comより引用)

43

地球から６００光年の距離にある「ケプラー２２ｂ」。大きさは地球の２．４倍で、温度は２２度と推定される。

地球から２０光年の距離にある「グリーゼ５８１ｄ」。質量は地球の７倍ほど。

44

こと ⇔ ことその鍵の候補が「 」を解明することにあるという説が有力。ミクロの世界をさらに解明することで，我々が電磁波（光）で見ることができなかった3次元物質以外や高次元の世界を，将来は科学で証明できる可能性もある。今から

。現在でも普段意識しないが太陽が地球の周りを回っているという錯覚を我々は日頃体感している。

は，アインシュタインの相対性理論が既に証明しており100年後に実測されている。現科学はまだ途上だから現科学で観察できる認識・知識（我々の常識）も途上である。スピード重視の時代，日常何事につけても常に

してゆく姿勢が増々重要となることは明らか。問１：月をなぜつきと呼ぶようになったのか？「つ」は丸い，「き」は奇妙という古事記以前の日本語源から。（満ち欠けする理由が当時の日本人には分かっていなかったため）

問２：謙虚の語源は？へりくだる。先入観・固定観念をもたずに空っぽで相手を見る。

まとめ

虚心坦懐