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[宇宙の不思議・いのちの不思議] 第5号

[宇宙の不思議・いのちの不思議] 第5号

第1章 宇宙の不思議

[1-4] 宇宙の姿

1.銀河団

(1)宇宙には多数の銀河が浮かんでいますが、単独で存在する銀河はむしろ少なく、多くは複数の銀河が集まって「銀河群」(数個~数10個の集まり)や、更に多数の銀河が集合して「銀河団」(50個~数千個の銀河の集まり)を構成しているようです。

(2)「銀河群」や「銀河団」、そして所属する内部の各銀河はバラバラにならずに集団を維持しています。


<注目!>

「銀河」や「銀河群」や「銀河団」が、バラバラにならずに集団を維持できるのは、重力の作用と考えられてきました。しかし近年になって、それらに含まれる物質の質量だけでは大幅に重量が不足しているため、集団を維持できないことが解ってきました。
宇宙空間には我々が知っている素粒子や原子や分子だけでなく、未知の物質が拡がっており、その重力によって、銀河や銀河団が維持されているようです。
未知の物質なので、ダークマター(あるいは暗黒物質)と呼ばれています。その重量は、既知の物質の総重量の5倍程度と見積られています。
「ダークマター」については後述いたします。


2.宇宙の大規模構造


(1)宇宙を外側から巨視的に眺めると、星や銀河団の分布は一様ではなく、粗密のマダラ模様になっているようです。あるいは、立体的な編み目模様のようになっているようです。

(2)石鹸水を泡立てると、無数の泡ができます。泡の内部は空っぽであり、石鹸液は膜の表面や、膜と膜が合わさる接続部分に密に集中しています。

(3)星や銀河団の分布は、泡の石鹸液のある位置にほとんどが分布しており、泡の空気に相当する部分にはあまり存在していません。そんなことから、宇宙は「泡構造」になっていると言われることもあります。

(4)そしてこの構造は宇宙のどの方角を向いても同様な等質な構造になっています。
これらを宇宙の「大規模構造」と呼んでいます。


3.宇宙の膨張

(1)1929年「ハッブル」らによって、次の重要な事実が発見されました。

◎全ての銀河は互いに遠ざかっている。
◎遠くの銀河になればなるほど遠ざかる速度が大きくなっている。

(2)これは、宇宙全体が一様に膨張していることを示しています。宇宙すなわち空間そのものが膨張するため、個々の銀河は空間の拡張にしたがって結果的に遠ざかってしまうのです。
 
(3)「宇宙は膨張している!」 世界に衝撃が走りました。宇宙は定常状態を維持するので、膨張したり縮小したりはしないと考えていたアインシュタインは、自ら作った相対性理論の方程式を一部修正しました。


4.宇宙の加速度的な膨張

(1)20世紀前半のハッブルらの発見以来、宇宙が膨張していることは知られていました。ところが近年になって驚くべき事実が判明しました。遠方の銀河を精密に観測することによって、宇宙の膨張は加速度的にますます膨張していることが判りました。そして異なる他の方法で調べても、やはり宇宙は加速度的に膨張していることが判りました。1998年、わずか10数年前のことです。

(2)それまでは、宇宙は膨張していても次第に膨張速度が弱まり、やがて平衡するか、あるいは緩やかな収縮に向かうのでは、と考えられていました。ところが宇宙が膨張する速度は、年月の経過とともに大きくなっているわけです。

(3)宇宙が加速度的に膨張している事実を説明するためには、未知の巨大なエネルギーが宇宙に隠れていることを想定せざるを得なくなります。未知のエネルギーのため「ダークエネルギー」(あるいは暗黒エネルギー)と呼ばれていますが、その正体は全く謎の状態です。
「ダークエネルギー」については後述いたします。
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by jiriki-tachikawa | 2014-02-27 14:19 | 不思議メールマガジン

[宇宙の不思議・いのちの不思議] 第4号


[宇宙の不思議・いのちの不思議] 第4号

第1章 宇宙の不思議

[1-2] 銀河の姿

(1)太陽系は「天の川銀河」に属しています。  
天の川銀河は、1000億個以上の恒星と星雲が集まった巨大な天体です。単に「銀河系」と呼ぶこともあります。

(2)外側から見ると、渦巻き模様をもつ美しい円盤状の天体です。太陽系は天の川銀河の中心ではなく、むしろ外縁寄りに位置しています。

(3)天の川銀河の直径は10万光年、厚さは周辺部で0.2万光年、中心部で1.5万光年と言われています。目玉焼きのように中央部が丸く盛り上がり星々が密集しています。

(4)渦巻き模様は、恒星や星雲の密度の濃淡で描き出されています。天の川銀河の中心部や渦巻きの腕の部分には、新しい星が今なお活発に生まれている場所があります。

(5)地上から肉眼で見える星の多くは天の川銀河に所属している星々です。太陽系自身が天の川銀河の一部であり地球からの距離が近いからです。

(6)地上から見ると天の川が星空を大きく横切って流れているように見えますが、最近になってようやくその全体像が分かりつつある段階です。そして細部については解らないことが沢山あるようです。なお、天の川銀河の中心には巨大なブラックホールが存在することが解ってきています。

(7)天の川銀河の外側に別の銀河があることが判ったのは1923年です。アンドロメダ銀河はそれまで銀河系の内部にあると思われていましたが、天の川銀河の外側にあることが判りました。太陽からアンドロメダ銀河までの距離は、約230万光年です。

(8)それ以降、宇宙には銀河が数え切れないほど多数存在していることが判ってきました。そして天の川銀河はそれらの中でも典型的な(平均的な)銀河と考えて良いようです。もちろん銀河の大きさや形はさまざまです。
天の川銀河の100倍以上の大きな銀河もあるし、100分の1以下の銀河もあります。形も、渦巻き状や楕円体やレンズ状や不規則な形まで様々です。

(9)銀河が宇宙にどのくらい存在するのかはよく判っていません。しかし少なくとも1000億個以上の銀河が存在すると推測されているようです。


<注目!>

(1)太陽から天の川銀河の中心までの距離は2万6000光年です。太陽から一番近い恒星は、ケンタウルス座のプロキシマ星でわずか4.2光年、また全天で最も明るく輝いているシリウスは8.6光年です。太陽から100光年以内には約2500個の恒星があるようです。近いですからもちろん銀河系の恒星たちです。

(2)一方、太陽から見て遠い天体は、数億光年から数十億光年離れたものも多く、100億光年以上の遠い天体もあります。当然ですが、100億光離れた天体の光は、100億年前の天体の状態を示しています。
ちなみに、宇宙の年齢は138億歳です。


[1-3] 銀河のなりたち

恒星の誕生、惑星の誕生、銀河の誕生、銀河同士の衝突・成長、これらは全て重力の働きによって、物質同士が引き合って集まる作用が原動力になっています。


1.恒星の誕生

(1)宇宙空間には、希薄ながらガスやチリなどの星間物質が漂っています。これらの拡がりは一様ではなくムラがあるため、濃い部分は重力作用で収縮し、周りから他のガスやチリを集めて次第に濃度、密度が大きくなっていきます。

(2)数千万年という長い時間の経過とともに凝集が進み、密度が高くなり、内部温度が上昇してくると、高温のため光を発するようになって「原始星」になります。そして更に大きく成長して、内部温度が超高温になると核融合反応が始まり「恒星」として明るく永く輝き始めます。

2.惑星の誕生

原始太陽ができるときは、同時にその周囲にガスとチリが円盤状に集まっていることが多いようです。この円盤状に拡がるガスとチリが次第に凝集して、衝突と合体を繰り返して大きくなっていきます。まず微惑星になり、これらが衝突と合体を繰り返して原始惑星になり、さらに大きくなって惑星に成長していきます。これも重力による引力の作用に基づいています。

3.銀河の誕生

ガスやチリなどの星間物質が大量にあり、かつ広範に拡がっている場合は、同時並行的に複数の恒星が誕生し、それらがお互いに作用しあってバラバラでなく集団で行動するようになります。そしてそれらが複数集まることで次第に銀河が形成されていくようです。

4.銀河の成長

宇宙空間に多数の銀河が浮遊するようになると、銀河同志が近い場合、お互いに重力を作用し合って次第に銀河が接近し衝突するようになります。銀河が衝突・合体を繰り返し、形や大きさも変えて成長・変化していきます。


<注目!>

(1)我々の天の川銀河とアンドロメダ銀河の間はとても近く、その距離は230万光年です。お互いに重力を作用し合って今も接近を続けています。その接近速度は秒速275Kmという猛速度ですから、いずれは衝突するようです。
ただし数十億年後のことです。ご安心を!

(2)宇宙では、銀河どうしの衝突が頻繁に起きているようです。ただし、銀河が衝突しても、個々の恒星や惑星が直接衝突する可能性は小さいようです。銀河の内側はほとんどが空間であり、スカスカ状態のためです。しかし全体としての銀河の形、姿は重力の相互作用によって大きく変化します。
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by jiriki-tachikawa | 2014-02-27 14:13 | 不思議メールマガジン

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