最新・月の科学

著者：渡部　潤一、　発行：ＮＨＫブックス
　アポロ計画で持ち帰られた月の岩石を調べたところ、月は地球の年齢と同じくらい古いことが分かった。人類が地球上でもっている月資料のうち、アポロ回収試料は４００キログラム。月隕石は１００個で３４キログラムである。月隕石は南極や砂漠で次々に発見されている。水分子はおろか、鉱物構成要素レベルで水（ＯＨ基）もまったくなかった。地球上では生成し得ない岩石・鉱物ばかりが見つかった。月は、非常に高温の過程を経たようだ。
　月は、地球の直径の４分の１、体積の５０分の１、質量にして８０分の１である。地球よりずっと早く冷え切ってしまい、大気がないので地球のような風化・侵食も起きず、大昔の情報をそのまま保持している、化石のような天体だ。ところが実は、月にも希薄な大気がある。といっても、大気圧が地球の１０京分の１（１０の１７乗分の１）、１立方センチ当たりナトリウム原子が７０個、カリウム原子が１７個、という希薄さである。これは、超高真空環境に相当する。
　月は地球に表だけを見せながら公転している。月の自転周期が地球を周回する公転周期と一致しているためである。月の表側は裏側に比べて、やや重くなっている。月は、そのお尻を地球に向けて、安定した状態になった末に、そのまま止まってしまったのだ。
　昔の地球は、今よりずっと早く回っていて、月も地球にずっと近いところを回っていた。だから、数億年前の古代史には、地球の１年は３６５日ではなく、４００日前後だった。
　月は、火星級の原始惑星が原始地球をこするように衝突したことで、両者の一部が飛び散って月になったもの。これをジャイアント・インパクト説と呼び、現在の有力説だ。ただし、検証できないという弱点をもつ。
　月の表面は、我が家のベランダから望遠鏡で見ることができます。いかにも静かな砂漠地帯を見ている気になります。そんな月にも、もちろん生成の歴史があったわけですし、地球とのかかわりも面白いものです。
　私たちの身近な天体である月について、少しだけ認識を深めることができました。　
（２００８年６月刊。１０７０円＋税）

見えない宇宙

著者：ダン・フーバー、　発行：日経ＢＰ社

　とても暗い、あるいは見えない物質が宇宙の質量の大部分をなしていることが確認されている。それをダークマターという。このそれをダークマターという。このダークマターは、ほとんどの銀河をおおよそ球状の雲の形で取り囲んでいる。
　星は静的な物体ではない。星は長い時間にわたって変化し、進化する。中性子星は、普通の星よりとても重いだけでなく、かなりの速さで自転している。太陽は１年間に１３回自転する。これに対して、中性子星は毎秒数百回ないし数千回も回転している。
　電子は、ある場所で、また、ある時刻でのはっきりと定まった物体として考えることはできない。電子は「存在の雲」のような波としてあり、その波は空間と時間にぼんやりとした広がりをもっている。粒子波が正確な位置と正確な速度の両方をもつことは不可能なのである。
　ニュートリノは、ただの一度も物質と相互作用することなく、まるでそこに地球がないかのように、地球全体を通り抜けることができる。光よりわずかに遅い速さで旅する何十億個というニュートリノが、人間の体を毎秒毎秒通り抜けている。が、人間は決してそれに気のつくことがない。
　宇宙が若く、非常に高温であったとき、たくさんのニュートリノが作られ、その多くが現在まで生き残ったと考えられる、現在の宇宙空間の１立方メートルあたりに平均して数百億個のニュートリノが過去の遺産として存在する。
　太陽で生み出されたニュートリノは、地表からスーパーＫの検出器までの１０００メートルの距離をたやすく移動できる。スーパーＫを通り抜ける１兆個のニュートリノのうち、およそ１個が水中の陽子または中性子と衝突する。
　太陽の中心部のダークマターの消滅は、ガンマ線、陽子、電子、反陽子、陽電子、ニュートリノの高エネルギー粒子を生み出す。しかし、太陽が高密度であるために、それらの粒子はどれも太陽から脱出することができない。唯一、ニュートリノだけが例外で、太陽から脱出することができる。
　通常のエネルギーや物質は、宇宙が重力によって引き寄せられる原因となるのに対して、ダークエネルギーの存在は、一種の反重力効果を持ち、宇宙を引き離す。ダークエネルギーは、薄まることがない。宇宙が膨張すると、物質や電磁放射線の密度は低くなる。宇宙が膨張して体積が２倍になれば、ダークマターを含む物質の密度は半分に減少する。一方、ダークエネルギーの密度は一定のまま変わらない。現在の１立方メートルの空間が持っているダークエネルギーの大きさは、１０年前の宇宙の１立方メートルの中にあるダークエネルギーの大きさと同じである。
　宇宙が膨張し、物質の密度が減少したため、ダークエネルギーは次第に重要な役割を果たし始めた。宇宙がますます多くのダークエネルギーをもつにつれて、膨張速度が加速に転じた。数十億年前、ダークエネルギーの密度は、我々の宇宙の物質の密度を追い越し、支配的な成分となった。現在、宇宙のエネルギーの３分の２以上が、この奇妙な形をとっている。時間がたつにつれて私たちの世界の物質の密度はますます低くなっていく。宇宙の運命とは、最後はダークエネルギーしか残らないところにまで、ますます加速膨張することだと考えられている。
　宇宙の物質とエネルギーの総密度は、宇宙の臨海密度と１〜２％の精度で等しい。私たちの宇宙は平坦であるか、あるいは非常にそれに近い。しかし、この質量とエネルギーの７０％は物質の形であるのではなく、ダークエネルギーである。残りの３０％のほとんどはダークマターである。宇宙の物質とエネルギーの全体のわずか４％が原始の形で存在する。私たちに見えている世界は、宇宙の密度全体のわずか２０分の１未満でできている。
　ダークエネルギーとダークマターの組み合わせが支配的な宇宙に我々は住んでいるというのが、今のコンセンサスである。　
　このように、宇宙の話はなんだかスケールが大きすぎて、なんだか分かったようなわからないような話でしたが、たまには気宇壮大な話にふれるのもいいことですよね。

（２００８年９月刊。２２００円＋税）

「絶対帰還」

著者：クリス・ジョーンズ、　発行：光文社

　人間にとっての宇宙飛行の危険な実情をいまさらながら知ることができます。アメリカの宇宙ステーションの危機を救ったのが、人命尊重第一のロシアの宇宙船だったという話は笑えない現実です。アメリカの人道主義も意外に底が浅いんですね。
スペースシャトルの８５％が燃料である。液体酸素５４万リットルと液体水素１４万リットルが入っている。これらがエンジン点火と同時に二つの予備燃焼室で混合されて高圧ガスを発生させ、シャトルの３基の主エンジンに燃料を供給するターボポンプを駆動する。その後、ガスは主燃焼室で燃やされ、その温度は３３１６度にまで達する。
　宇宙服が明るいオレンジ色をしているのは、万一の場合に備えてのこと。オレンジ色は目立つので、海に落下したときに宇宙飛行士（またはその遺体）を発見しやすい。
　スペースシャトルの飛行士は、まずフライト用おむつと上下つなぎの長い下着を着用する。その上に完全防水耐寒スーツ（与圧服）、パラシュート、ハーネス、浮揚装置のついたスーツを着る。
　ソ連の宇宙飛行士は、アメリカの飛行士と違って、飛行中におむつを着用するのを断固拒否した。おむつをあてられるより、打ち上げ前の数日間絶食をして、氷水の浣腸を受けた方がましだ。いやあ、す、すごーい、ことです。
　トイレに行くという行為は、宇宙旅行においては、元来つねに大きな危険を伴うものの一つである。男子の排尿は、ホースと吸引装置の助けがあれば容易だ。大変なのは、排便のほう。新人飛行士はまず間違いなく、やんちゃな排泄物を相手に悪戦苦闘させられる。地球周回軌道上における排便行為は、決して受動的運動ではない。
いやあ、これって想像するだけでも大変なことですよね。これを読んでいる人が食事中だったら申し訳ありませんが、狭い宇宙船内で「やんちゃな排泄物」と格闘させられるなんて、考えてみただけでゾっとしますよね。
宇宙飛行士は食べ物の味があまり感じられなくなる。無重力の影響による鬱血のため、体液が下に下がらず顔がはれたようになり、鼻づまりを起こしてしまう。
　しかし、宇宙ステーションに閉じ込められている宇宙飛行士にとって、食べ物の選択はきわめて重要だ。避けがたい身体的な衰弱と戦うためにも、食欲を失うわけにはいかない。選択肢は限られている。毎日、メニューに従って食事をこなしていくしかない。一日３食、一定の栄養が含まれた食事をとり、間食もたっぷり食べなければならない。厳選されたメニューを８日で一巡させるのが決まりである。やっぱり美味しいものを、バラエティーに富んで、ゆっくり味わいたいものですよね。
　眠るときには、枕に頭を縛り付ける。そうしないと枕の柔らかい感触が楽しめない。ときどき腕がひとりでに宙に浮いてしまい、まるで溺れかけている船乗りのようになってしまう。
　吐き気がおさまるまでに何日もかかる飛行士もいる。その間、ずっとフェネルガンという制吐剤を自分で注射し続けなければならない。うむむ、これも大変なことです。
　一掴みのアスピリンを口に放り込んで、足や背骨の痛みと戦う飛行士もいる。重力によって狭まっていた骨と骨との間隔が無重力状態では３センチも広がってしまうからだ。
　３１０日間、宇宙に滞在したソ連の宇宙飛行士は、毎日２時間、ランニングマシンで鍛錬を欠かさなかったのに、歩くことも立つこともできなくなっていた。椅子に座らされ、そのままテントに運ばれた。宇宙で、骨は急激に衰え始めるのだ。そ、そうなんですか。宇宙って、やはり苛酷な環境なんですね。
　ロシアのソユーズは、登場から４０年たった今でも現役の宇宙船として使われている。スペースシャトルよりかなり小さい機体だが、人員往復がその目的であるため、信頼は非常に高い。２００３年にアメリカの宇宙ステーションの３人の飛行士が地球に帰れなくなった時、救助で使われたのはこのロシアのソユーズだった。
　話があっちこっちに行きつ戻りつしますので、読みにくい本ですが、宇宙飛行士の置かれる大変厳しい状況がよく伝わってきます。私は宇宙飛行士になる勇気なんて、とてもとても、まったく持ち合わせていません。私なんか、我が家のベランダから望遠鏡で月世界を眺めるだけで十分です。　
　庭の秋明菊が少しピンクの入った真っ白で上品な花を咲かせています。
（２００８年７月刊。２３００円＋税）

宇宙の向こう側

横山　順一・竹内　薫　　青土社
　　ビッグバンは宇宙の始まりではない。ビッグバンには「前」がある。宇宙が始まって、何かものすごいことが起きてから、ようやく「ドカン」と宇宙は爆発した。
　量子力学の特徴は揺らぎというものがあること。ビッグバンは宇宙の中で起こるけれども、起こっていることは、私たちには見えない。それは私たちにはブラックホールが出来ているようにしか見えない。
　量子とは、「とびとびの値をとる」という意味。数値が連続してなめらかに変化していくのではなく、とびとびの値しかとらないということ。量子化された状態というのは、デジタル時計のようなもの。いろんな量が、とびとびの離散的な値しかとらない、その意味で、デジタル的な世界というのが量子力学の描く世界である。
　量子は状態を表すものであって、個性がない。
　量子力学の一番の特徴は、ある状態をぴたっと特定できないこと。例えば、ある粒子に着目したとき、その粒子が今どこにあるのか特定できない。もっとモヤモヤした状態でしか言えない。位置と速度を同時に決めることが出来ない。そんな不確定性関係にある。そのモヤモヤこそが、ある意味で、宇宙の全ての構造のもとになっている。
　いろんな宇宙がある。実は、近いところに別の宇宙がポーンとあるかもしれない。あるけれども、全然見えていない。
　私たちの見える範囲、差し渡し１４０億光年の宇宙というのは、非常に綺麗なかたちをしていて、つるつるで綺麗なもの。１４０億光年しか見えないからと言って、そこで宇宙が終わっているわけではない。もし１４０億光年離れたところまで行くことができれば、その先も見えるはず。しかし、行くことが出来ないのでそこから先は想像するしかない。端は、今みえている範囲の５００倍以上は遠くにあるだろう。
　２００億年経てば、あと２００億光年を見渡すことができるというように、時間が経てば見える範囲が広がる。しかし、そのあいだにも宇宙はどんどん膨張していくので、ぐしゃぐしゃな場所もさらに遠ざかっていってしまう。見えるようになるよりも遠ざかる（宇宙が膨張する）スピードのほうが速いので、追いつくことはできない。宇宙の果ては、恐らく、いくら時間をかけても見ることはできない。
　アインシュタインの理論では、地球があると、地球のまわりの空間が曲がる。
　現在、遠くにたくさんの銀河が見える。これらの銀河はどんどん遠ざかっていって、１０００億年もしたら、一個しか、つまり私たちの住む銀河しか見えなくなる。ほかの銀河は遠ざかって見えなくなってしまう。それだけ宇宙の膨張は速い。
　ただし、人類があと１０００億年もつのかどうか･･･。生命が誕生して３８億年というので、更にこれから１０００億年ももつのかどうか、ということだ。
　宇宙には、人間を構成しているバリオンとよばれる物質が４％、銀河の周りに目には見えないけれど重力を測ることによってあることが分かるダークマターが２２％、それ以外にダークエネルギーが７４％あることが分かっている。この宇宙全体で７割以上を占めるダークエネルギーが、つい最近まで、存在することすら分かっていなかったというのは、極めて面白いことだ。今、宇宙に関しては、ダークエネルギーが一番の課題。
　ううむ、宇宙のことはともかくスケールが大きいですね。人生わずか５０年と信長は桶狭間の合戦の前に歌ったそうですが、ここで登場するのは何億年というスケールなのです。まるで人間業ではありません。
　
（２００８年６月刊。１８００円＋税）

リーヴィット

著者：ジョージ・ジョンソン、出版社：ＷＡＶＥ出版
　宇宙を測る方法、というのがサブ・タイトルです。オビには、夜空の彼方にまたたく変光星の輝きから、宇宙の広さを解く鍵を見つけ出した女性。彼女は紡績工場と大差ない時給３０セントで働く天文台の一職員だった、と書かれています。
　リーヴィットはハーバード大学の天文台の職員として星の写真乾板を整理しているうちに、変光星を発見したのです。
　リーヴィットの仕事は、星の等級を測定し、記録する天体測光。長時間露出で星を撮影すると、明るい星ほどたくさんの乳剤の粒子に化学変化を起こし、乾板に大きな点となって写る。つまり、大きさが明るさを示す。
　リーヴィットは、変光星を探す調査を受けもった。違う時期に同じ夜空の場所を撮った２枚の乾板を重ねると、変化を起こしている星を見分けることができる。明るさが変わらないと、大きさも変わらないのでぴたり重なり、お互いを消しあって見えない。少しでも明るさが増している星は、点を縁どるリングの形で姿が残る。明るさが増した分だけ点が大きくなるからだ。
　リーヴィットは１９０４年、時を変えて撮影された小マゼラン星雲の写真乾板を比較して変光星を見つけた。翌年までに２５個の変光星を発見した。１９０８年には、マゼラン星雲の１７７７個の変光星という論文を発表した。そして、そのなかで、明るい変光星ほど長い変光周期をもつ事実を指摘した。
　これは、変光周期から星の本来の明るさを判断できるということ。そうすると、見かけの明るさと比較して、星までの距離を推定することが可能になる。星の変光周期を測定すれば、その値から絶対等級が分かる。絶対等級が分かれば、見かけの明るさと比べて、星までの距離も分かることになる。空間を進む光は逆２乗の法則にしたがって拡散減少するから、距離の差を２乗すれば、明るさの差が求められる。ほかの条件が同じだとすると、９分の１の明るさの光は、３倍の距離の場所にある。距離の測定結果が得られている近くの星雲を選んで全体を標準光源にし、真の明るさを推定して、遠くの星雲もほぼ同じ光量を放出しているはずだと仮定し、逆２乗の法則で距離の計算を行う。
　距離が遠ければ、赤方偏移は大きくなる。光は、旅する距離が長いほど、エネルギー低下が起きて波長が引き伸ばされ、スペクトルが赤の方向へ偏移は物差しになる。たとえ観測対象がどんなに遠くにあろうと、光さえとどいていれば距離を測れるということだ。
　うーん、ここらあたりは難しすぎて、私にはよく分かりません。
　プリズムをつかえば、地球にいながら、１億５千万キロの距離にある太陽の化学組織を判読できる。
　アンドロメダ銀河は２００万年光年の距離にあり、天の川の銀河の２倍の大きさであるらしい。もっとも大きな集団は２０００あまりの銀河をもつ乙女座銀河団だ。これら全体で直径２億光年、数千の銀河を有する局部超銀河団を形成している。私たちの天の川銀河はここに属する。銀河は、太陽系から１０億光年の範囲に限っても、数千万はあると考えられている。
　赤方偏移を利用して銀河や銀河団の後退速度を測定し、ハッブル定数で割って距離を算出する。視覚で確認されている宇宙は、１００億光年の彼方まで広がっている。しかし、１９２０年代まで、多くの天文学者は、宇宙には天の川銀河だけしかないと考えていた。
　分からないことだらけの本でしたが、宇宙の広大さと、それに人間が挑んでいることを知って、うれしくもなりました。たまに宇宙の本を読んで、気宇壮大になるのもいいことです。いつも、人間のちっぽけで、かつ、大きな悩みにつきあわされている身としては、とくにそう思います。
（２００７年１１月刊。２４００円＋税）