宇 宙 に つ い て
１．
太陽系
太陽を中心に９個の惑星とそれらの衛星、多くの小惑星、彗星、隕石、塵などからなっている。また惑星間空間は太陽風という電離ガス（プラズマ）に満たされている。
太陽自身が太陽系の質量の９９．９％を占め、残り０．１％の大部分を木星が占めている。太陽系内の天体は基本的に黄道面という同一平面内を同じ方向に太陽の周りを回っている。太陽と地球間の距離約１億５千万ｋｍが１天文単位であり、太陽から約１０天文単位に土星、２０，３０、４０天文単位に各々天王星、海王星、冥王星がある。ただし冥王星は軌道がひしゃげており最大距離は５０天文単位である。その倍の１００天文単位のところにもともと太陽系を作ったガスからできているといわれる彗星の巣がある。彗星も太陽の周りを公転している。
太陽系形成のシナリオ…昔から偉大な哲学者たちが考えてきた問題である。例えば カントーラプラスの星雲説では、高速回転する原始太陽が収縮する過程で赤道面に取 り残した回転円盤状のガスの中で、ガスがところどころ冷えて凝縮し惑星ができたと いう説である。一方、原始太陽が他の星と遭遇した際に相手の潮汐力で太陽のガスの 一部が剥ぎ取られ、そのようなガスが濃縮して惑となったという遭遇説もあった。現 在では、太陽系のような惑星系ができるのは一般的なことと見なされ、以下のような シナリオとなっている。収縮する星間雲のコアに原始星が誕生し、その原始星を取り 巻く回転ガス円盤（原始惑星系円盤）ができる。これはケプラーの円運動をしており 回転の遠心力と重力が釣り合った状態にある。星間ガスは水素とヘリウムを主成分と しそれより重い元素を約２％含んでいるが、回転ガス円盤も水素とヘリウムは気体に なっているが、それより重い元素は大部分は固体微粒子である塵になっている。塵は 時間がたつにつれて円盤の赤道面に沈殿していき、塵の層をつくる。密度が増大して いくと塵の層では自己重力が効いてきて、重力的に不安定となり層が分裂して幾つか の塊に成長する。塊は直径１０ｋｍ程度の固体の塊で、微惑星と呼ばれる。小惑星や 彗星の核は惑星までに成長できなかった微惑星であろうと考えられている。微惑星は お互い同士の衝突を繰り返し合体して大きな塊となる。それが重力的に周りの微惑星 を集めて一層大きくなり、原始惑星へと成長していく。地球型惑星は微惑星の衝突の 繰り返しで成長してきたものであり、木星型惑星は原始惑星がある程度に成長すると その重力により円盤中にある水素とヘリウムのガス成分を取り込んで濃い大気層をま とうようになる。このような大気層自身の質量が大きくなると、大気層は原始惑星に 陥没し、更にその外側に大気層を吸着して質量を増やしていく。
太陽系は太陽物理学と地球惑星物理学の研究領域である。
（１）太陽
半径約７０万キロ、地球の約１１０倍。質量は地球の３３万倍。平均密度は水の密 度の１．４倍（地球は平均密度５．５）。表面温度約５８００Ｋ。スペクトル型はＧ 型の矮星。年齢約４７億年、中心の水素の約半分を消費した主系列星。中心は、温度約１５００万度、水の密度の約１５０倍。水素の核融合反応が進行し ている理想気体の性質を示す。中心近傍で発生したエネルギーは放射によって運ばれ 表面から３割外では主に対流によって運ばれる。外層を表面対流層と呼ぶ。自転…まずは黒点が東から西へ移動することから。次いでスペクトル線のドップラ ー偏移から。差動回転…自転周期は赤道部分で２５日、極近くで約３０日、太陽がガ ス体であるため。赤道加速…自転角速度が赤道に近いほど速いこと。スペクトル…周知のように７色のスペクトルに分解できるのを発見したのはニュー トンだが、１９世紀にドイツのフラウンホーファーは太陽のスペクトルに種々の元素 に対応する吸収線（暗線）を見つけた。一番強い吸収線は柴外域にある電離カルシウ ムの線である。
太陽定数…地球の大気圏外で太陽に正対する面状での、放射エネルギーの総量。
１）太陽の表面およびその外層
１．光球（photosphere）
円盤状に見える太陽の縁。光球部分の大気の厚みは約３００キロ。太陽はガス球だ が、光球の厚みが小さいためにくっきりとした縁をもつように見える。太陽からのエ ネルギー放射は、光球面から温度約５８００Ｋの黒体放射の形で放射される。シーイングの良いときの撮影で、光球の表面全体に粒状班という米粒状の模様が見える。こ れは太陽大気の対流の上下運動の反映である。更にその３０倍もの超粒状班があり、 太陽磁場と対流の相互作用によって説明される。光球の輝度は中心で最も明るく周辺部に近づくにつれて減少しており、これを周辺減光と呼ぶ。これは放射伝達の研究に よって説明されている。光球の性質は、水素を主成分とする気体で、同心球状の構造 をもち、内側にいくほど温度が高い。温度６４３０Ｋをとると、気体の圧力と１平方ｍあたりの中性または電離した原子および電子の数から理想気体と見なしてもよい。
２．彩層
光球の外側に存在する、暑さ約２０００キロの薄い大気の層。皆既日食の際、月に おおわれて赤い色に輝いて見える。彩層のガスの温度は約７０００度から１万度。彩 層の温度は光球から離れるにつれて高くなり、１０^4Ｋ位から急激に上昇しコロナへと移っていく。水素のＨα線やカルシウムのＫ線が輝線として光っている。皆既日食 の時月の影より出現する直前、一瞬赤く見えるのは水素のＨα線の輝きである。彩層 の加熱機構の問題があるが、コロナの熱伝導がかなり有効である。
スピキュール
彩層にある垂直方向の流れ。針状で、超粒状班の線に沿って昇降している温度が１０^4Ｋ前後の気体のジェット流である。
３．コロナ
彩層の更に外層にある希薄な大気。皆既日食の際、真珠色に輝く冠。コロナの面輝 度は太陽光球のわずか１００万分の１。温度は約２００万度、密度が極端に低い電離 気体（プラズマ）で、太陽の光球からの光をコロナ中の自由電子が錯乱して輝いている。スペクトルを撮ると、太陽の光の錯乱だけではなくコロナ独自のスペクトル線が 観測される。例えば、コロナの輝線で一番強い線である緑色の線は、軌道電子を１３個も失った高階電離した鉄の輝線がある。鉄が１３階も電離するには１００万度以上の高温が必要である。なぜ、光球よりも高温になっているか、その加熱機構は、当初 音波による説明がなされていたが、１９７０年代になって、アメリカの有人人工衛星である「スカイラブ」でのＸ線によるコロナ観測で、コロナがループ状の磁場構造を 反映したものであり、加熱は磁場を介したものであることが明らかになった。ただこの説では更に磁場に伴う波であるアルベーン波による加熱説とフレアによる加熱説などいろいろな可能性が検討されている。
コロナの層
Ｅコロナ…光球に近い部分。上述の鉄など多数の電子を剥ぎ取られたイオン。
１９３９年から４０年にかけてドイツのグロトリアンとスウェーデンのエドレンガ見出した。１００万度前後の高温。
Ｋコロナ…Ｅコロナの外側。光球からの光が高速で運動する電子によって錯乱。
Ｆコロナ…Ｋコロナの外側。光球の光が塵（個体粒子）によって錯乱。更に、次第に太陽系の惑星間空間へと広がっている。
コロナの区分
コロナ活動域…光球上の双極型（β型）の黒点群や白班を含む強い磁場をもった領域である活動域、その領域の上にあるコロナの部分。相対的に高温であり、１００万〜５００万Ｋ。磁場はループ状である。
コロナホール…１０^6より低い温度。磁場は光球の単極の部分に足を置いている。
電離した気体が流出しやすく、秒速６５０km以上の速さの流れである。明るいコロナ領域は磁力線が閉じていて、そこに高温のプラズマが閉じこめられているのに対し、コロナホールでは磁力線が惑星間空間に開いていて、コロナのプラズマが惑星間空間に太陽風として流失しているところである。
太陽フレア…コロナ活動域の下部で、黒点群が活発に変動しているような領域の一部で、水素のＨα線などが急激に明るくなる現象。フレアで加速される高エネルギーの陽子や電子は太陽大気の原子やイオンと衝突し原子核反応を起こす。
その結果、γ線が放射される。更に高エネルギーのイオンが放出され、地球上で太陽からの宇宙線として観測される尚フレア初期の明るさが急激に増加する時期にＸ線、紫外線、サブミリ波から短波に至る電波が急激に放射が強まる。
太陽から放出された電離気体は加速された粒子として数日後に地球付近に到達し、地球磁気圏に衝突し、磁気嵐として電波障害やオーロラなどを引き起こす。
太陽活動の極大期に起こる急激なエネルギー解放の現象であり。磁場のエネルギーのなんらかの不安定性による爆発現象である。典型的なフレアは、数秒で立ち上がり数十分から数時間継続している。
４．紅炎（プロミネンス）
コロナの中に低温のガスが凝縮した領域があり、日食の際に彩層からコロナに伸びるドーム状の構造、赤く見える。赤く見えるのは水素のパルマーアルファ線の放射が大きいからである。磁力管によってハンモッグのように支えられていて浮いているものと考えられている。
暗条（フィラメント）…プロミネンスが太陽表面に投影された、暗い細長い筋状。
プロミネンスともともと同じもので、異なった角度から見たもの。
５．太陽風
コロナは太陽半径の数倍まで広がっているが、更にこの高温のコロナからは、太陽重力によってつなぎ止められなくなったプラズマが、惑星間空間まで流れ出している。半径が５０〜１００天文単位ともいわれる。地球軌道付近では、１m^3当たり５Ｘ１０^6個程度の原子核が秒速４５０kmの速さで流れている。彗星タイプTの尾は、核から吹き出した電離気体が太陽風によって押し流されて形作られたものである。太陽風は速度毎秒３００〜８００kmの範囲で変動し、２７日周期で変化する。太陽コロナの構造を反映し、高速の太陽風はコロナホールから吹き出している。フレアがあると濃い電離気体が放出される。恒星の周りに生ずる熱風である。地球磁気圏への影響としてオーロラの起源になっている。
２）太陽の活動現象
１．黒点（spot）
周囲より温度が低い領域で、２０００〜１０００ガウスの強い磁場が存在する（１９０８年にアメリカのヘールが発見）。太陽の磁場はスペクトル線のゼーマン効果を使って測定できる（ゼーマン効果は、磁場をかけるとスペクトル線が磁場に比例して数本に分かれる現象、１８９６年に物理学者ゼーマンが発見）。ゼーマン効果は磁場によって原子のエネルギー準位が分かれる現象として量子力学によって説明されている。黒点もＮ極とＳ極の対になっているが、太陽内部で東西に走る磁力管が太陽表面に浮き上がった切り口と考えられている。
典型的な黒点には、真ん中に暗部と呼ばれる暗い部分があり、その周りを半暗部が取り巻いている。暗部は磁場が垂直に貫いており、半暗部は水平に開いているところに対応している。温度は約４０００Ｋ。黒点はグループをつくって現れることが多いが、このような黒点群を活動領域という。ここでは太陽面爆発であるフレアが起こる。
２．太陽周期
太陽周期…１１１年。黒点が約１１年周期で増減することから。
太陽活動の極大期…多くの黒点が現れる太陽活動の激しい時 先行黒点と後続黒点…黒点は一般に対になって出現。先行黒点は太陽面上の緯度が低く、自転方向の先にある。磁場の極性は１１年周期来た半休と南半休とではで極性が反対になる。次の１１年で極性が戻るため、太陽の活動周期は２２年となる。
３．太陽活動の源泉ーダイナモ機構
１１年周期活動現象は、太陽の表面対流層の中で、磁場と差動回転と対流の３つの相互作用で生み出され、これは磁場をもったプラズマが差動回転と対流によって磁場が拡大され、磁場に伴って電流を作り出すため、発電機を意味するダイナモ機構と呼ばれている。１９５０年代にアメリカのユージン・パーカーによって最初に提案され何人かの研究者によって少しずつ異なったダイナモ機構が提案されている。差動回転を知るには日震学が必要になっている。
４．太陽のエネルギー源
重力エネルギー…太陽は表面からエネルギーを失っているため、自身が収縮して重力ポテンシャルエネルギーを解放する。これが重力エネルギーである。しかしこれは太陽のエネルギー総体としては極めて少ない量である。
水素の核融合反応…太陽では、熱核融合反応であり、ｐ−ｐ反応である。
cf. 水素の核融合反応（２種類）
ＣＮＯ反応…炭素・窒素・酸素を触媒として水素４個をヘリウム１個に合成する反応。太陽より大きな質量の主系列星の内部で起こる。
ｐ−ｐ反応…水素の原子核である陽子と陽子を反応させて重水素をつくる反応からスタートし、最終的には同じく４個の水素からヘリウム１個を生成する核反応。太陽やそれ以下の質量の星の内部で進行する核反応。
cf. 熱核融合反応（thermo-nuclear_reaction）…恒星内部で水素のような軽い元素を融合してより重い元素をつくる反応。量子力学のトンネル効果により、原子核の電気的クーロン力を乗り越えてある確率で核反応が起こる。
３）太陽ニュートリノの謎
ニュートリノは太陽中心領域の核融合反応で発生。ｐ−ｐ反応（陽子ー陽子反応）はｐ−ｐT、ｐ−ｐU、ｐ−ｐVという３つの岐枝があり、それぞれの割合は８６％、１４％、０．０１５％であり、いずれの分岐枝を経由するにせよ最終的には４個の水素原子核をヘリウム原子核１個に融合する。
４ｐ→^4Ｈｅ＋２ｅ^++2υe ｐ：陽子 ｅ^+：陽電子 υe：電子型ニュートリノすなわち、ヘリウムが１個生成されるごとに、２個の電子型ニュートリノが生成される。この際に、エネルギーが発生し、ガンマ線とニュートリノの形で放出される。ガンマ線は太陽内部の物質によって吸収、再放射を繰り返しながら内部から外側に運ばれ、最終的には太陽表面から可視光の形で宇宙空間に放射される。ニュートリノは電気的に中性の素粒子で、３種類（電子型、ミュー型、タウ型）存在し各々反粒子があるが、太陽の核反応で発生するのは電子型である。かつその発生には４つの反応がある。各々のプロセスによって発生するニュートリノをｐ−ｐニュートリノ、ｐｅｐニュートリノ、ベリリウム・ニュートリノ、ボロン・ニュートリノと呼んでいる。
ｐ＋ｐ→^2Ｈ＋ｅ^+＋υe ＜Ｅυ＞＝o.27 MeV
ｐ＋ｅ^-＋ｐ→^2Ｈ＋υe Ｅυ ＝1.44 Mev
^7Ｂe＋ｅ^-→^7Ｌi＋υe Ｅυ ＝0.38 and 0.86 MeV
^8Ｂ→^8Ｂ＋ｅ^+＋υe ＜Ｅυ＞＝6.7 MeV
太陽内部の水素核融合反応（ｐ−ｐＣhain）
分岐枝 核反応 分岐割合(%) ニュートリノの
エネルギー(MeV)
ｐ＋ｐ→^2Ｈ＋ｅ^+＋υ 99.75 0-0.42
ｐ＋ｅ^-＋ｐ→^2Ｈ＋υ 0.25 1.44
^2Ｈ＋ｐ→^3Ｈe＋γ 100υ
ｐーｐT ^3Ｈe＋^3Ｈe→^4Ｈe＋２ｐ (86)
^3Ｈe＋^4Ｈe→^7Ｂe＋γ
ｐーｐU ^7Ｂe＋ｅ^-→^7Ｌi＋υ (14) 0.38と0.86
^7Ｌi＋ｐ→２^4Ｈe
ｐ−ｐV ^7Ｂe＋ｐ→^8Ｂ＋γ
^8Ｂ→^8Ｂe＋ｅ^+＋υ (0.015) 0-14.06
^8Ｂe→２^4Ｈe
太陽からのニュートリノの流量（フラックス）は、
地球上で、１ｍ^2当たり毎秒６００兆個という莫大な数である。
太陽ニュートリノの観測実験
世界の４カ所で、３つの異なった測定方法によりおこなわれている。
１．塩素を使った実験ーアメリカ
デービスが１９６０年代末から観測、太陽ニュートリノ実験の先駆。
ニュートリノ捕獲による逆ベータ崩壊反応
^37Ｃl＋υe→^37Ａr＋ｅ^- Ｅυ≧0.814 MeV
^37Ｃlは塩素の安定な同位体で塩素の４分の１を占める。できた^37Ａr
はアルゴンの放射性同位元素で、半減期が３５日であり、Ｋ軌道電子捕
獲というベータ崩壊反応で元の^37Ｃlに戻るが、その際特性Ｘ線を放射
し、そのＸ線を測定する。しかし、太陽内部構造モデルの理論値の３分
の１から４分の１と少量であり、「太陽ニュートリノ問題」が生じるこ
ととなった。
２．水を使った実験ー日本のカミオカンデ
もともと素粒子の大統一理論に基づく「陽子の崩壊」現象の観測のため
に建設されたが、天体から飛来するニュートリノが水中の電子と弾性錯乱
を起こし、跳ね飛ばされた電子が水中を光速より速く走ることによって生
ずるチェレンコフ光を光電管で観測するもの。ところが１９８７年に大マ
ゼラン雲で超新星爆発が起こり、超新星からのニュートリノを捕獲。ニュ
ートリノ天文学の誕生となった。やはり測定値は理論値の半分程度。デー
ビスの実験同様、分岐枝のｐーｐV中のホウ素（ボロン）の崩壊で生ずる
エネルギーの高いニュートリノであり、低いエネルギーのニュートリノは
捕獲できない。
３．ガリウムによる測定実験ーヨーロッパのＧＡＬＬＥＸとロシアのＳＡＧＥ
ｐーｐ反応の低いエネルギーのニュートリノも捕獲、がやはり少量。
^71Ｇa＋υe→^71Ｇe＋ｅ^- Ｅυ≧0.233 MeV
太陽ニュートリノ問題の解決策
１．素粒子物理学の問題の可能性ーニュートリノ振動説
もしニュートリノが質量をもっているとすれば、ニュートリノが太陽か
ら地球まででやってくる間に、別の種類のニュートリノに変化してしまう
ことが起こる。そのため捕獲した実験値が理論値より少なくなっている。
２．太陽内部構造の問題の可能性ー日震学の登場
標準太陽モデルのニュートリノ・フラックスの理論的予測値が間違って
いる可能性。ガリウムの実験ではｐーｐT反応分の捕獲はクリアしており
太陽中心で核反応は起こっていないという極論は否定されるものの、依然
問題として残っている。内部構造の新たな検証として日震学が期待される。
４）日震学（helioseismology）
陽震学ともいわれる。太陽表面の振動を観測して太陽の内部構造をさぐる。内部の
温度分布・回転速度分布などが得られる。太陽の固有振動を、量子力学の球面調和関
数を使って記述。固有振動モードは、３つの整数値をもつ量子数（ｎ，ｌ，ｍ）で指
定される。量子数（ｌ、ｍ）は、表面にどれだけモザイク模様ができているかそのパ
ターンを表し、量子数ｎは深さ方向の振動の節の数を表している。
５分振動…カリフォルニア工科大学のレイントンらは１９６０年に太陽表面の運動
速度場の研究を行い、太陽表面が周期約５分で振動していることを発見。この運動速
度場は、対流運動と振動速度場の重なったものであることがわかった。これはやがて
ｐモードと呼ばれる太陽全体の固有振動であることが１９７０年代に明らかになった。
ｐモードというのは音波の固有振動のことである。太陽の固有振動の基準振動の周期
は約１時間である。この基準振動モードはまだ観測されていないが、５分振動は量子
数（ｎ，ｌ，ｍ，）が異なる何千何万個の音波の固有振動の重ね合わせであることが
明らかになっている。そのことによって太陽内部の構造について多くのことが説明で
きるようになっている。
日震学でわかったこと。１．表面対流層の深さが、以前考えられていたよりも深く
太陽半径の約３０％であること。２．太陽内部の音速を求めることができ、音速は基
本的には温度によって決まるので、太陽内部の温度分布を求めることができる。日震
学の方からは現在の標準太陽モデルで大きく間違っていないことが保証されている。
しかし、厳密な比較をすると、固有振動の観測とモデルの理論値の間に約０．３％の
食い違いがある。これは太陽標準モデルがまだ改良の余地があることを示唆している。
３．太陽内部の自転速度が求められる。太陽内部の自転角速度は表面の値とあまり変
わりないことが明らかになった。
（２）惑星と衛星、彗星
１）惑星と衛星（ーこの部分は簡略に記述）
１．太陽系惑星の諸量
質量 赤道半径 密度 軌道長半径 離心率 軌道 軌道周期
（地球＝１）(1000km) (g/cc)（天文単位） 傾斜角(度)（太陽年)
太 陽 3.33X10^5 696 1.41 ー ー ー
水 星 0.055 2.44 5.43 0.387 0.205 7 0.241
金 星 0.815 6.05 5.24 0.723 0.007 3.4 0.615
地 球 1.000 6.38 5.52 1.000 0.017 ー 1.000
火 星 0.107 3.40 3.93 1.524 0.093 1.85 1.881
木 星 318 71.5 1.33 5.203 0.048 1.30 11.86
土 星 95.2 60.3 0.69 9.55 0.055 2.49 29.46
天王星 14.5 25.6 1.27 19.2 0.046 0.77 84.02
海王星 17.2 24.8 1.64 30.1 0.009 1.77 164.8
冥王星 0.002 1.14 2.13 19.5 0.249 17.1 247.8
２．各惑星の特徴
地球型惑星…サイズが小さく密度が高い。平均密度３〜５で岩石質の表面。小惑星
帯より内側に位置する。固体微粒子生成時に水やアンモニアが凝固しないよ
うな温度（１７０Ｋ以下）であり、原始惑星形成後も厚い大気が包み込み、
温室効果によって惑星全体の温度が上昇して融け、鉄やニッケルなど重い金
属が中心部へと沈んで核となり、その外側のマグネシウムや珪素の酸化物で
あるマントルと区別され、かつ薄い地殻を持つ。
水星…
金星…自転は逆回転、他の天体との衝突のためか。
地球…回転楕円体、半径は約６４００ｋｍ、
火星…
木星型惑星…サイズが大きく密度が低い。平均密度0.7〜1.7で水素とヘリウムから
なる大きな大気を持っている。冥王星はだけは例外。小惑星帯の外側に位置
する。すべて輪を持つ。固体粒子生成時に水やアンモニアが凝固するような
低温であり、原始惑星形成時に大量の大気は惑星の重力によって惑星の中に
取り込まれるに至った。
木星…半径が地球の１１倍、質量は地球の３００倍、太陽の約１０００分の１。
衛星イオは火山活動をしている。大赤斑の大気は生々しい渦巻き運動をして
いる。他に衛星ユーロパ、ガニメデ、カリスト等。
土星…リングにレコードの溝のような細かい構造やスポーク構造。衛星チタン。
天王星…自転軸は軌道面に対して横倒しになっている。他との衝突によるか。
海王星…衛星トリトン。
冥王星…サイズが小さく密度も小さい。１９３０年に発見されて以来まだその軌
道を４分の１周しかしていない。衛星カロン。
小惑星帯
３．惑星の軌道
ケプラーの３法則
1. 太陽を一つの焦点とする楕円軌道上を運動する。
2. 太陽と惑星を結ぶ線分が一定時間に動く面積は一定である。
（面積速度一定の法則）
3. 公転周期の２乗は楕円軌道の長半径の３乗に比例する。
ニュートンがケプラーの法則から万有引力を発見、ハレーはニュートン力学を
使って彗星の軌道を計算して再現の予言をした。
チチウス・ボーデの法則
１８世紀末、惑星軌道の長半径が等比数列的であることをドイツのチチウスが
気づき、ボーデによって世に広められた単なる経験式。が、未知の惑星も推測さ
れることになり、火星と木星の間に小惑星ケレスが、天王星等を探すこととなっ
た。 ａ＝０．４＋０．３Ｘ２^n
惑星の質量と半径
惑星の衛星の運動にケプラーの第三法則を適用し、その惑星の質量を求める。
衛星がない場合は他の天体に及ぼすその惑星の引力の強さを算出し、それから逆
算する。 単純に ａ^3／Ｔ^2＝ＧＭ／４πγ^2 式をも利用可
２）彗星・塵
よく発達した彗星は氷塊である核とコマ（髪の毛）から成り立つ。水素の他酸
素、炭素、窒素などを含む簡単な化合物が観測されており、星間分子雲とにてい
る。太陽に接近すると表面からガスが発生しコマとなる。コマは太陽風に吹き流
され、太陽と逆方向のタイプTの尾を形成する。また氷塊中に含まれていた塵が
軌道上に残されてタイプUの尾が形成される。冥王星の外側に彗星の巣がある。
長周期彗星ー「オールトの雲」
太陽系と他の恒星との接近などで彗星の巣が重力的に揺さぶられて時々そこに
ある小天体が太陽系の内側まで落ちてきて、放物線軌道に近い長周期の彗星とし
て観測される。周期が２００年以上で、百数十個発見されている。
短周期彗星ー「カイパーベルト」
太陽系ができるとき、惑星になりそこなった小惑星、彗星などが、冥王星の外
側数十天文単位のところの黄道面近くに円環状（ベルト）に存在していて、天王
星や海王星などの重力で揺さぶられて時々太陽系の内側には入って来る。冥王星
の８分の１の大きさの小天体など３０数個の小天体が観測されている。周期２０
０年以下の彗星で、百数十個発見されている。一説に木星の重力に捉えられたも
のも短周期であり、１９９３年、シュメーカー・レビー第９彗星の木星衝突も、
この彗星も木星の重力により捉えられ一時的に木星の衛星となり、木星の潮汐力
により十数個の破片となりそれが衝突したのであったが、短周期に属する。ちな
みに、この衝突を世界に先駆けて計算したのがアマチュア天文家中野主一氏であ
った。これを鮮明に撮影したのがハッブル宇宙望遠鏡である。
惑星間塵…隕石や隕鉄、彗星から放出された塵など固体粒子で多数存在している。
（３）太陽系外の惑星系
１．他の星のまわりの回転ガス円盤の観測から
原始太陽系円盤と同じ種類の回転ガス円盤…牡牛座Ｔ型星
塵円盤…架画座ベータ星（１９８３年、赤外線観測衛星「ＩＲＡＳ」）
２．太陽系外で惑星をもつ星の発見
惑星系による固有運動のふらつきを見つける。
バーナード星（太陽から２番目に近い星、しかし確認されていない）
星のスペクトル線のドップラー効果を使って観測ー３つ発見されている
ペガサス座５１番星（１９９５年、米、木星程度の惑星をもつ）
大熊座４７番星（１９９６年、米、木星の数倍の惑星をもつ）
以上の２つは、軌道離心率は０に近く惑星の可能性が高い
乙女座７０番星（１９９６年、米、木星の約１０倍の惑星をもつ、？）
軌道離心率により褐色矮星の可能性が強い
２．銀河系
凸レンズ型をした約１０００億個の恒星の集団。個々の星は大集団が作り出す重力
に束縛されて円盤状に分布、中心の周りを回転している。円盤部には散開星団が多く
その中心部は膨らんだバルジで、全体を球形に球団星団が多いハローがおおう。銀河
系のさしわたしは１０万光年（約３０ｋｐｃ）。更にそれを球形に「見えないハロー」
がおおっている。中心は射手座の方向で太陽から２万５０００光年離れたところにあ
る。円盤部の星と星の空間には、ガスと塵からなる「星間物質」が存在している。年
齢は１５０億年、太陽近傍の星の周期は約２億年、秒速約２２０ｋｍで回転。更に銀
河系全体も宇宙背景放射に対してケンタウロス座の方向に秒速約６００ｋｍの速度で
運動している。
重力で力学的に狭い場所に集まった集団が星団であるが、散開星団は中心への集中
度は散漫で、メンバーの星の数も１００個程度から１万個程度と比較的少ない。銀河
系の円盤部に存在する比較的若い星団である。星団の星は、同じ分子雲から同時に誕
生している。牡牛座のプレアデス星団やヒアデス星団がある。一方、球団星団は、数
万個から１００万個の星が密集し、ＨＲ図からその年齢が１００億年を越す古い恒星
系の集団であり銀河系の初期にできたものと考えられている。銀河系の中に１００個
以上知られている。球状星団は銀河系の大きさと形を知る上で重要な役割を果たした。
年齢の若い種族Tの天体は、円盤部に集中し星間ガス、質量の大きいＯＢ型、散開
星団などであり、重元素が多く存在する。それらが存在する円盤部の厚みは太陽近傍
で約１０００光年程度で極めて薄いことになる。銀河系形成の初期にできた種族Uの
天体は、バルジやハローに存在し、質量の小さい老いた星や球状星団などであり、後
者は年齢が１５０億年とたいへん古い天体である。そして重元素量が少ない。太陽近
傍には光速度星がある。
銀河系は大、小マゼラン星雲と同様、アンドロメダ星雲を中心に局部銀河群を成し、
それが更に、乙女座銀河団を中心に超銀河団を形成している。
（１）星間物質と星の誕生
星の誕生する場所は、星間雲の密度の濃い場所である分子雲。背景の星を隠してし
まう暗黒星雲は密度の濃い星間雲である。
１）星間物質…星間ガスと固体粒子である星間塵
1.星間ガス…平均密度は１ｃｃあたり１個という極めて希薄なガス。密度は銀
河系の中で一様ではなく、密度の濃いところを星間雲という。星間ガスは電離ガスで
あったり分子ガスであったりする。星間ガスはその温度・密度などから大きく４つに
分類される。
(1)高温領域
温度が数十万度から１００万度、粒子密度が１ｃｃあたり０．０１個という高温・
希薄な領域。銀河円盤内で超新星爆発が起こると、星間ガスは暖められ高温希薄なガ
スになる。空間的に広がったエネルギーの低い電磁波として軟Ｘ線を放射している。
このようなガスは銀河円盤部の体積の数十％を占めていると推定されている。
(2)ＨU（電離水素）領域
星間ガスの主成分は水素であり、高温度の星の周りの星間ガスは、星からの紫外放
射により水素が電磁波（光子）を吸収することによって光電離されＨU領域となる。
ＨU領域では水素はほとんど完全電離状態にある。しかし光電離と水素の再結合プロ
セス、それは電離した陽子は自由電子と再結合して電子がいろいろなエネルギー準位
をもつ水素原子に戻り、電子がより低いエネルギー準位へと段階的に遷移を重ね余分
のエネルギーを光子として放射、この光がガス星雲の光（パルマー輝線）として観測
されるわけだが、このプロセスによりライマン輝線が見られる紫外線域の１個の光子
がよりエネルギーの低い幾つかの光子になって放射される、このプロセスにより、紫
外域光子はいずれ消費しつくされるため、星の周りの電離領域の大きさには限界があ
る。それより外では紫外域光子が届かず、水素が中性のＨT領域となる。そのくっき
りとした境界をもつ、高温度星の周りのＨU領域をストレムグレン球という。典型的
なストレムグレン球の半径は数光年から数十光年である。オリオン大星雲などの散光
星雲は、高温のＯ、Ｂ型星に照らされて輝くＨU領域である。
(3)ＨT（中性水素）領域
超新星残骸やＯ、Ｂ型星から遠いところにある星間雲で、水素が中性になっている
領域。温度はＴ〜５０ー１００Ｋ、粒子密度は１ｃｃあたり１〜１０個、低温の水素
ガス雲である。光では見えないが、波長２１ｃｍの電波輝線によって直接見ることが
できる。低温の星雲間では水素は基底状態にあるが、この基底状態には２つの状態を
とる微細構造があり、陽子と（水素原子核）と電子のスピンが平行なエネルギーの高
い水素原子は、より低いエネルギーのスピンが反平行な状態へ禁制遷移する。その遷
移確率は極めて小さいが、その遷移の際にエネルギーの差に対応する電磁波すなわち
波長２１ｃｍの電波を放射する。電波望遠鏡によりこの放射を観測できる。ちなみに
銀河円盤は電波に対しては吸収が少ないために、波長２１ｃｍの電波で銀河系の中心
まで見通すことができ、銀河系の渦巻き構造や回転速度曲線が求められている。
(4)分子雲
星間雲で最も密度が高く、１ｃｃあたりｎ〜１０^3ー１０^5個、温度はＴ〜１０ー
３０Ｋ。外部の星の光などは雲の内部まで入ってこない。主成分はＨ2の分子になっ
ており、他にＣＯ，ＯＨ，ＮＨ3，Ｈ2Ｏなどの分子が存在する。最も強い輝線スペク
トルは一酸化炭素ＣＯの回転エネルギー準位間の遷移で、その一遷移（Ｊ＝１からＪ
＝０）では波長２．６ｍｍの電波の輝線スペクトルが放射され、これを用いて分子雲
の銀河系内での分布や回転速度曲線などの研究がなされている。分子雲は恒星誕生の
場所である。
2.星間塵…星間雲に含まれる。星間雲は、散光星雲ではオリオン星雲があり、近
くにある明るい星に照らされて星の光を吸収し再放射することによって輝いているが
馬頭星雲のような暗黒星雲は、電波や赤外域で分子の輝線スペクトルが観測される密
度の濃い星間雲である分子雲である。星間吸収により遠くの天体の明るさが暗くなる
ことを星間減光、星間塵による吸収は波長の短い光ほど大きいので、実際の星の色よ
り赤くなって見えることを星間赤化という。
２）星の誕生
分子雲の中の密度の濃いところが収縮を始める。収縮のきっかけは、超新星爆発に
伴う衝撃波による分子雲の圧縮、新しく生まれた大質量星からの紫外域放射による圧
力で生じた衝撃波による分子雲の圧縮、あるいは銀河の渦巻き構造に伴う密度波によ
る分子雲の圧縮などが考えられている。そしてある程度収縮すると、自己重力が圧力
より強くなり、幾つかの密度の高い部分が独自に収縮することになる。そして密度が
ある程度高くなると、中心付近では放射に対して不透明になり、星間雲の芯（コア）
では放射によって熱を逃さなくなり内部の温度・圧力が上昇する。そして圧力が重力
勝ると収縮が止まる（コアのバウウンス）。しかし、星間雲の外側では相変わらず重
力の方が大きく、外側の物質は次々とコアの表面に降り積もっていく（アクリーショ
ン accretion）。コアはついに、降る積もってくるガスの解放する重力エネルギー
によって明るく輝きだす。原始星の誕生である。原始星の表面から放射された光はい
ったん星間雲の中の塵によって吸収され、波長の長い赤外線の形で再放射される。オ
リオン星雲などの分子雲の奥深くに埋もれた赤外線源はこのような原始星であるとさ
れている。既に星間雲の収縮時にその回転速度を速め、アクリーション中に遠心力と
重力がつりあう程になっており、原始星のコアの周りには円盤状の構造をつくるよう
になっている。
なお、分子雲の幾つかの密度の濃いところから始まるため、幾つかの星が同時に誕
生することになる。オリオン領域、牡牛座領域ではこのように星が集団で誕生してい
ることが観測されている。１９７０年代から８０年代にかけて電波天文学および赤外
線天文学が進展し、電波や赤外線を使って星の誕生の現場を直接観測できるようにな
った。
1.オリオンＫＬ天体ー大質量の誕生の現場
星の誕生の現場として最も有名な場所である。オリオン大星雲はトラペジウムと呼
ばれる生まれたばかりの４つの早期型大質量星に照らされた散光星雲と暗黒星雲が複
雑に入り組んだ構造をしている。暗黒星雲は、いろいろな分子の出すミリ波領域の線
スペクトルにより分子雲として観測される。分子雲の密度の高いところに強力な赤外
線源のオリオンＫＬ天体が存在する。その放射エネルギーは太陽の光度の１０万倍に
も達し、生まれたばかりの原始星がその母胎である分子雲にうもれ、原始星のだす光
が星間ガスの塵に吸収されて赤外域で再放射されたものであるとされている。このオ
リオンＫＬ天体では、それを取り巻く回転ガス円盤が発見され、光速のガス流である
双極分子流がこの回転円盤に垂直に吹き出していることが明らかにされている。
2.牡牛座Ｔ型変光星ー太陽程度の小質量星の誕生の現場
牡牛座には温度の低い分子雲があり、その中から生まれたたくさんの前主系列星。
スペクトル型がＧ、Ｋ型の不規則変光星で、可視域のスペクトルでパツマーＨα線が
輝線スペクトルになっている特徴がある。牡牛座Ｔ型星の赤外線領域での放射は、中
心のＴ型星を円盤状に取り囲む降着円盤からの放射、中心星の放射がそれを包み込む
星間雲中の塵により吸収され赤外線領域で再放射したもの。誕生の母胎である星間雲
をまとった状態から、主系列に進化していくにしたがい、中心星を取り囲むガスおよ
び星間塵の雲が吹き払われ、星本体がむき出しになっていく。
以下、申し訳ありません、未記述です。
（２）恒星の進化
（３）星団と星雲
（４）銀河系の構造と進化
３．銀河・銀河団・超銀河団
４．大宇宙と現代宇宙論
お詫びとして、最近読んだ宇宙に関する書物から（はしがき／記述／書物の一部）
『宇宙のしくみがわかる本』（小尾信彌著 大和書房 Ｈ．１０．７．２０読）
キイワードで読み解くー宇宙論の最前線ー。ダークマター（見えない質量）の正体
は何か。宇宙の膨張あるいは収縮を決定するのは宇宙の密度であるが、この密度の決
定に見えない質量が関係してくる。見えない質量の候補として、ＭＡＣＨＯ（マッチ
ョ、重く小さいハロー天体）、高密度天体であるコンパクト星（白色矮星・中性子星
・ブラックホール）、そして軽くて暗い星である褐色矮星がまず上げられたが、それ
らも有力ながらまだまだ量的に不足だという。星間ガスは、高温でＸ線を放出するは
ずであるが、すべての銀河にはそのようなＸ線は観測されていないために、否定され
ている。バリオン属（陽子や中性子等重い素粒子）ですべてできているとしても、は
るかに量不足であるという。よって、ダークマターは私達に馴染みの薄い物質であろ
うことになる。バリオンに比較し数億倍もある、フォトンと同様宇宙の初期に大量に
作られ現在も宇宙を満たしていると考えられるニュートリノ、質量が０か未決だが、
太陽からのニュートリノの考察から質量があった方がよいとの示唆もあって、ダーク
マターの候補として無視できないものになっている。ただ問題は、すべてニュートリ
ノであるとすると、宇宙の大規模構造のボイドはできても、それより小さい銀河レベ
ルの構造はできないという。そこで、軽くて光速に近い素粒子ではなく、陽子よりも
ずっと重くて速度が小さい粒子が考えられ、前者の「熱いダークマター」に対し「冷
たいダークマター」という「＜冷たいダークマター説＞が現代宇宙論では最も整合性
のある説として受け入れられているというのだ。
私事、この説は、内容的には既知なつもりだが用語は初耳であり、新鮮な驚きと感
慨をもってこの書物を読んだ。宇宙論の最も基礎的な数であるハッブル定数も未決で
あるが、この定数で決まる宇宙の膨張の速さが、宇宙密度で決まる重力に打ち勝てる
かどうか、これによって、宇宙の将来が膨張し続けるか収縮に転じるかが予見される
のだ。銀河のグレートアトラクターと、それらを包み込むグレートウォールを抱懐す
る宇宙の泡構造、量子力学と相対性理論がくっついたビッグバン説の進化論と符合さ
せながら、よくもこう計算するものである。４つの力の統一理論を措定し、多項の複
連立の偏微分方程式のマトリックス、類似したマトリックスの群、更に環と、いくら
コンピュータによるシュミレーション解析をおこなおうと、素人の私達には考えただ
けでも眩暈がする。凡人には相変わらず、宇宙は古代以来の星座と火の玉宇宙であり
天動説の現象学であり星雲説である。夜空に輝くきれいな無数の星々、願い事を叶え
てくれる流れ星、ススキが似合う神秘的で優しいお月様、陽光が行き去ってしまうか
ら夜空は暗いのだろうか、満月の照り返しが夜の野原や小川を明るくし、子供たちと
一緒に「どうしてお月様はいつも後をついて来るの」とお互いに尋ね合っては皆でお
月様に尋ねる。口径８．３ｍのすばる望遠鏡、そして宇宙船からのハッブル宇宙望遠
鏡と世界は宇宙の膨張速度のように進んでいるのに、私の口径１３センチの反射式は
埃をかぶったままである。いっそのこと、空を見上げるときだけでも、盲人でありた
い。プランク時間から重力が枝分かれし、そこに存在していたＸ粒子がやがてクウォ
ークとレプトンに分かれ、各々反物質と衝突してはフォトンとなり、フォトン同士が
衝突しては物質と反物質になりながら、物質の対消滅のあと光の海となり、わずかに
残った物質がゆらぎ、インフレーションが起こる。ハドロンが誕生しては、水素の原
子核が構成され、炭素までの原子が形成されていく。それでもフォトンの量は変わら
ない。物質の数の１００億倍の数である。私の目はなぜフォトンに捉えられるのであ
ろう。光とは何か、音と共に未だ最も不思議な興味ある存在である。宇宙が私の身体
に発する色彩と音色、すべての存在と認識がいくら電磁波で説明されようと、私の知
覚は他者のそれのように不思議である。一つの結論とでも言おうか、私は、自身は重
力０の、４つの力に生かされた、地球という星の超ミニなへばりついた自由意志のな
い惑星、いや衛星でもあった。つまり、お月様の従僕なのである。
『宇宙のしくみ』（磯部王秀三著 日本実業出版社 Ｈ．１０．７．２９）
入門ビジュアルサイエンス。宇宙の出現は、物体が１０^-34ｃｍまで極小になると
もはや物質の存在が波動関数で表せる量子力学の世界になるが、１９８０年にビレン
キンが考えたように、存在が確率的に出現したり消滅したりする時間も空間もない無
の世界であり、特異点・ビッグバンからポテンシャルエネルギーの壁で切り離された
トンネル効果で突然出現したものなのか、あるいはホーキングが考えたように、ビッ
グバンの前にインフレーションがあるが、それらが実数時間であるのに対し、量子力
学の波動関数を空間成分だけではなく時間成分にも当てはめ、過去に遡って時刻が０
になるとそこから先は虚の時間となり、宇宙は時間方向にも連続しているのか。結局
はいずれにせよ私なんかには理解の限度を遙か越えた理論である。更にその前に、ハ
ッブルの法則を説明できる宇宙論として、振動宇宙論かインフレーション宇宙か。更
にはプラズマ宇宙論や定常宇宙論はどうなのか。３度Ｋ放射は、過去の宇宙が極小で
超高温であった証拠であるといわれるが、情報交換が不可能なビッグバンに対し、ど
の方向からもこの電磁波が一様である問題を加速的膨張でもって説明したのがインフ
レーションでもあった。しかし、９２年にＣＯＢＥによって、３度Ｋ放射が方向ごと
に０．００１％程度温かい領域と冷たい領域のまだら状の温度ゆらぎを観測し、また
しても当初のビッグバンだけでよいのか。また、宇宙の開閉は、宇宙の臨界密度が物
質密度より大でその曲率が０より小の場合、馬の鞍のように光は元の場所に戻らず力
を弱めながらも無限に進む開いたものか。閉じるとしたらミッシング・マスはどうい
うものでどのくらいの量か。いずれにせよ無数の銀河団を抱懐している大宇宙は、巨
視的にもエネルギー放射を瞬時続けているマクロ的にも激動している未だ未知な神秘
な世界に変わりはない。我々凡人には宇宙は何と静かなのであろう。科学者たちだけ
応え、我々には何も教えてくれない。だだひたすら黙しているのみである。現象的に
しか方法がない者には、数学がライプニッツの微積分やデカルトの解析学止まりのと
同様に、宇宙論はブルーノの無限宇宙論止まりなのである。１光年どころか１天文単
位さえ感知できないのである。山頂への急傾斜を登るときに見上げるあの透き通った
真っ青な日中の空も、星座がきらめく澄んだ夜空も所詮宇宙ではない。悲しきかな、
宇宙を眺めれないのだ。それにしても限りなく遠方にある星々の光を、昔の光ながら
我が目はよくも捉えられるものである。そのことも驚異の一つである。
ちなみに、ビッグバンから瞬時にして重力相転移が起こり、区別のない粒子の中グ
ラビトンと重力波が区別され、インフレーションが開始してはＣＵＴ相転移が起こり
強い力とその担い手の粒子グルーオン及び反物質の非対称性が発生する。そしてイン
フレーションの終了と共に反物質が対消滅しクウォークとレプトンが分化する。更に
電弱相転移が起こり弱い力とウィークボゾンが分化しては、クウォークの封じ込めが
始まって陽子と中性子が形成されていく。これらの継起は１秒足らずの出来事であり
もう原子核が誕生するのである。我々には全くの瞬時の出来事であり、重力相転移か
ら原子核まで、すべて同時に誕生と見なしても過言ではないであろう。ところで最初
からあったもう一つの力が電磁気力であり、その力の粒子が光子なのだ。存在の認識
を物質の実在として把握しがちな私にとって、光と同様この電磁波なるものが未だよ
く理解できないのである。なるほど両者は初源的なものであったのだ。それでいて両
者とも力の到達距離が無限大である故により普遍的なものであり、それだけに哲学嗜
好者には脳裏から離されない、困惑させるものなのだ。
以下、銀河、銀河系と恒星、太陽系と記述されていくが、各々のページの図が雑誌
「ニュートン」のようにイラストが優れすぎてほんとかなと疑念を感じさせてしまう
ものではなく、また専門家を誇示した難しいものでもない、程良いものに思えた。と
ころで、星間ガスは密度が高いほど収縮しやすく、しかし温度が高まるにつれて膨張
しようとする。これを引き留めているのが重力であるが、ガス雲の中に渦ができてい
ると収縮するにつれて渦の割合が大きくなり、次々とガス雲が分かれていっては一定
のところで分裂しなくなりそこに星が誕生するという。超新星爆発により膨張するガ
スに押されて周囲のガスが高密度になったり、分子雲同士の衝突で高密度になる他に
このように銀河の渦状腕で密度波の波頭でも次々と星が誕生するが、更に自由に落下
してくるガスが衝突しては落下の運動エネルギーが熱エネルギーに変えられ中心の温
度が急激に上昇し、星としてエネルギーを放出し原始星となる。変光星であるが、や
がて前主系列星と進化し、この段階では重力エネルギーによって輝くという。そして
恥ずかしながら初めて知ったのだが、質量が巨大な木星は自身の重力の作用で徐々に
収縮しては原始星と同様に重力エネルギーを放射して輝いているというのだ。ただ波
長は赤外線であるというものの。
『宇宙論のすべて』（池内了著 新書館 Ｈ．１０．８．１１）
古代から今日までの宇宙に関する、中国や江戸の天文学をも含む広範なトピック的
記述によるコスモロジーである。現在は概略的にいうと、ビッグバン宇宙論が１９６
５年に宇宙背景放射が発見されて揺るぎなく確立し、８０年代に入って、ホーキング
に代表される宇宙創成理論や、グースと佐藤勝彦が提唱したインフレーション宇宙論
など、ごく初期の躍動的な微視的宇宙論を展開しており、かつハイテク機器の宇宙観
測への応用によって泡宇宙やグレートウォールなど大規模構造の発見があいつでいる
状態といえる。また天文学の正統法である、口径８〜１０ｍ級の大望遠鏡が世界で十
台近くも稼働し始めており、観測的宇宙論という新分野が育ちつつある、といってよ
い。アインシュタインの宇宙方程式から得られる宇宙膨張を時間についてベキ関数で
解いたフリードマン宇宙、時刻０で物質密度や温度が無限大になってしまう「特異点
」問題、そのために物質の量子効果を考慮した量子宇宙に移行しなければならないし
、「平坦性」問題と「地平線」問題を解決したインフレーション、しかし魅力的な理
論だが直接的な証拠がなく、また観測的な予言力にも欠けているしそれを引き起こす
宇宙斥力の起源も定かでない。ちなみに、インフレーション同様、アインシュタイン
の宇宙方程式、重力が重要なコンプトン波長より大きいマクロ世界を記述する一般相
対性理論であるが、に素粒子がどのように反応するかを量子論的に解いて、この宇宙
に反物質が消滅し物質だけが存在するサハロフの問題提起を吉村太彦が素粒子の統一
理論のもとで一つの解答を与えている。その結果、素粒子の弱い相互作用による反応
率が物質と反物質で同じでないこと、その反応が宇宙膨張についていけず落ちこぼれ
ること、の二つの効果が組み合わされて物質のみが残されることがわかった。いずれ
にせよ、極微からの宇宙の創成には量子重力理論が不可欠なのだが、まだ量子重力理
論が完成していない。宇宙論もそれと足並みを揃えて追求されていくことになる。
ミニ・ブラックホールの方だが、ブラックホールが重さが太陽の３０倍以上の超新
星爆発で吹き飛ばされない星の終末としてのそれは、計算上一億個以上が天の川に分
布しかつこのような重い星の寿命は５００万年くらいで生まれると速やかにブラック
ホールになってしまうと考えられている。天の川にはブラックホールがうようよして
いることになる。一方、クエーサーなど特異天体（活動的銀河中心核）はＸ線観測に
よってブラックホール候補天体が５個以上発見されている。さて、重さ彗星くらい（
１０億トン）でサイズが原子くらいの軽いミニ・ブラックホールだが、光が放射され
てブラックホールが蒸発していく「ホーキング放射」するものであるが、宇宙誕生直
後の物質密度が高い時代に、密度ゆらぎが存在すれば簡単に生まれると予想されてい
るものの、まだ検出に成功していない、という。
その他。太陽系の場合惑星に働く万有引力はほとんど太陽が担っているから重力源
の質量は一定なため惑星の公転速度は遠ざかるほど小さくなるが、銀河では中心から
遠く離れても回転速度は一定である。更に銀河の外でも回転速度は一定であり、しか
し重力源の質量は距離に比例して増加している。これは星が見えない外の領域にダー
クマターが続いていることの証拠である。回転していない楕円銀河では、その８割が
巨大なＸ線ハローをもっているという。星を取り囲むように高温のガスが広がってお
り、銀河の重力場に捕捉されているのも、ランダムに動いて輝いている星の総量の５
〜１０倍もの質量のダークマターが不可欠なのである、という。ついでに、銀河分布
地図は約２万個の銀河を描き、数千個の銀河が集中したグレートウォールはほぼ４億
光年の平均間隔で十数個も存在していることがわかってきたこと。銀河系円盤の中央
部分にも球状星団と同じような古い星が丸く集まっており、これを「バルジ」と呼ん
でおり、天の川銀河では、まずハローとバルジの部分で種族Uの星が生まれ、やがて
円盤に溜まったガスから次世代の種族Tの星が生まれたらしいこと。
この書物は、宇宙論と関連で物理学の概略も述べており、原子のようなミクロな物
体の運動を記述するのが量子力学・光速に近い速度で運動する物体を記述するのが一
般相対性理論であること、量子効果を考慮しないニュートン力学・特殊相対性理論・
電磁気学などを「古典物理学」ということ、ニュートン力学はユークリッド空間での
ガリレイ変換・特殊相対性理論はミンコフスキー空間でのローレンツ変換・一般相対
性理論はリーマン空間での一般座標変換に対する物理法則の普遍性の要求であること、
湯川秀樹の中間子理論でクーロン力に比べて「強い力」・フェルミによって「弱い力
」が発見されたこと、ニュートン力学と電磁気学では解決できなかった「光電効果」
問題に対し、アインシュタインの「光量子」とプランクの「量子仮説」による解決、
更にハイゼンベルクの「不確定性原理」や行列力学とシュレティンガーの波動方程式
で量子力学が確立し、更に電子の波動方程式が特殊相対性理論を満たすように改訂し
たのがディラックであり、その方程式からスピンや反粒子が予言され、更に量子場を
特殊相対性理論を満たすように書き換えたのが「場の量子論」、更に光の場である電
磁場の方程式を量子力学で満たすように書き換えたのが朝永振一郎とファインマン・
シュビンガー３人による「量子電気力学」、また弱い力を相対論的に書き下ろし高エ
ネルギー下にクーロン力と弱い力が統一されたのが「電弱力」、そして強い力の場が
「量子色力学」として定式化されており、最後の重力場だけがまだ成功していないこ
と、別様にいえば、物の根源あるいは原理とスーパーアトム、個々の粒子の区別がつ
かない対称性の高いすべての力が対等ですべての力に感じる物質、６０年代後半にい
かなる座標系でも同じ形式で書けなければいけないゲージ理論が登場し電磁場に働く
力は光をやりとりしていることによりゲージ原理を満たしたのが量子電気力学であっ
たが、同様に弱い力の場をゲ−ジ原理で満たして弱ボゾンのやりとりがわかったのが
電弱力で、加速器の実験で弱ボゾンが発見され統一理論が証明され、そして今まさに
ゲージ原理を満たす強い力の理論が量子色力学であり、その強い力と電弱力の統一す
なわち大統一理論を検討中であり、複数の理論があってまだ成功していないうえに、
実験による検証が不可能なことと「クォークの封じ込め」問題故に、ゲージ原理以外
の理論が模索されており、紐の振動や伸縮・切断を素粒子の運動モードと対応させて
考える「紐理論」やフェルミ粒子とボーズ粒子が対称ではないすなわち数が同じでは
ないのが、超高エネルギーでは対称となるという「超対称性理論」、更に両者を併合
した「超紐理論」ヘと進展しており、大統一理論の最終目標は重力まで含めた「量子
重力理論」の完成であること、もはや実験手段のない理論だけの「究極の理論」であ
り「万物の理論」であること。
一方、素粒子の標準理論は、宇宙線は数百種も発見されているものの、基本粒子と
して、すべてスピンが０か整数のボーズ粒子である力を媒介する粒子ボソンー光子（
電磁力）・グルーオン（強い力）・弱ボゾン（弱い力）・グラビトン（重力）、強い
力を感じるハドロン族ーボーズ粒子であるメソン（中間子）とスピンが半粒子である
フェルミ粒子であるバリオン（重粒子）、強い力を感じないすべてフェルミ粒子のレ
プトン族、更にハドロンはより基本的な粒子であるクォークから成り、そのうちのメ
ソンはクォークと反クォークから成り、バリオンは３種のクォーク、そして３世代の
クォークが存在すればすべてのハドロンを説明できることから、クォークは６種類と
なり、そのすべてが発見され、かつ各クォークには３種類の電荷に対応する物理量を
持ちうることもわかっており、この「色電荷」を考慮すると１８種類存在し、その反
粒子も数えるとクォークだけで３６種類にもなる。ところで６種のクォークに対しレ
プトンも３世代６種類に見事に対応しているのは衆知の通りである。以上から、強い
力はクォーク、電磁力は電荷を持つレプトン、弱い力はニュートリノで代表される。
最後に著者「まえがき」から
「人間は考え続け、何らかの納得する答えを得たいと望み続けてきた。それは、素朴
な宇宙創世の神話であっても、難解な数式を駆使する現代の最先端の宇宙論も同じで
ある。…。最終の解答には至らぬままでも、道の暗闇の領域に少しずつ光が当たって
いく手応えも感じている。このように、宇宙は、現在なお人々が実感できる科学の領
域ということができでるだろう。（科学の最先端が日常感覚から遙かに遠くなってし
まったけれど、天文学と生物学は今なお身近な科学として人々の興味を惹きつけてい
る。やはり、科学の原点は博物学にあるのだろうか。）」
「日本では「この道一筋」が評価される傾向が強いので、私のような「広く浅い」学
問は邪道なのだが、…必ずしも悪いことではない（むしろ、良いこと）と思っている。」
「どのような難しい事柄でも、わかり易い日本語で表現できるはずだと信じ広言して
いるが、…（難しいことを難しく書くのは楽だけれども、難しいことを易しく書くこ
とは難しい。）」
『図解雑学 宇宙論』（二間瀬敏史著 ナツメ社 Ｈ．１０．８．１７）
最初の天体の誕生として、ダークマターが集中した領域が小さければ銀河が形成さ
れ、領域が大きければ超銀河団のような大きなガスの天体となるという。もし前者な
ら、銀河が長い時間の間により集中して銀河団ができ、次いで銀河団が集まって超銀
河団が形成される。これは小さな天体から大きな天体をつくるシナリオで、この「小
さな天体説」が現在有力であるという。ところで、最も遠く最も古いクェーサーは、
小天体でありながら銀河全体の１００倍程度の莫大なエネルギーを放出し、銀河１個
分に相当する二酸化炭素などの分子からなる大量のガスがあることが確認され、既に
周りに大量の星ができていることが予想されている。クェーサーは形成過程の銀河の
中心にあるといわれる。クェーサーの巨大なエネルギー源はブラックホールであり、
その重力なのだが、光と無関係に運動しその密度ゆらぎが宇宙の晴れ上がり以前から
成長できるダークマターも、周囲より大きな重力をもち晴れ上がり後ダークマター以
外の物質を重力で引きつけるのである。クェーサーは二つの銀河が衝突してできると
されるが、銀河の誕生に、ダークマター領域とクェーサーが宇宙の歴史の鍵を握って
いるようである。
宇宙の歴史の始まり、いや負の時間どころか時間観念はもはや存在しないのであろ
う。ホーキングの特異点のないかつ初期条件の条件が存在しないすなわち始まりのな
い究極理論としての宇宙、プランク時間に振動する紐が消滅生成する存在そのものの
否定ともいえる究極粒子の宇宙。そして、縄張りだらけの現在のこの宇宙だけではい
い、インフレーションに隠された宇宙々、プランク時間に無数の小さな宇宙が生成消
滅しては我々の宇宙と同様生き残った宇宙があっても不思議ではないのである。そし
ていつかあるいはかつて、ブラックホールの表面で量子揺らぎによって一対の光がで
き、一方はブラックホールに落ち込むが他方はその反動で遠くに吹き飛ばされる。こ
の過程でブラックホールはエネルギーを失い小さくなっていき、ブラックホールの蒸
発が起こる。ダークマターとブラックホールだらけの未来の宇宙に再び光が戻り、そ
れが何度と繰り返され、やがてどこかの宇宙がビッグクランチする。そして反重力、
それはもしかしたら反々光子、それは重力同様我々の宇宙が存在する以前からあった
ものなのであろうか。インフレーションからビッグバンへと宇宙をまた誕生させてい
るのであろうか。別な宇宙に逃れたい衝動にも駆られる。
宇と宙にある存在と宇宙そのものの認識、存在は溶け認識が頼る理論が解消し、頭
の中はインフレーションを起こしすべての知覚と知識が粉々に粉砕してはブッラクに
なってしまい、何が何だかわからなくなってしまった。
『宇宙科学入門』（尾崎洋二著 東京大学出版会 Ｈ．１０．８．１９）
太陽内部の水素核融合反応と４つのニュートリノの放出、量子力学の球面調和関数
を使っての恒星の固有振動で内部を探る日震学、連星パルサーによる重力波の間接的
な検出、Ｘ線近接連星の大質量と低質量特に前者の中性子星であるＸ線パルサーある
いはブラックホール候補Ｘ線星とＸ線新星、水素のエネルギー準位・輝線スペクルと
星間ガスとの関連、自身も銀河団のメンバーである活動銀河中心核としてのクェーサ
ーおよびセイファート銀河など、私には新規な記述が多く興味津々であった。これで
入門書とは、いかに自分が宇宙や恒星につて無知であるか知らされた思いであるが、
特に関連の強い量子力学や素粒子論の勉強不足であることが自覚させられた。ダーク
マターや宇宙の起源などの専門書が書店に並んでいるのは以前から知っていたが、先
日街の図書館に行き、量は少ないものの書架にある難しい何巻もの宇宙物理学や細か
い種々のテーマの専門書が並んでいるのに圧倒されて、宇宙論への関心が危うく萎れ
てしまうところでもあった。以下に著者の言葉として、
「宇宙科学（天文学）の研究がめざす究極の目標は「宇宙の中の人間」というテーマ
についてよりよく理解することにあると、私は考える。すなわち、（１）われわれが
生きているこの宇宙はどのようになっているか。（２）われわれはどこから来てどこ
へ行くのか。といった疑問に答えようとすることである。
これらの疑問は、以前は哲学者が考える哲学の問題であった。…。科学者はこのよ
うな大きな問題にどのように立ち向かってきたのであろうか。それは、宇宙について
の多くの忍耐強い観測や創意にあふれた工夫による観測と物理法則を使って、「宇宙
の姿」を解明していくというプロセスを踏んできた。そして、このようにして解き明
かされた宇宙の姿は、過去のいかに優れた哲学者が頭の中だけで想像していた宇宙の
姿より、ダイナミックで魅力に富んだものであることがわかってきた。
もう一つ大切な事柄は、「宇宙を知りたいという欲求は人類の根源的欲求である」
ということである。」
「宇宙における物質は、星間ガス→星→星間ガス→星、という形で循環している。す
なわち、宇宙では物質の輪廻転生が繰り返されている。」
「人間の存在は、元をたどればビッグバンにその起源をもつ。…。そして、われわれ
の体をつくっているいろいろの化学元素も、ビッグバンでできた水素を除くと、星の
中での核反応でできたものである。」
そして、宇宙全体を大洋の大きさとすると、銀河はいわゆる大洋に浮かぶ島宇宙（
島）であり、大洋はさしずめその島の砂浜にころがっている石ころの一つであり、地
球はその石ころの上についている砂粒の一つであるという。ましてやわれわれ「小さ
な存在である人間」、そんな小さな人間が、核戦争などを起こし、ＤＮＡで４０億年
という長い歴史で連鎖しているにもかかわらず、人類は自ら滅亡してしまうかもしれ
ない、そんな敬虔な気持ちを忘れ誤った選択をしてしまうのを危惧しておられること
が強く印象に残った。
以下に主に参考にしている書物
『基礎天文学ー宇宙の認識のアプローチー』
（竹内峯・上杉明著 恒星社 Ｓ６２．９．１０）
『宇宙科学入門』（尾崎洋二著 東京大学出版会 Ｈ．１０．８．１９）
『宇宙の構成』（宮本正太郎著 講談社学術文庫 臨時教師時））
『宇宙についての基礎知識』（宮本正太郎著 講談社学術文庫 Ｓ６１．７．９）
『宇宙のしくみがわかる本』（小尾信彌著 大和書房 Ｈ．１０．７．２０）
『宇宙のしくみ』（磯部王秀三著 日本実業出版社 Ｈ．１０．７．２９）
『宇宙論全史』（Ｅ・ローゼン、Ｌ・モッツ著 菊池潤・杉山聖一郎訳
平凡社 Ｓ６２．８．１１）
『宇宙論の誕生劇』（Ｂ・ラヴェル著 鏑木修訳 新曜社 Ｓ６１．１２．１６）
『宇宙論のすべて』（池内了著 新書館 Ｈ．１０．８．１１）
『図解雑学 宇宙論』（二間瀬敏史著 ナツメ社 Ｈ．１０．８．１７）
『ティマイオス』（プラトン著 種山恭子訳 岩波書店 公務員時）
『天体の回転について』（コペルニクス著 矢島祐利訳 岩波文庫 無職時）
『無限、宇宙と諸世界について』(ブルーノ著 清水純一訳 現代思潮社 同上）
『星界の報告』（ガリレイ著 山田慶児・谷泰訳 岩波文庫 S６０.１１.２９）
『相対論の意味』(アインシュタイン著 矢野健太郎訳 岩波書店 S62.9.18）
『ホーキング 宇宙を語る』（ホーキング著 林一訳 Ｈ６．２．１２）
『星座の楽しみ』（草下英明著 社会思想社 高校時）
『ギリシアの神話』（呉茂一著 ？（実家の蔵に） 浪人時）
『天体観測図鑑』（藤井旭著 河出書房新社）
『星座ガイドブック 春夏編』『同 秋冬編』（藤井旭著 誠文堂新光社）
『図説 天体写真入門』（田中千秋著 立風書房）
『天体写真講座１ 天体写真の基本』（下保茂著 地人書館）
『天体写真講座２ 天体写真の写し方』（香西洋樹著 同上）
『アストロガイド1990 PC9801で見る1990年の星空』(アスキー出版局）
『宇宙の旅 PC9801でシミュレートする現代天文学』（同上）他