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星空はタイムマシン?偶然が生み出した世紀の発見で宇宙の謎に迫る
2021年10月18日 (月) | 編集 |
FC2 トラックバックテーマ:「子供のころに嵐、大雨、台風が来たときの気持ちは?」
私たちは、どこから来たのか? そして、どこへ行くのか? これは、人類が
何千年も考えてきた、大きな謎です。

この謎を解くためには、宇宙の始まりと、これからの姿に迫らなければなりま
せん。 なぜなら宇宙がなければ、星も地球も、私たちも存在しないからです。

世界の最先端を行く、日本人の物理学者。 博士も、宇宙の始まりと終わりの
謎に取りつかれた1人です。

カリフォルニア大学バークレー校で教えるかたわら、東京大学カブリ数物連携
宇宙研究機構の機構長を務め、日々、研究を続けています。

“これから宇宙が、膨張を始めます!” 今回は博士が体当たりで宇宙の謎に
挑みます。 最新研究に基づいた、宇宙の始まりの物語とは?

宇宙の謎を紐解くヒントは、世界の絶景地にある!

難しい宇宙の理論や現象を、分かりやすい例え話を駆使して語ります。

“銀河は、どんどん遠くへ離れて行きます” 

宇宙は、どのようにして始まったのか? 博士と一緒に、宇宙の過去に迫る
旅に出掛けましょう!

“これから、宇宙の始まりの謎を解きに行く旅に出る訳ですけども、最初の
ストップは、ハワイの1番高い山、マウナケアの山頂です。標高4200メートル、
富士山よりも更に高い山で、そこまで行くと星空は、とっても綺麗に見えます”

“何で、そんな山の上まで行って星を見るかといいますと実は遠くの星を見る
というのは、タイムマシンみたいなものだという事なのです。遠くの星を見ると
実は、昔の宇宙が見えます。そうやって遠くを遠くを見る事で、宇宙の始まりを
探って行く。そういう事ができる特別な場所なのです”

博士が向かったのは、ハワイ島の最高峰、マウナケアの山頂です。晴天率が
高く、湿度が低いため、宇宙を観測するための条件がそろっています。

そのため世界中の研究機関が、この山の頂に大きな望遠鏡を作り、日々、
星空を観測しています。 (黄色のレーザー光線は観測精度を上げるためのもの)

“うわ~、やっぱり、すごいな! もう、手を伸ばすと、星に手が届きそうだ!
こうやって星空を見ていると、大きな天井に、星が貼り付いているように見え
ます。でも実は、この星は、遠いもの、近いもの、実は奥行きがあるのです”

“星からの光は、もちろん光の速さで、やって来ます。光の速さは、ものすごく
速くて、秒速30万キロ。1秒間に、地球を7周半してしまうほど、ものすごく速い
ものです。ですが宇宙は、とても大きいので、星からやって来る光は、長い
時間をかけてやって来ます。何年間も何万年間も、何億年もかけて私たちの
ところにやって来るのです。例えば、ここにある星の集まりが、すばる”

“ここまでは光の速さでも440年かかります。もし、ここにいる宇宙人が地球を
見ていたら、まだ織田信長が元気です。これは、アンドロメダ銀河。何千億個
という星が、ここに集まっています。ここまで来ると、光でも250万年。今アンド
ロメダから眺めると、石器を使っている私たちの祖先が見えます”

宇宙は誕生から、138億年もの時を刻んでいます。遠い宇宙から届く光を調べ
ると、その壮大な過去を知る事ができるのです。まさに星空は、タイムマシンです。

“ところで皆さんは、こうして見える星が、宇宙の全ての星だと思いますか?
いえ、違います。遠くの星は、あまりに暗くて、私たち人間の目では見る事が
できません。実は、こうやって見える星々の更にはるかにはるかに向こうまで
宇宙は、ず~っと広がっているのです”

私たちの住む地球は、太陽系にあります。 太陽系は、1000億個以上の星の
集まり、天の川銀河の一部です。更に、その先には、天の川銀河と同じような
銀河が、数え切れないほどあります。

遠い宇宙から届く光のメッセージを捉えるのが、この、すばる望遠鏡。 世界
最高性能を誇る、巨大望遠鏡の1つです。
(国立天文台所有。1999年から宇宙の姿を見つめ続けている)

はくちょう座にある、美しい星雲。この光は、2000年かけて地球に届きました。
こちらの銀河(渦巻銀河NGC6946)の光は、2250万年。 そして、この銀河の
(スターバースト銀河NGC6240)光は、なんと、3億5000万年もかけて届いた
のです。 でも、これはまだ、ほんの序の口です。

“こちらにあるのは、すばるが捉えた、遠くの宇宙の姿です。ここに写っている
のは、それぞれたくさんの星を抱えた銀河たちが写っています。この真ん中、
小さく暗く、赤く写っている、この点、これを拡大してみると、こうなります”

“赤い染みの様ですが、これも立派な銀河です。実はこの銀河は、余りに遠い
ので、ここから出た光(遠方銀河SXDF-NB1006-2)が私たちに届くまでなんと
131億年もかかったのです。それでは、この宇宙の始まりとは、一体、どんな
ものだったのでしょうか?ちょっと場所を変えて、お話ししましょう”

“あっ、あれだ! あれでビッグバンの証拠が見つかったんだ”

偶然に見つかったという、ビッグバンの証拠となる電波。 それを捉えのが、
このアンテナです。(ホーンアンテナ/ベル研究所) 発見者の1人を訪ねました。

“彼が、ロバート・ウィルソンさんです。同僚のペンジアスさんと共に、通信衛星
の研究に使っていたアンテナを天文学に使おうとしていました。その時、偶然
にも、不思議な電波を捉えたのです”

‘ここにあるバネルは、アンテナを制御するためのものです。この4つで位置を
読み取ったのです’

専門の研究者に先駆け、ウィルソンさんたちが捉えた、ビッグバンの証拠と
なる電波。 発見の鍵となったのは、このアンテナの指向性です。

指向性が高いほど、より狭い範囲の電波を捉える事ができます。アンテナから
音を流す事で、この指向性を確認する事ができます。今回はウィルソンさんが
実際に捉えたビッグバンからの電波を音へと変換したもので試してみました。

‘外に出て聞いてみましょう!’ (ウィルソン博士が実際に録音したノイズ)

“何も聞こえません”  ‘そうですか? 聞こえませんか? 大きくなって来た’
“本当だ!全然、違いますね”

驚いた事に、聞こえている範囲は、ほんの5メートルほど。聞こえ始めてから
すぐに、また聞こえなくなりました。ビッグバンの時は、宇宙全体が、ムラなく、
同じように光っていました。一方、人間の活動や大気から来る電波は、方向に
よって変わります。指向性の高いこのアンテナによって、それを区別し、ビッグ
バンから来る電波を捉える事に成功したのです。

‘私がここで働き始めた頃、すでに、このアンテナはありました。もともとは、
無線通信をするためのものでした。我々は時間の半分を無線通信のために、
残りを電波天文学に使う事を許されました’  “それは、いい会社ですね”

‘私たちは、天の川銀河の中で、円盤から外れた方向を観測しました。そこに
電波を出すものがないかを確認しようとしたのです’

“そして、不思議なノイズを発見したのですね”

‘そうです、最初は、何か間違いが起きたのだと思いました。それを見つけよう
としました’  “ハトの事も聞きましたよ”

‘そうなのです。つがいのハトがいました。中は、冬は暖められ、夏は冷やされ
ていたため、ハトにとって、とても心地よい寝床でした。もちろん、そこら中、
ハトのフンだらけでした’  “そうでしょうね”

‘そこで、ある時、我々は中に入って、全てキレイに掃除し、ハトにも、どいて
もらいました。しかし、関係ありませんでした’

“これがビッグバンの証拠だと、どのようにして確信したのですか?”

‘私たちは、この事に詳しい研究者に電話し、捉えたノイズについて相談しまし
た。すると彼らは、まさしく自分たちが観測しようと考えていたものだったので
電話の周りで、たくさんの人たちが、耳をそばだてて聞いていたようです。
そして最後に、我々は先を越されたぞ!と言ったそうです’

“それは、すごい話しですね!”

最初は、邪魔者だと思っていたノイズですが、それは、138億年のかなたから
届いた、ビッグバンの証拠だったのです。

“その後、科学技術が進歩して、ビッグバンから来る電波を、もっと、ずっと
詳しく調べられるようになりました。それは、望遠鏡を人工衛星に載せて、
宇宙に打ち上げる事ができるようになったからです。そうした観測を何年間も
続けた結果、浮かび上がって来たのが、この地図です。この地図に表われて
いる、色ムラ。この色ムラは、一体、何を表しているのでしょうか?”

“今度は、ピザです”  彼は、世界ピザ投げ選手権を10回優勝しているピザ
職人。 彼の技を、一目見ようと、多くの人が店にやって来る。

‘片方の手で持ち上げて、反対の手でキャッチします。では実際にピザを作る
方法を教えましょう。焼きムラができないように、キレイな円形に伸ばします。
チーズや具の、のせすぎには注意!滑らせながら窯へ’

“オーブンで熱々に焼けるピザ、楽しみです!焼き上がったピザを、工夫して
見てみると、ちょうど、あの宇宙から来た地図のような模様が見えて来ます。
そのために使う、温度が見えるカメラが、これです。(サーモグラフィー)ご覧の
ように、宇宙から届いた、あの地図と、よく似てると思いませんか?”

“そう、色ムラは、温度を表していたのです。先ほどの温度が見えるカメラと
同じで、赤い所は熱く、青い所は冷たい所を表しています。でも、さっきのピザ
と違って温度の差は、ごくごく僅かです。温度差は、なんと、0.00003度。この
僅かな温度の違いですが、これは、ものすごい大発見だったのです”