太陽と月そしてAlmagest

第1話 宇宙の始まり

人類は、如何に宇宙を理解し、深めて来てかた……………　　　　　　　　　　　　　　Cosmos(宇宙）の秩序。それは、時間と空間に秩序を持って存在している。　　　其れは、Universumに由来し、全ての物と事象意味し、多元宇宙、及びオムニバースを指している。　　　　　　　　　　　　地球の大気圏外Outer spaceは、地球を含む各天体の大気圏外の空間を指し、宇宙空間と大す気圏内の境界とすして定義されたカーマン・ラインである。　　　　　　Almagest。(天球上における天体の動き＝軌道）数学的な分析がされ天動説は大成される。天動説は、地球を中心とした天体運動でバイブル的存在。離心円、周転円、などの概念を用いて太陽、月、惑星の運動を論じるのでした。　　　　　　　　　地球誕生ーーーーー　　　　　　　　　　　　　　　　　約45億年前に原子地球と火星程の大きさの天体が衝突した。「Celetial bdy Teia」である。この火星とほぼ同じ大きさ直径が地球の約半分程度の原子惑星が地球に斜めに衝突した。これが「giant impact」でした。　　　　　　　　　この時の衝突によって飛び散った破片が集まり月が形成され、地球の衛星となった。　　　　　　　　　　　　　　　　　　だが、これまでの天球の数が増えるにつれ複雑になり従来の地球中心説から、太陽中心説を唱えられた。　　　　　　　　この太陽中心説は地動説であり、当初は惑星軌道が楕円形(Oval）が知られていなかった為、周転円を用いた物より密度が低くかったが、ヨハネス・ケプラーの楕円軌道の発見により、地動説の密度が増す。そして、アイザック・ニュートンの「自然哲学の数学的諸原理」より、宇宙の数学的な構造を提示し、地球上の物体の運動も天体の運動も「万有引力」を導入すれば統一できると示唆した。ニュートンは、神学的な意図があり、ユークリット幾学に基づいて時空を定義した。それは、「絶対空間及び絶対時間」の概念を導入されたのでした。　　　　　　　　　　　　　　　　しかし、20世紀になり、アルベルト・アインシュタインが「絶対空間及び絶対空間」これを否定した。アインシュタインは「宇宙の方程式」を提示される。アインシュタインの方程式は、一般相対性理論の厳密解であり、宇宙の膨張解が存在する。それは、宇宙が過去のある時点に誕生したことを示唆し、宇宙の誕生と初期宇宙の理論としてビッグバン宇宙論があり、宇宙は誕生直後に指数関数的な膨張があり、これが宇宙のインフレーションである。　　　宇宙は原子からなる通常の物質matter、にdark matter、とdark energyから構成される。そして、亜原子粒子や分子や原子は宇宙が膨張し冷却される過程で生まれ、恒星や銀河などの天体は水素及びヘリウムからなる分子雲から生まれたと考えられた。そして、宇宙の年齢は宇宙マイクロ波背景放射の観測値から137億歳と推測された。　　　　　　さて、宇宙の未来を考えると、アインシュタインの方程式の解が示す宇宙の未来は膨張がやがて収縮し、一点に潰れる。これがビッグ　クランチであり、または、膨張の加速が無限大になり宇宙は素粒子レベルまでバラバラに引き裂かれ終焉を迎えるビッグ　リップがあり、将来のdark energyの量の推移に左右される運命にある。　　　　　　　　　　　　第二話　　　太陽　　　　　　　　　太陽系の中心の恒星。それは、地球を含む太陽系の物理的中心である恒星。太陽系の全天体に重力の影響を与え全質量の99，8％を占める。　それは、主系列星でありスペクトル型はG2V(金色）　推測年齢は46億歳。その中心部に存在する水素の50％程度を核融合している。この太陽の半径は70万㎞であり、直径約140万㎞と地球の109倍で、質量は地球の33,3万倍。1,989×10(30）㎏太陽系全質量の99，86％を占め 平均密度は水の1,4倍で地球と比較すると1/4になる。　　そして、太陽は銀河系に属し、その中心から太陽までの距離は約2万5千光年ありオリオン腕に位置する。　そして、太陽から地球までの距離は約1億4960万㎞で軌道長半径とされる。太陽は太陽系内を一周するのに2億2,500万年～2億5,000万年程かかりこれを太陽の公転軌道とするならば、太陽の自転軸は60度傾いている。そして、公転運動ではこと座、ヘラクレス座の方向に向かっている。そして、太陽の数値を単位に表して、太陽質量並びに太陽光度で表示すると、時間の基準も現在は原子時計で決まる。1秒を基底にしている。古来の人の視点では、日の出や日の入り、または、季節の一巡を基準に「日」や「年」を決定し「太陽暦」を行った。　　　　　　　　　　　　　　　　　太陽は、ほぼ完全な球体であり、扁平率は無いに等しく0，01％以下であり、惑星や衛星のように表面が存在しない。その中心核、放射層、対流層、光球、彩層、かん移層、コロナ、からなる。その光球より上層部を太陽大気と呼び、プラズマ化した太陽の上層部は太陽重力による束縛を受けにくく、プラズマは惑星間に漏れ出し、海王星の軌道まで及んでいて、これを太陽風と呼び、オーロラの原因となるのだ。　太陽は、星の表面から立ち上がって磁界に続くプラズマのC3クラス、太陽フレア、太陽の津波及び多数のフィラメントを示している。その太陽は固有磁場を持っている。その様相は地球磁場とは大きく異なる。　　　　　　　　　　　　太陽は、過去の超新星爆発の残骸であり、星間物質から作られた「種族」の星である。超新星爆発によって散らばった物質の集まりであるが、その影響が何か未だ判明していない。　　　　　　　　　　　　　　　その根拠を示すSolar sibling(太陽の兄弟星）が、この時に生まれている。　　　　　それは、主に質量の大きな星の内部で元素合成で作られる鉄、金、ウラン、などの重元素が多く存在しているからである。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　そして、現段階では太陽は超新星爆発を起こす程の十分な質量が無い。　　　　

従って、太陽の主系列段階は約109億年続き、63億年後には中心核で燃料の水素が使い果たされる予想される。これにより、中心核ではなくその周囲で核融合が始まると考えられる。　　　　　　そして、76億年後には中心核の温度は約3億Kまで上昇し、ヘリウム燃焼が始まると太陽は主系列段階に戻り、現在の11～19倍程度まで小さくなる。そして、中心核では、水素とヘリウムが2層構造で核融合反応を示す。結果、主系列段階よりも多くの水素とヘリウムが消費され、この安定した時期は約1億年続くと考えられる。しかし、主系列期の109億年に比べれば1％にも満たない。やがて、中心核が炭素や、酸素で満たされると、水素とヘリウムの2層燃焼が外部層へと移動し、太陽は再び膨張する。最終的に太陽は現在の200倍～800倍に巨大化し、現在の地球軌道に到達し、地球は太陽に飲み込まれるか、蒸発すると推測された。しかし、赤色巨星段階の初期に起こる質量放出によって重力が弱まり、惑星の公転軌道が外側に移動し、地球は飲み込まれることは無いと考えられるが、太陽の膨張が地球にどのような影響を与えるかを予測するのは困難がとされる場合もある。　　　　　　　　　　　　　　　　　そして、赤色巨星の段階に続いては脈動変光星へと進化し、外部層物質が四方八方へと放出され惑星状星雲を作り、10万～50万年に渡りガスを放出する。その後、太陽は白色矮星となり、何十億もかけてゆっくりと冷えていく。123億後には収縮は止まる。　　　　　　　典型的な恒星の一生である。　　　　　　　　　第三話　　　月。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　地球の唯一の自然衛星。　　　　　　　　　　　月は、唯一の自然衛星で、その存在は安定している。太陽系で5番目に大きい衛星で太陽に次いで明るい。古来では、太陽を(太陰）日輪、月を月輪と言った。太陽系の中で地球に最も近い天体である。その光は白く光っているが、これは自ら発光しているのでは無く、太陽光を反射し白く見えるのだ。　　　そして、月は天球上の白道をほぼ4週間で運行している。白道は19年周期で揺らぐが、黄道帯と呼ばれる黄道周辺8度の範囲に収まる。月はほぼ2週間ごとに黄道を横切る。　　　　　　　　　　　　　　そして、月はその規模や構造の物理的性質から「地球型惑星」だと考えられる。また、従来、地球に対する衛星としては大きく衛星としては不釣り合いだとされた。月の直径は地球の1/4強であり、質量は1/81に及び月と太陽の見た目(視直径）はほぼ等しく、約0，5度である。従って、他惑星とは異なり、太陽が完全に月に覆い隠される「皆既日食」や、太陽の縁が僅かに隠れず環状に残る「金環日食」が起こる。そして、月はほぼ球形であるが、西洋梨の形であり、月面の最高点は平均高度より+10,75㎞、最低点は-9，06㎞で共に月の裏側である。質量は凡そ地球の0，0123倍(1/81）、表面積は3793万㎢。地球の表面積の7，4％に相当する。　　　　　　　　　　　　　　　　その月は、大気が薄く、磁場が弱い。この為に宇宙線や太陽風は直接月面に到達する。そして、昼夜の温度差も大差がある。赤道付近で昼は110度、夜は-170度となる。そして、自転軸の傾きにより季節が存在する。これの気象現象は無く、月の温度変化は月の1日を通じほぼ一定である。この月の公転周期は27,3日に対する満ち欠けが29，5日となるのは、月が公転する間地球も太陽の周りを公転しているから、その分余分に月は公転するのである。　　　　　そして、月面は砂(レゴリス）によって覆われている。レゴリスとは、隕石などによって細かく砕かれた石が積もったものであり、月面のほぼ全体を数十㎝から数十mの暑さで覆っている。　　　　　　月の両極付近のクレーター内部に「永久影」と呼ばれる常に日陰となる領域があり、氷が存在する可能性が示唆されている。　　　　　　　　　　　　　　　　　　そして、月の重力は地球に影響を及ぼし、潮の満ち引き(潮汐作用）を起こす。また、太陽も潮汐作用を起こし、地球に影響を及ぼすが、地球からの距離が月より遠距離にある為、地球への影響力は1/2程度である。この潮汐作用において、地球の自転速度は凡そ10万年に1秒の割合で遅くなる。また、重力による地殻の変形を介し地球-月系の角運動量は月に移動し、これにより、月と地球の距離は年間約3，8㎝ずつ離れつつある。この角運動量の移動は地球の自転周期と月の公転周期が一致するまで続くと考えられるが、そこに至るには50億年を要する。逆に言えば、曾て月は現在よりも地球の近くにあり、強力な重力・潮汐力を及ぼしていた。地球及び月はより早く自転・公転していたと推測されている。　　　　　　　第四話　　　仮説上の天体　　　　　　　　　一般相対性理論において、アインシュタイン方程式の解としてWhite holeと時間を反転させたBlack hole解がある。black holeは事象の地平線を越えて飛び込む物質を全て呑み込む領域であり、呑まれたら再び外へ逃れることは出来ない。反面、White holeは事象の地平線から物質を放出する。加速度の符号は時間反転に対して保存される為、どちらも引力(重力）が起因する現象である。White holeの引力(重力）はBlack holeと同等な為、放出された物質が再び引き戻されて事象の地平線に降り積もった結果、White holeの外側にBlack holeの領域が形成されたと言う説もある。そして、White holeとBlack holeは一方通行のワームホールを通じ繋がっている為、Black holeに吸い込まれた物質がWhite holeから放出される説はあるも、その物質がその後どうなるかが説明できないのが現状であり、この点からWhite holeは数学的解釈により、想像された仮説上の架空の天体に過ぎず、現実には存在しないと言う支持が挙げられている。　　　　事象の地平面。それは、周囲が非常に強い重力によって時空が著しく歪められた半径の内側に向かう光や推進力を得続ける物体でもBlack holeの内側に向きが変わり出れなくなる。この半径を「シュワルツシルト半径」であり、この半径を持つ球面を事象の地平面と呼ぶ。Black holeは単に元の天体の構成物質がシュワルツシルト半径よりも小さく圧縮された状態で、事象の地平面に存在するのでは無くBlack holeに落下する物体は事象の地平面を超えて中央部へ引き込まれる。それは光の速度を超えて相対論効果により時空の進み方がゆっくり落ち物体は事象の中心面で停止するように見える。その物体から出た光は重力による赤方偏移を受け赤くなり落ちていき可視光領域を超えて軈て見え無くなる。逆に、落ちて行く物体からは事象の地平面を通過する頃には事象の地平面の時間の進み方が大幅に高速化すると想定される。　　　　　特異点。　　　　　　　　　　　　　　　　　　Black holeには、密度、重力が無限大である。それが重力の特異点です。そして、角運動を持たないシュワルツシルトではBlack holeは中心にあり、回転するCar.Black holeではring状に存在する。そして、連星系を形成するBlack holeは降着円盤を形成する場合があり、円盤は膨大な熱とχ線を放射する。この多くは宇宙ジェットを伴うが、その育成メカニズムは現状では明確に判明していない。　　　　　　　　　　　因みに、シュワルツシルト解とは、アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論の方程式に対して「特殊解」を解き導いたのが「シュワルツシルト解」である。これは、時空が球対称で自転せず、更に真空である最も単純な仮定上の一般相対性理論の厳密解である。アインシュタインは、数学的な数字で特異点を表明した。だが、現実ににはあり得ない。と思われていた。　　　　　2011年5/9　国立天文台とJAXAは、世界で初めてBlack holeの位置を特定することに成功した。それは地球から約5440光年先の乙女座A(M87）銀河に潜む超巨大Black　holeの位置を電波観測により特定し発表した。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2011年25/8　JAXAは、国際宇宙ステーションの全天χ線監視装置(MAXI）を使い地球から39億年離れた銀河の中心にある巨大Black　holeに星が吸い込まれる瞬間を世界で初めて観測したと発表した。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2019年10/4　　世界中の望遠鏡を用いてBlack holeの事象の地平面の輪郭「Black hole　shadow」を撮影することに目指する。国際研究チーム・イベントホライズンテレスコープ(EHT）が人類初となるBlack holeの直接撮影に成功したと発表された。　　　　　　　　　Black hole shadow。　　　　　　　　　　　　　事象の地平面と同一のものではない。事象の地平面の外側に光子球(photon sphere）の領域を周回し、必ず事象の地平面と交差する。これにより、光子球の背後に光源があれば光子球の形をした影が作られる。この影が「Black hole shadow」と呼ばれた。　　　　　　　　　そして、星の質量が太陽程度から太陽の数倍までの星は、水素の原子核が互いに結合してヘリウムを生み、このエネルギーが星を支える。そして、主系列星の後に赤色巨星の段階を経て白色矮星となり、軈て冷却し一生を終える。だが、星の質量が太陽の8倍以上になる重い星になると、巨星に進化後も核融合によって重い水素ができ、鉄からなる中心核ができる。そして、鉄の原子核の陽子と電子が結合し中性子へ変化し、その中心核が中性子の星となる。この段階では中性子の縮退圧により支えられ、重力収縮によって核に降り積もる物質は激しく跳ね返されて衝撃波が発生し、一気に吹き飛ばされる。これが「超新星爆発」である。爆発後は、中性子星として残るが、中性子星が光やχ線を激しく放出するパルサーとなることもあり得る。　　　　　　　ガンマ線バースト。　　　　　　　　　　　　　　Black holeが蒸発後に起こるプロセスである。一口に言えば輻射熱の強度が増え加速度的に質量とエネルギーを失い、最後には爆発的にエネルギーを放出して消滅する。　　　　　　　　　　　　　代替宇宙。　　　　　　　　　　　　　　　　　　parallel universe.parallel world。　　　　　　　　時空から分岐し、それに平行して存在する別世界。平行時空、平行宇宙、平行世界であり、「異界」「魔界」「四次元界」とは違う。parallel worldは我々の宇宙と同一の次元を持つ理論物理学の中でその存在の可能性を示唆している。「今ある現実と、もう一つの現実がある。」または、「もしも、こうなっていたらどうなっていた。」この考察がparallel worldの「もう一つの歴史」の現実とは異なる異次元を扱う。その2つの世界のジャンルは「あり得るかも知れない世界」を描く。それは相対性理論の言葉に「世界線」とある。　　　　　time　traveler。　　　　　　　　　　　　　　　time travelerで行き着く先の実際は、現実世界と酷似したparallel worldである。歴史を変える時間軸は無い。この為、元いた世界には何ら影響与え無い。実際に物理学(量子力学）の世界でも理論的な可能性が語られている。量子力学の他世界解釈である。この他世界解釈においてparallel worldは人類が観測することは不可能である。その存在を否定することも肯定することもできない。そして、懐疑的な渦の中で存在している。その理論的根拠を超弦理論の複数あるウァ-ジョンに求める考え方があり、現在の宇宙は主に正物質、陽子や電子などで構成されているが、反陽子や反電子などの反物質の存在が微量だが確認されている。それは、ビッグバンにより正物質と反物質がほぼ同数出現し、相互に反応しほとんど物質は消滅するも、正物質と反物質の間に微量な量の揺らぎがあり、正物質の方が僅かに多く、その残りがこの宇宙を構成する物質となる。そして、ビッグバンの過程において、この宇宙以外にも泡の如く他宇宙は存在している。　　　　他平行宇宙は、逆に反物質から構成される世界が存在している。　　　　　　　　　未だ、人類はそこまで到達出来ないのである…………………………