宇宙は137億歳

2008.12.23

 来年は、ガリレオ・ガリレイ(Galileo Galilei/1564〜1642)が、1609年に初めて望遠鏡で天体観測してから400年めの年にあたる。
 グレゴリオ暦1610年、イタリアの天文学者・物理学者ガリレオ・ガリレイは口径たった4cmの天体望遠鏡で、木星の周りを衛星が回っていることをみつける。大きな4つの衛星は、後にガリレオ衛星と呼ばれる。ガリレイは、地球も太陽の周りを回っている1つの惑星であるとしたため、バチカンは、キリスト教の世界観(天動説)に対する異端とし、宗教裁判で有罪にする。
 これについて、1992年、前ローマ法王のヨハネ・パウロ2世は教会側の非を認め、謝罪。今年、12月21日のバチカン(法王庁)の礼拝で、ローマ法王 ベネディクト16世が、ガリレイの研究を初めて公式に認めた。

 
1781年、イギリスの天文学者で音楽家でもあるフレデリック・ウィリアム・ハーシェル(Friedrich Wilhelm Herschel/1738〜1822/ドイツ生まれ)は、自作の口径80cmの望遠鏡で、天王星(ウラヌス)を発見する。そして太陽も1つの銀河系の中の星であるとした。

 20世紀初めに発明された口径2.5mの望遠鏡で、観測していたアメリカの天文学者、エドウィン・ハッブル(1889〜1953)も概念をくつがえした。「ほとんどの銀河は、地球が含まれる銀河から遠ざかっており、遠い銀河ほど早く動いている」ということを、波長が本来の波長と違っていた(ずれて長くなっていた)ことと、銀河の色の変化を観測したことで発見したのである。
 救急車の距離によってサイレンの音が違って聞こえることに例えられる「ドップラー効果」。宇宙では光にもドップラー効果がある。銀河は遠い距離にある時には青、そして緑と変化し、黄色、そして遠ざかっていく時には赤っぽく見える。このことから、銀河が静止していないことを観測により証明した。
 また、宇宙は膨張し、いまでも膨張し続けているとした。
 風船にいくつかの点をつけて膨らませると、点と点の距離は膨らむにしたがって離れていく。風船を宇宙とし、1つひとつの点を銀河に例えると、膨張し、遠ざかっていく様子がイメージしやすい。
 また、セファイド型変光星という星の特性(同じ周期で明るくなったり暗くなったりしている)を元に、地球からの距離がわかっている星と、距離を調べたいセファイド型変光星の明るさを比較することで、地球からその星までの距離を割り出すことができる。

 光の速度は、1年で進む距離(1光年)で表される。宇宙では距離=時間になる。
 銀河までの距離と速度(後退速度)は比例する(ハッブルの法則)。つまり距離が遠いほど、速度は早くなるのである。
 しかし、速度には限度があり、光の速度(300,000km/秒)を超えることはない。たとえば、光の速度と同じ速度で銀河が遠ざかっているとすると、地球まで光は届かない。つまり、そこが「宇宙の地平線」となる。
 距離と速度が比例していることを基本に計算すると、その距離は130〜140億光年になる。つまり、地球に届く宇宙の地平線から発された光は約140億年前のものともいえる。
 1億5,000万Km離れている太陽と地球を例にすると、もっとも早いとされる光の速度をもってしても、太陽からの最初の光が地球に届くのは8分20秒後になるのである。 
 
 ロシア生まれの理論物理学者ジョージ・ガモフ(George Gamow/1904〜1968)は、1948年に共同論文「宇宙の膨張と熱放射」で、「宇宙は1つの火の玉として生まれ、膨張を続けている」というビッグバン理論を唱えた。ガモフは、ガモフ全集などの、難解な物理理論を一般向けに解説したガモフ全集など著書が多数あることでも有名である。
 最初、小さな点に過ぎない宇宙も、1cmくらいになる(インフレーション)と熱エネルギーで勢いよく膨張を始めるというのがビッグバン理論。宇宙の地平線にはビッグバンがあり、そこが宇宙の始まりとされている。
 その後、WMAPという衛星を使った観測により、宇宙が生まれてから137億歳(137億光年の距離)であることが証明された。

 2003年。東北大学理学部の谷口義明博士は、ハワイ・マウナケア山の頂上にある、日本のすばる望遠鏡を使って、可視光で見えるもっとも遠い銀河(128.278億光年)を発見した。
 2006年9月13日には、国立天文台の家正則教授、東京大学大学院生の太田一陽氏、国立天文台の柏川伸成主任研究員らの研究グループが、同じくすばる望遠鏡で、約128億8千万光年にある天体の観測に成功した。

参考:「NHK高校講座 地学」第4回 宇宙の始まりと今、そして未来(NHK教育テレビ)

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