【サイエンス】

ひので衛星10周年記念講演会「太陽観測から宇宙と地球を探る」

ひので衛星10周年記念講演会「太陽観測から宇宙と地球を探る」を聴きにいった。

ひので衛星10周年記念講演会「太陽観測から宇宙と地球を探る」
ひので衛星10周年記念講演会「太陽観測から宇宙と地球を探る」

こういった講演会には、なかなか参加する機会がないのだけれど、知人から情報を貰ったので、申し込みをして参加してみた。

ひので衛星10周年記念講演会「太陽観測から宇宙と地球を探る」 ひので衛星10周年記念講演会「太陽観測から宇宙と地球を探る」

講演会は、ひので科学プロジェクトのはじまり、ひので衛星の観測実績、ひので衛星の観測結果、ひので衛星の今後などが解説された。
小難しい話もあるけれど、壮大な宇宙の不思議に迫っていくプロジェクトは、やはりドキドキする。

■講演会の概要

講演内容1(PDF)
講演内容2(PDF)
講演内容3(PDF)
講演内容4(PDF)

■講演会のライブ動画(YouTube)

また講演会を見つけたら参加してみよう。

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重力と時間 「時空が歪む」とは

「強い重力の下では、時間の進行が遅くなる」と言われている。

強い重力の下では、時間の進行が遅くなる

これは本当だろうか。

強力な重力を持つ天体の代表はブラックホールだ。
物体がブラックホールに接近すると何が起こるのだろうか。

物体から発せられる光を追ってみようと思う。

まず、物体が、十分にブラックホールから離れている場合を考える。
実際には、どれだけブラックホールとの距離をとっても、重力の影響があると考えられるが、ここでは無視する。
観測者は、物体から30万Km離れている位置にいて、この物体を見たとする。
物体から発せられた光は、秒速30万Kmで進み、観測者は1秒後に物体を見る事になる。

十分にブラックホールから離れている

では、物体がブラックホールに近づき、秒速15万Kmで引っ張られる位置に移動したとする。
観測者は、物体から30万Km離れている位置にいて、この物体を見たとする。
物体から発せられた光は、秒速15万Kmでブラックホールに引っ張られ、結果、秒速15万Kmで観測者に向かって進む事になり、観測者は2秒後に物体を見る事になる。
つまり、本来の1秒前の物体の状態ではなく、過去である2秒前の物体の状態を見ている事になる。

秒速15万Kmで引っ張られる

更に物体がブラックホールに近づき、秒速30万Kmで引っ張られる位置のわずかに外側、ここでは、秒速29万Kmで引っ張られる位置に移動したとする。
観測者は、物体から30万Km離れている位置にいて、この物体を見たとする。
物体から発せられた光は、秒速29万Kmでブラックホールに引っ張られ、結果、秒速1万Kmで観測者に向かって進む事になり、観測者は30秒後に物体を見る事になる。
つまり、本来の1秒前の物体の状態ではなく、過去である30秒前の物体の状態を見ている事になる。

秒速29万Kmで引っ張られる

更に物体がブラックホールに近づき、秒速29.99万Kmで引っ張られる位置に移動したとする。
観測者は、物体から30万Km離れている位置にいて、この物体を見たとする。
物体から発せられた光は、秒速29.99万Kmでブラックホールに引っ張られ、結果、秒速0.01万Kmで観測者に向かって進む事になり、観測者は3000秒後に物体を見る事になる。
つまり、本来の1秒前の物体の状態ではなく、過去である3000秒前の物体の状態を見ている事になる。

秒速29.99万Kmで引っ張られる

更に物体がブラックホールに近づき、光の速度と重力の力が拮抗するところまで行くと、引っ張られる力と脱出する力がイコールとなるため、光はブラックホールに吸い込まれも、ブラックホールから脱出もできず、見た目上、物体はその位置に留まっているように(ブラックホールの表面にへばりついているように)見える。
これが「事象の地平線」であると言える。

本来、物体から30万Kmの位置にある観測者は、1秒前の物体の状態が見えているはずであるが、強力な重力下では、前述のように、もっと時間的に前の物体の状態を見る事になる。つまり、物体の「過去」を見ている事になる。
しかし、観測者が見ている物体は「1秒前」の状態に「見える」かもしれないけれど、実際には物体も「3000秒が経過」している。

ここで、「強い重力の下では、時間の進行が遅くなる」という言葉を思い出してみる。
観測者から見たら、確かに観測している物体は「3000秒前」である。
しかし、これが本当に「時間の進行が遅くなる」事なのだろうか。単に「光の速度が遅い」と言うだけ、すなわち、情報の伝達速度が遅いというだけで、物体も観測者も、同じだけの時間が経過しているのではないだろうか。


ところで、速さ、距離、時間は、以下の式で表される。

速さ = 距離 ÷ 時間

ここで、「速さを固定」と仮定した場合、すなわち、いかなる場合でも光の速度が変わらないと仮定した場合、距離が10であっても、10000であっても、左辺の速さは固定で変わらないから、以下の式が成り立つという事になる。

10 ÷ 時間 = 10000 ÷ 時間

普通に考えたら、この等式は、もちろん成り立たない。
逆に、この等式を成り立たせるためには、どう考える必要があるのだろうか。
この等式を成り立たせるためには「時間が歪む」と考える必要がある。この式に書かれている「時間」は、固定された数値ではなく、この式の中で変化するという事である。
これはすなわち、時間は伸縮させる事ができる、つまり、過去または未来に移動できる、すなわち、タイムマシンができるという事である。

変化するのが時間の場合でも同じである。時間が10であっても、10000であっても、左辺の速さは同じく固定で変わらないから、以下の式が成り立つという事になる。

距離 ÷ 10 = 距離 ÷ 10000

この等式も、普通に考えたら、もちろん成り立たない。
この等式を成り立たせるためには「距離(空間)が歪む」と考える必要がある。この式に書かれている「距離」は、固定された数値ではなく、この式の中で変化するという事である。
これはすなわち、空間は伸縮させる事ができる、つまり、ワープができるという事である。

「時間」または「空間」、もしくは、その両方が歪むという事であるから、これがすなわち「時空が歪む」という事だろう。

計算式から見れば、「速度が一定」ならば、そりゃそうだ、と思うし、「時空」という考え方を否定する気はないけれど、私はどうにも、「見た目」に惑わされているような気がしてならない。

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時間とは

宇宙は果てしなく広い。
宇宙を旅して他の銀河に行くためには、多くの時間を必要とする。

宇宙は果てしなく広い。

「時間」は不思議がいっぱいだ。
SFでは「ワープ」「亜空間飛行」「ワームホール」など、時間や空間をねじ曲げる技術が登場するが、文字通り、まだまだサイエンス・フィクションの域を出ず、夢物語に過ぎないが、アインシュタインの相対性理論をはじめ、世界中で研究が進んでいる。

しかし、時間や空間の概念は非常に難解で、理解する事が難しい。
いや、正直に言おう。理解できない。
そんな、何も理解していない ずんべ が、「時間」について書いてみようと思う。
以下はすべて、ド素人の戯言です。

———-

高速に移動すると、時間の歩みが遅くなるとされている。
「双子のパラドックス」に代表される話だ。

双子のパラドックス(Wikipedia)

高速な宇宙船に乗って宇宙を旅して帰って来ると、未来の地球に帰って来ると言われている。
つまり、高速な宇宙船に乗っている自分は、他よりも時間の歩みが遅くなるという事である。
これは本当だろうか。

時間の経過と光の進行で考えてみる。

ストップウォッチを動かして、そのストップウォッチをいろいろな地点で見てみる。
最初、0Kmの地点にいる人がストップウォッチを見ると「0秒」と見えている。

t1

この「0秒」の映像は、光となって発せられ、この光は秒速30万Kmの速度で進む。同時に「0秒」の地点では時間が進む。
1秒経過した時、このストップウォッチが発した光は30万Km進んでいる。
この時、0Kmの地点にいる人がストップウォッチを見ると「1秒」と見える。
30万キロメートルの地点にいる人がストップウォッチを見ると「0秒」と見える。

t2

更に1秒が経過した時、このストップウォッチが発した光は60万Km進んでいる。
この時、0Kmの地点にいる人がストップウォッチを見ると「2秒」と見える。
30万Kmの地点いる人がストップウォッチを見ると「1秒」と見える。
60万Kmの地点いる人がストップウォッチを見ると「0秒」と見える。

t3

30万Kmの地点いる人は、1秒前の事象を見ているという事になる。
同様に、60万Kmの地点いる人は、2秒前の事象を見ているという事になる。
これは、我々が望遠鏡で見ている、遥か100万光年の彼方にある恒星の光が、100万年前の光であるのと同じ理屈である。

———-

ここまでは、その光を見る人が、0Kmの地点、30Kmの地点、60万Kmの地点のそれぞれにいて、光を見た場合である。
ではここで、0Kmの地点から発せられた光と一緒に人が移動して、この光を見たらどうなるだろうか。

まず0Km地点で、ストップウォッチは「0秒」を指しているとする。
0Km地点にいる人がストップウォッチを見ると、当然「0秒」と見える。
この状態を「状態A」とする。

t4

「状態A」から、0Km地点にいる人が、光と同じ秒速30万Kmで移動して、このストップウォッチの光を見たらどうなるだろうか。

t5

1秒が経過した時、移動した人が振り返ってストップウォッチを見ると「0秒」と見える。
「0秒」から1秒が経過し、「1秒」のはずなのに、「0秒」が見えるのである。
この「1秒」とは、「状態A」で、0Km地点で見たストップウォッチと同じ映像である。
すなわち、「時間が止まった」という事である。

では次に、「状態A」から、0Km地点にいる人が、光の2倍の速度である秒速60万Kmで移動して、このストップウォッチの光を見たらどうなるだろうか。

 t6

秒速60万Kmで移動する人は、光を追い抜いていき、1秒が経過した時、移動した人が振り返ってストップウォッチを見ると「-1秒」と見える。
「0秒」から1秒が経過し、「1秒」のはずなのに、「-1秒」が見えるのである。
この「-1秒」とは、「状態A」で、0Km地点で最初に見たストップウォッチの映像である「0秒」よりも、更に1秒前の映像である。
すなわち、「過去に戻った」という事である。

———-

高速に移動すると、時間の歩みが遅くなり、光速で移動した場合時間が止まり、光速を越えて移動すれば過去が見える事はわかった。
では、高速に移動すると「双子のパラドックス」が起こるというのは本当だろうか。

「状態A」から、0Km地点にいる人が、光の2倍の速度である秒速60万Kmで移動して、1秒が経過したら反転し、1秒かけて出発視点に戻ってくる、2秒間の往復移動をしたらどうなるだろうか。

t7

秒速60万Kmで移動する人は、1秒が経過した時に振り返ってストップウォッチを見ると「-1秒」と見える。過去に戻った。ここまでは同じである。
反転し、1秒かけて出発視点に戻り、ストップウォッチを見ると…「2秒」と見える。

何かおかしい。
秒速60万Kmで1秒移動すると、1秒過去に戻ったのだから、秒速60万Kmで2秒移動すれば、2秒過去に戻り、「-2秒」と見えるはずだが、ストップウォッチは、スタート時点の「0秒」の2秒後である「2秒」を指している。
年も余計にとっていない。
「双子のパラドックス」は起こらない。

不思議だ。

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ベテルギウスのコブ

「ベテルギウス」という巨大な恒星がある。

ベテルギウス (Wikipedia)

ベテルギウスは想像を絶する巨大な恒星で、太陽系と比較してみると、こんな感じ。

ペテルギウスと太陽系の比較

ベテルギウスを太陽の位置に置くと、光球が木星の軌道付近まで達するような巨大さ。想像するのも難しいサイズだ。
そして、ベテルギウスは終焉を迎えつつある星で、近い将来、超新星爆発すると言われている。

最近の観測によると、このベテルギウスは、形状が球ではなく、巨大なコブがあるような形状だと言われている。

ペテルギウスのコブ

このコブはいったい何だろうか。
このコブは、終焉を迎える兆候なのか、巨大なフレアなのか、諸説あるようだが、このコブが何であるのかは、現在のところ解明されていない。

ずんべ は考えた。
このコブは、ベテルギウスの一部ではなく、別の恒星と考える事はできないだろうか。
つまり、ベテルギウスは連星であるか、または、恒星である惑星を従えた恒星なのではないだろうか。

いくらなんでも、コブのように結合した状態で連星も惑星もないだろうと言われるかもしれない。
しかし、そもそも「恒星の直径」とは、「光球の大きさを直径とする」とした見かけ上のものでしかなく、地球などの岩石惑星の様に、明確な地平線が存在しているわけではない。
恒星の中心核の外縁が、岩石惑星で言うところの地平線で、放射層、対流層、彩層は、分厚い大気層と考えられる。

太陽の内部

地球には、恒星の放射層、対流層、彩層と比べたら比較にならないくらい薄っぺらいものであるが、大気層がある。
ここで仮に、月が地球に接近して、大気層の内側に入ってきたとする。
しかし、月が大気層の中に入ってきても、その距離を保っている限り、地球と月が衝突した事にはならない。

地球と月が接近

では、恒星ではどうだろうか。
前述の通り、恒星はガスの塊であり、放射層、対流層、彩層という分厚いガス層がある。ガス層と言っても、強力な重力下にあるガスなので、鉛のような状態のガスかもしれないが。
地球の大気層の場合と同様、仮に、このガス層の内側に惑星が入ってきても、恒星のガス層(大気層)に沈み込むが、相当沈み込まなければ、惑星は恒星の核に到達しない。恒星の核と惑星が距離を保っている限り、恒星と惑星が衝突した事にはならない。

恒星と惑星

ベテルギウスとコブではどうだろうか。
ベテルギウスとコブは、その両方が恒星という事になるが、こんな感じに重なっているのではないだろうか。
双方の大気層は重なっているが、中心核は衝突していない。

恒星と恒星が接近

この状態で安定できれば、連星、または、恒星と惑星(恒星である惑星)として存在し得るのではないだろうか。

こんな距離まで接近したら、双方の重力で引き合って衝突してしまうだろう、と考える必要があるのかもしれない。
しかし、ベテルギウスは、終焉が近い恒星で、元のサイズから膨張しているとされている。そうであれば、それは膨張しているだけであるから、サイズが大きいからと言ってベテルギウス自身の質量が大きいわけではない事になる。風船を膨らませて大きくしても、風船自体の質量が大きくなるわけではないのと同じだ。すなわち、ベテルギウスが膨張しても、自身の質量は大きくならないので、重力の強さも大きくならない。
そうであれば、もともと適当な距離を保って安定していた連星の一方または両方が膨張をはじめ、見かけ上のサイズである光球が、もう一方の恒星の光球の内側に入り込むまでになったとしても、重力のバランスは保たれたままなので、状態を維持できたと考える事はできないだろうか。

また、ベテルギウスは、地球から見て、大きさが変化し、明るさも変化する不思議な恒星とされている。
大きさが変化する理由も、明るさが変化する理由も解明されていない。
これらは、コブが連星で互いを公転しているか、コブがベテルギウスの周りを公転している惑星であると考えれば、地球から見て、コブを含めた全体の大きさが変化するし、コブが地球側にあるか、向こう側にあるかで、明るさが変化するとも考えられないだろうか。
また更に、ベテルギウスが不安定な状態にあるとすると、ベテルギウスもコブも不規則な運動をしている可能性も考えられる。

■2015/06/19追記

facebookで、友人から以下の指摘をもらった。

「ロシュ限界」という考え方があり、惑星がその内側に入ると、主星の潮汐力によって、その惑星は崩壊してしまうのではないか。

ロシュ限界 (Wikipedia)

と、いう事で、ずんべ理論を埋めておこうと思う。

このブログの記事では、ベテルギウスは終焉が近い恒星で、元のサイズから膨張している事が前提になっている。
前述の通り、膨張しても質量は大きくならないから、同じく重力も強くならない。
ベテルギウスの中心部分は、これまで通りの大きな重力があるとしても、大きく膨張した光球の表面付近では、中心部分のような強力な重力は発生していないと考えられる。
重力が強い恒星のロシュ限界の直径は当然に大きくなるが、重力が弱い恒星のロシュ限界の直径は逆に小さくなる。

恒星の重力によるロシュ限界

そして、恒星の光球は、あくまでも見かけ上の恒星の大きさであって、その恒星の光球の外縁と、その恒星が他の天体に与える影響力の外縁とは、必ずしも一致するとは限らない。その恒星が他の天体に与える影響力の外縁は、光球の内側にも存在し得る。
ベテルギウスが膨張した恒星であれば、惑星を破壊し得るほどの強力な潮汐力が発生する重力圏、すなわちロシュ限界の外縁は、光球の外側ではなく、光球の内側に存在している可能性がある。

恒星の状態によるロシュ限界

従って、連星や惑星が光球の内側に入っても、ロシュ限界が更にその内側であれば崩壊はしないのではないだろうか。

また、ロシュ限界によって破壊される伴星は、主星の潮汐力によって破壊されうる大きさであるなどの条件がある。
木星の衛星「メティス」「アドラステア」や、地球を周回する人工衛星のように、大きさが十分に小さければ、ロシュ限界の内側に入っても破壊されない。
逆に、主星の潮汐力に対抗し得るだけの十分な大きさがあれば、やはり、ロシュ限界の内側に入っても破壊されないであろう。ベテルギウスのコブは、観測によって「コブ」として判別できるほどであるから、十分に大きいと考えられるので、ベテルギウスの潮汐力に対抗し得る大きさである可能性が考えられる。

—–

宇宙には不思議がいっぱいだ。
この記事が200年後に「ずんべ理論」として科学の教科書に掲載される事を願って書いてみた。(^^;

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膨張する宇宙

宇宙は膨張していると言われている。

膨張する宇宙

ビッグバンから宇宙は始まって膨張し、現在も膨張を続けていると言う。
これは本当なのだろうか。

細かい理論はわからないが、これは、「光の速度は一定である」が前提であると思う。
しかし、「光の速度は減速する」と考えたらどうだろうか。
数千万光年程度の「短い」スケールでは速度の差が見えないのかもしれないが、数千億光年規模のスケールになると、光の速度が減速していることが計測できるのではないだろうか。
光の速度が減速していると考えた場合、より遠くに位置するの星の光が地球に届くまでには、より多くの時間を要する事になる。
つまり、遠くにある星ほど、より遠くにあるように見える。
すなわち、「光の速度は一定である」として考えた場合、宇宙は膨張しているように見える、という事になる。

光は重力によって曲がるとされている。
重力レンズ効果だ。

重力レンズ効果

横方向に光が曲がるなら、縦方向にも曲がるのではないだろうか。
つまり、光は重力に向かって進めば加速する(光速よりも速くなる)し、重力から離れようとすれば減速する(光速よりも遅くなる)のではないか。
ブラックホールに捕まれば、光といえども脱出できない。すなわち、速度はゼロになる。

光速のレベルになると、速度を増すことによって(運動する事によって)時間が進み方が遅くなるといった、単純に光の速度が速い/遅いだけでは考えられない事があると思うけれど、宇宙が膨張しているかどうかに関して言うと、そんな難しい問題ではないような気がしてならない。

いえ、シロートの妄想ですよ。これは。

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ケプラー186f

NASAが地球によく似た惑星「ケプラー186f」を発見したと発表した。
太陽に近すぎず遠すぎず、水が存在する可能性があり、生命の誕生に最適な環境であり、「地球のいとこ」と言える存在だとか。

ケプラー186f

生命の誕生や、生命がはぐくまれるためには、水の存在が不可欠だと言う。
しかし ずんべは、どうにもこの説に疑問がある。
生命にとって、水は本当に不可欠なんだろうか?

こんな事を書くと、おそらく科学者は「自分自身を見てみろよ、水無しで生きていけるか?」と言うだろう。
しかし、ちょっと待てよ。
水を必要とする生命群は、これまでにいくつ発見されている?
答えは、たったひとつだ。そのひとつとは、もちろん地球上の生命群だ。

つまり、これまでに研究の対象となっている生命群のN数は、たった1である。
N数=1の結果だけで、広大な宇宙に存在するかもしれない様々な生命の条件として「水が不可欠である」と結論付けるのは強引ではないだろうか。

そもそも、「水を必要とする生命群」も何も、「生命群」というもの自体が、たったひとつしか発見されていない。
全宇宙的に見たら、我々が言うところの「生命の定義」すら怪しいのではないか。

ダーウィンの進化論によれば、生命は自分が置かれている環境に適応して進化していくという。
我々地球上の生命体が水を必要とするのは、水があるから生命が生まれたのではなく、生命が生まれた環境、すなわち地球に、たまたま水が多く存在していたから、その水に適応して進化してきた結果であるとは考えられないのだろうか。

どんな条件下でも生命が誕生するとは思わないが、生命が誕生する条件がひとつであるとも思わない。
ちなみに ずんべ は、地球外生命は存在していると思っている。
そして、その地球外生命は、我々の想像だにできないものだと思う。
形態も、生命維持の方法も、思考も、そして、その生命が存在している環境も。

残念ながら、ずんべ が生きているうちに地球外生命が発見される可能性はゼロであろうが、できる事なら、1万年くらい長生きして、ぜひとも地球外生命を見てみたい。

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