宇宙の尺度 - 大阪大学X線天文グループ

宇宙地球科学1
2014/04/15
イントロダクション＋宇宙の尺度
林田 清
http://wwwxray.ess.sci.osaka-u.ac.jp/~hayasida/
の下の“授業”に資料あり
大阪大学CLEにも同じ資料を置く予定
授業概要・目標
• 授業の目標：人類は、自分自身が存在するこの世界を理解するた
め、長きにわたってさまざまな観測や実験を重ねてきた。この講義で
は、宇宙と地球に関わるいくつかの重要な基本概念の紹介を行うとと
もに、遠い宇宙から地球に至る様々な天体について、それらを構成す
る物質やその起源、あるいはそれらの歴史について述べ、そこで発生
する種々の現象やその原因、物理化学的構造、またそれらを探る科
学的手段などについて、初等的な知識から最新の観測に至る宇宙観・
地球観の解説を行う。
• 成績評価（宇宙編も地球編も）はレポートと出席。
• 宇宙編では小テストや宿題によって出席点に代替します
• 参考文献（宇宙編に関して）
• 宇宙科学入門 尾崎洋二著 （東京大学出版会）
• 教養のための天文学講義、米山忠興著（丸善）
• http://glencoe.mcgraw-hill.com/sites/0010202009/student_view0/
（Explorations: An Introduction to Astronomy! という本のホームペー
ジ）
ストーンヘンジ（イギリス）
夏至の日の日の出
写真は http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/instructor/ch01imagebank.html より転載
Copyright ©1999 The McGraw-Hill Companies
星座
全天で88個
メソポタミア起源
ギリシア時代48星座
16世紀以降南天が加わり
1928年に88星座に確定
写真は http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/instructor/ch01imagebank.html より転載
Copyright ©1999 The McGraw-Hill Companies
西洋占星術と黄道１２星座
• 西洋占星術の源流は、今から約４千年ほど前、チグリス・
ユーフラテス川流域 。
図は http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/instructor/ch01imagebank.html より転載
Copyright ©1999 The McGraw-Hill Companies
日食
写真と図は
http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/instructor/ch
01imagebank.html より転載
Copyright ©1999 The McGraw-Hill Companies
• 中国の日食，月食の観測記録で最も古いものは紀元前
776年8月の月食と同じ年の9月の日食で，これはバビロニ
アでの記録より，各々55年，13年早い． (美星町 星の
データベースより）
2012/05/21
7:30
7:29
8:41
撮影：林田 理学研究科F棟より
月食
写真と図は
http://www.mhhe.com/physsci/a
stronomy/arny/instructor/ch01i
magebank.html より転載
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2011/12/10の月食 撮影by林田
2015/4/15 ハワイ月食の中継
http://weathernews.jp/eclipse2014/
図は
http://www.mhhe.com/physsci/a
stronomy/arny/instructor/ch01i
magebank.html より転載
Copyright ©1999 The McGrawHill Companies
地球の大きさを測る
（エラトステネス BC235頃）
7.2°
7.2°
• シエネとアレクサンドリア（南北に位置する）の距離
800km
• アレクサンドリアでの影の角度7.2度
• これから推定される地球の半径は？
エラトステネスの測定から計算する地球の
半径
•R = 800 ×
360
7.2
×
1
=6366km
2𝜋𝜋
•最新の測定によると
•赤道半径:6378km
•極半径: 6357km
付録）三角関数を使わずに
• θが小さいとき(角度をradian単位でとると）
a
c
θ
c
=a sinθ ~aθ
=b tanθ ~bθ
b
A
θ
B
C
C
=2A sin(θ/2) ~aθ
=2B tan（θ/2) ~bθ
アリスタルコスによる月の大きさの測定
図は
http://www.mhhe.com/physsci/a
stronomy/arny/instructor/ch01i
magebank.html より転載
Copyright ©1999 The McGrawHill Companies
アリスタルコスの地動説
(1) 恒星と太陽は
不動である。
(2) 地球は太陽を
中心として円運動で
回転している。
(3) 恒星天球は膨
大な大きさをもって
いる。
月は地球の
大きさの約
1/3.5
http://kakuda.ed.niigata-u.ac.jp/semi/ob/thesis/99niwata_thesis2-21/space/before/before.html
太陽までの距離
図は
http://www.mhhe.com/physsci/a
stronomy/arny/instructor/ch01i
magebank.html より転載
Copyright ©1999 The McGrawHill Companies
90°
• アリスタルコスは半月のときの太陽と月の角度から太陽ま
での距離を月までの距離の約20倍と推定(現在の測定で
は約400倍）
月までの距離、太陽の大きさ
D
d
l
l d
=
L D
L
例えばlmを決めてdmを測定する。 月の大きさ
Dmがわかっていれば月までの距離Lmが決まる。
太陽に関しても同様の測定をすると、太陽まで
の距離Lsがわかっていれば太陽の大きさDsが
きまる。
（もっとも古い科学）天文学の発展
•観測して現象に気がつくこと
•現象を記録すること
•多様な現象を（数字を使って）整理すること
•現象を説明するための描像をたてて、それ
を検証すること
•他の人、後世の人に伝えること（著書、論
文）
•より深く現象を見るための装置を開発する
こと
天文学特有の単位 ～長さ




地球の１周 40,000km, 半径6,400km
太陽の大きさ～地球の約110倍
天文単位(AU)：太陽と地球の距離～1億5000万km
光年：光が1年間に進む距離 (光速=3ｘ108 m/s=30万km/s)


パーセク



1光年～9.5ｘ1015m “遠くの天体を見ること～昔をみること”
年周視差1秒角の距離
1pc=3.1x1016m=3.3光年
天体の大きさと距離 典型的に




恒星間の距離～1pc
銀河の半径～10kpc
銀河と銀河の距離～1Mpc
宇宙の地平線まで～5000Mpc
1pc
1AU
1″
質量、時間の尺度

質量
地球の質量~6x1024kg
 太陽の質量～1M◎＝2ｘ1030ｋｇ
 銀河の質量 ～ 1011M◎


時間
恒星の年齢 １00万年～１00億年
 宇宙の年齢 １38億年
