カーナビなどの宇宙技術 | 普段の生活で使われているものの仕組み

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普段何気に生活している中で、宇宙開発の為に考えられた技術が使われているものがたくさんあります。



①カーナビ

カーナビ(正式にはカーナビゲーションシステム)は、車に取り付けたアンテナで宇宙の衛星からの信号をキャッチする事で、現在の車の位置を地図上に映してくれるシステムです。

このカーナビは、アメリカが軍事目的で開発したものを転用したものです。

カーナビが常に現在地を表示できるのはGPS(全地球測位システム)と呼ばれる人工衛星からの信号を受信し続けている為なのです。

地球上空2万1000kmを24個の衛星が6つの軌道上を周回しています。

この衛星からは極めて正確な時計情報が送信されており、到着するまでの時間差を計算することで現在地を算出する仕組みです。

②天気予報

カーナビと同様に、衛星からの情報を利用しているのが天気予報です。

気象衛星によって雲の動きを観測し、そのデータで毎日の天気を予測しています。

③断熱シート

スペースシャトルで使用されている断熱材がレーシングカーにも応用されています。

初めはストックカー(市販の車のエンジンを改造した競技用自動車)に使われたのですが、徐々に他のスピードレースカーにも使われるようになりました。

スピードレースカーには熱くなる個所が多数あり、コックピット内は摂氏60~71度にもなります。

そのため、ドライバーに火膨れができることさえあったそうです。

ストックカーのチャンピオンがケネディ宇宙センターを見学したのがきっかけとなり、スペースシャトルの断熱材をストックカーの熱を防ぐために使用することになりました。

その結果、コックピット内の温度は摂氏32~43度に改善され、温度環境が改善されたストックカーは好成績をあげたのです。

現在では多くのレースカーに使用されています。

④ハセップ

食品の中でバターやチーズなどの乳製品にたまに見受けられるのが、「ハセップ(HACCP)」というマークが付いた製品です。

このハセップとは、アメリカのNASAで考えられた食品の安全管理の方法のことであり、宇宙飛行士が宇宙で食事をした際に食中毒にかからないように、食品が完成するまでの過程を厳しく管理して、食品の安全性を高める方法です。

つまり、ハセップのマークが付いた食品は、宇宙食と同様に、厳しい安全管理のもとでつくられたものと言えます。

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【UV対策】紫外線とは | オゾンによって守られている地球

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紫外線ってよく耳にする言葉ですよね。

夏に紫外線を長時間あびると肌が焼けてしまい良くないと言われています。

では、その紫外線とはどんなものなのでしょうか。



紫外線とは

太陽の光には虹色のように赤から紫までの様々な色の光が含まれています。

さらに、人間の目で見える光以外にも、人間の目では見えない光が地球に届いています。

紫外線(Ultra Violet 略してUV)は、見えない光の一種です。

高いエネルギーを持つ為、皮膚に当たると日焼けをしますが、ひどい場合には皮膚がんの原因になることもあります。

紫外線は、可視光線(目に見える光線)よりも波長が短く、またX線より長い電磁波であり、地球の表面に届く太陽光線全体の中の約6%ほどと言われています。

赤外線が熱的な作用を及ぼすことが多いのに対して、紫外線は殺菌作用や日焼けなどの化学変化の作用が大きいのが特徴です。

このため「化学線」とも呼ばれており、紫外線は1801年に、ドイツの物理学者のリッターによって発見されました。

紫外線から地球を守るオゾン層

太古の地球には、太陽からの有害な紫外線がそのまま降り注いでいました。

やがて、最初の生物が海で誕生しましたが、紫外線が降り注ぐ危険な地上には住む事ができませんでした。

やがて、植物が光合成によって生み出した酸素が大気の中に含まれるようになると、地上の環境が変化したのです。

大気に含まれる酸素に紫外線が当たると、オゾンという物質ができます。

そしてオゾンは、地上15~30kmの高さに層となって地球をおおうようになりました。

これがオゾン層です。

このオゾン層が、太陽から届く有害な紫外線を吸収してくれるようになったおかげで、約4億年前に生物が陸に上がってくることができたと言われています。

オゾン層とは

オゾンは酸素原子3個からなる気体です。

大気中のオゾンは成層圏(約10~30km上空)に約90%存在しており、このオゾンの多い層を一般的に オゾン層といいます。

成層圏オゾンは、太陽からの紫外線を吸収し守るだけでなく、紫外線を吸収するため成層圏の大気を暖める効果があり、地球の気候の形成にも大きく関わっているのです。

上空に存在するオゾンを地上に集めて0℃に換算すると約3ミリメートル程度の厚さにしかなりません。

このように少ない量のオゾンが有害な紫外線を防いでくれているのです。

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太陽から届くエネルギー | 地球は太陽に支えられている

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毎日東から上って西へ沈む太陽。

太陽の光があってこそ私たち人間は地球で暮らす事ができています。

太陽のエネルギーはどこから来る?

太陽の中心は約1500万℃と非常に高温で、水素原子が激しくぶつかり合いヘリウムを生成しています。

この現象は「核融合反応」と呼ばれ、膨大なエネルギーを生み出します。

つまり、この核融合反応が太陽のエネルギーの源になります。

こうして生み出されたエネルギーが、太陽の外へと伝わっていくのです。



太陽の9割が水素

太陽の成分は主に水素とヘリウムです。

その割合は、水素が約92%で、ヘリウムは約8%です。

太陽は、そのたくさんある水素を使って、あと50億年は核融合反応を続けることができると考えられています。

19世紀の終わりまで、ヘリウムは地球には存在せず太陽にしかないと思われていた為、太陽を表すギリシア語の「ヘリオス」から、ヘリウムという名前がつけられました。

地球に届く太陽のエネルギー

太陽で生み出されたエネルギーは、光や太陽風など、様々な形で宇宙へ送り出され、それが地球まで届きます。

その中でも割合が最も大きいのは光のエネルギーであり、地球には約8分で到達します。

しかし、地球に届く太陽のエネルギーは、エネルギー全体のうちわずが20億分の1にしか過ぎません。

太陽は地球のエネルギー源

太陽が生み出すエネルギーは、わずか1日分で人類がこれまでに使ったすべてのエネルギーをまかなえるほどです。

地球が冷たい宇宙の中に存在しながら、適度な温度を保てているのは、太陽からの適度な距離と、太陽から届く適度なエネルギーのおかげなのです。

地球では、太陽の光によって海面が温められ、蒸発した水が上空で冷えて雲を作りやがて雨を降らせます。

葉緑体を持つ植物が、太陽の光を浴びて光合成をすることで栄養を創り出し、その栄養が動物の命を支えています。

地球で暮らす人間や植物、動物にとって太陽のエネルギーは欠かせないものなのです。

太陽エネルギーを利用した発電

太陽から届くエネルギーは発電にも利用されています。

例えば「太陽光発電」は、太陽の光のエネルギーを電気エネルギーに変換する装置です。

自然に生まれるエネルギーを使うほどエコなことはありませんね。

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【歴史に名を残す人物】車いすの宇宙物理学者ホーキング博士の生涯

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難病を抱えた「車いすの天才物理学者」と知られているスティーブン・ホーキング博士が76歳でこの世を去りました。

英主要メディアが親族の話として、ケンブリッジの自宅で亡くなったと、2018年3月14日に報じました。

冥福をお祈りいたします。



車いすのホーキング博士

ホーキング博士は、21歳のときに運動ニューロン疾患(MND)の進行により、車いす生活を強いられました。

ただ、医師からは余命2年とも言われていたものの、幸いにも病状の進行が非常に遅かったため今日まで生き続ける事ができ、50年あまりにわたって研究を続けることができました。

その代表的な業績といえば、数学者で宇宙物理学者のロジャー・ペンローズ氏とともに一般相対性理論と関わる分野で理論的研究を前進させ、1963年にブラックホールでは一般相対性理論が破綻するという特異点定理を証明し世界的に名を知られた。

1971年には「宇宙創成直後に小さなブラックホールが多数発生する」とする理論を提唱、1974年には「ブラックホールは素粒子を放出することによってその勢力を弱め、やがて爆発により消滅する」とする理論(ホーキング放射)を発表そしました。

量子宇宙論という分野を形作る基を築き上げた第一人者であり、現代宇宙論に多大な影響を与えた人物であります。

このホーキング放射の発表では、科学誌Natureの表紙を飾ることになり、ホーキング博士は一躍全世界にその名前と姿を知られることとなりました。

ホーキング博士の人気は世界中にわたる

1988年に発表された書籍『ホーキング、宇宙を語る』はロンドン・サンデータイムズ紙で長年にわたってベストセラーとなり、20年のあいだに発行数1000万部以上を記録しました。

2014年には、ホーキング博士を献身的に支えた前妻ジェーンとの物語を綴った映画『博士と彼女のセオリー』が公開されました。第87回アカデミー賞では5部門にノミネートされ、博士を演じたエディ・レッドメインが主演男優賞を受賞しています。

ホーキング博士の警告!人類は100年以内に滅びる

近年発展を続けるAIについては博士は懐疑的で、2015年にはアップル共同創業者のスティーブ・ウォズニアック、SpaceX CEO イーロン・マスクらとともにAIを搭載する自律ロボット兵器の開発使用禁止を訴える書簡を国連に提出したりもしていました。

ホーキング博士は、新しい技術が間違った方向に進む可能性があることを強調し、それを扱う人類のあり方について警告を発していたようです。

天才物理学者のアルベルト・アインシュタインもそうだったように、彼と同様にホーキング博士は、科学技術が社会に与える影響を私たち人類が充分に考慮し、正しい方向を向いていることを確実に明確にしていくべきだと指摘しました。

つまり、私たち人間が科学に対する基礎的な理解を持ち、確かな知識に基づいて地球の未来を客観的に考え、意見を表明できる必要があるということです。

博士が、このような発言を繰り返していたのは、まさに、私たち人類に科学への感心を持ってもらい、地球の未来が破滅にならないように警告をしていたためであり、それが科学者としての責務であると自覚していたのだといえます。

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【宇宙人はいるのか?】「Wow!シグナル」宇宙人からのシグナル

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この広大な宇宙に地球人以外の宇宙人は存在するのでしょうか。

一度位はそんなことを想像したことがあるのではないでしょうか。

1977年、科学者たちは、宇宙人からのメッセージと思われる信号をキャッチする事に成功しました。

それは「Wow!シグナル」と呼ばれるものです。



「Wow!シグナル」とは

1977年8月15日、SETI(地球外知的探索)のプロジェクトの観測に携わっていた、オハイオ州率大学のジェリー・R・エーマンが、ビックイヤー電波望遠鏡で宇宙からの謎の電波信号をキャッチしました。

その信号は恒星間の通信での使用が予想される信号の特徴をよく表していました。

また、地球の電波が人工衛星に撥ね返ってきたものではない根拠として、その信号は水素原子の電波とされ、それは地上で使用が禁じられているものでした。

この水素線の周波数は、電波天文学のために「保護されたスペクトル」で、地球で製造された送信機はこの周波数の電波を送信することを禁じられていたのです。

そのため、どこかで反射したという可能性はありません。

通常の電波の表示は1~3であり、高くても7位までですが、それが急に「6EQUJ5」という奇妙な高い数字に跳ね上がったのです。

その謎の信号は72秒も続きました。

とても驚いたエーマン氏が受信データのプリントに「Wow!」と書き記したことから、この謎の信号が「Wow!シグナル」と呼ばれているのです。

またその後の調査で、この信号はいて座の領域からきていることが分かりました。

Wow!シグナルは狭い周波数に集中した強い信号で、条件を見ていくと太陽系外の地球外生命によって送信された可能性が高いとされています。

今に至るまで地球外生命体(宇宙人)がいることを示す最も有力な手がかりとされているが、残念ながらその起源は謎のままであります。

その後も、地球外生命体の探査はなされ、数十年に渡って同じ信号(または類似の別な信号)をキャッチしようとが試みが続けられてきましたが、結局何もとらえられず失敗に終わりました。

エーマン氏はこう言い残しています。

「それは私が今まで見た中で最も奇妙な信号でした」と。

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【宇宙人は存在するのか】地球外生命体を探すオズマ計画

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宇宙人はこの宇宙に存在するのでしょうか。

地球外生命体がいると考えている科学者たちによって、これまで様々な試みがなされました。

1960年にはアメリカのグリーンバンク天文台で、宇宙人からのメッセージを探す「オズマ計画」がおこなわれました。



オズマ計画とは

1960年、地球外知的生命体探査の為に、世界初の電波による「オズマ計画」が行われました。

この計画はアメリカの天文学者フランク・ドレイクによって提案されたもので、ウェストバージニア州のグリーンバンク国立電波天文台にて実施されました。

フランク・ドレイクは宇宙にどれだけの知的文明が存在するか計算するドレイクの方程式を提唱したことでも有名です。

くじら座タウ星およびエリダヌス座エプシロン星をターゲットとし、1.42ギガヘルツの電波と水素原子の出す波長について30日間にわたり観測されました。

宇宙のすべての波長を調べるというのはさすがに無理があります。

ですので、宇宙人が地球に向かって通信しようとする際に何を使うのか、どんな波長を使うかをあらかじめ想定して、それをキャッチしようとしたのです。

そのあらかじめ想定された波長である水素は電波を出しています。

なぜ水素が選ばれたかというと、この宇宙では水素がいちばん多いからです。

宇宙に存在する物質の9割が水素といわれているため、宇宙人は交信にその波長を使うのではないかと、当時の科学者が想定したというわけなのです。

しかしながら、宇宙人からのメッセージと考えられる信号をキャッチする事はできませんでした。

なお、「オズマ」の名はライマン・フランク・ボームの『オズの魔法使い』シリーズの主要登場人物で、作者がオズマ姫が住むオズの国と無線通信を試みたという話に由来していると言われています。

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【分かりやすく説明】重力レンズとは ~アインシュタインの相対性理論~

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アインシュタインの相対性理論では、太陽や銀河などの強い引力をもつ「重力源」の周りの空間は曲がっていて、そこを通る光も曲がって進むとされています。

遠くにある天体と同じ方向に、銀河や銀河団などの大きな重力源があると、その天体がいくつもあるように見えたり、変形して見える事があります。

これは重力源によって、光が曲がってしまう為です。

このように、重力がレンズのように働く事を「重力レンズ」といいます。

この重力レンズの効果によって、私たちは、ゆがめられた宇宙の姿を見せられるのです。

重力レンズのしくみ

例えば、はるか遠くにある天体と私たちの間に重力源となる銀河があるとします。

すると光は、曲げられた進路を進む為、「私たちには天体はゆがめられた姿となって見える」というものです。

地球から50憶光年離れている位置にある銀河団が重力源となって、その2倍遠くにある銀河の像をいくつも宇宙につくりだしています。

遠くの暗い天体がより明るく見えるのも、重力レンズの働きのおかげだと言えます。

天然の天体望遠鏡ともいえる重力レンズは、様々な情報をもたらし、宇宙の研究に

役立っているのです。

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【分かりやすく説明】オーロラのしくみ ~太陽とオーロラの関係~

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オーロラと言えば極地で夜空に見られるとても綺麗で神秘的な発光現象ですね。

なぜそんなオーロラが夜空に見られるのでしょうか。

ここでは、オーロラの仕組みについてお伝えします。



オーロラは太陽からの「太陽風」により起こる現象

地球には太陽からの光や熱だけでなく、太陽風も降り注がれています。

太陽風とは、プラズマ状の電気を帯びた小さな粒が、太陽の表面の爆発によって放出される風の事であり、不定期に起こります。

太陽風の規模によって異なりますが、太陽から放出されたエネルギーは2~3日で地球に届きます。

地球には磁場があり、その壁によって、宇宙空間を漂う宇宙線や放射線から守られていますが、太陽風に含まれているプラズマ粒子は磁場の隙間をかいくぐり、地球磁気圏に突入してきます。

プラズマ粒子は、太陽の反対側の夜にあたる磁場の隙間から多く進入する為、極地の夜空に見られるのです。

地球の磁力線は、地球に対してほぼ垂直になっていますので、北極や南極地方からプラズマ粒子が地球に侵入するというわけです。

ですから、日本の上空など地球の側面からは入ってくることができません。

日本でオーロラを見る事が出来ないのは、磁場がある為です。

このようにして地球に入ってきた太陽風の粒が、オーロラを発生させることになるのです。

北極や南極地方から入ってきた太陽風の粒が、地球から100~400kmのところで酸素原子や窒素分子などと衝突すると、光を放出します。

これがオーロラのもとなのです。

太陽風のプラズマ粒子は、連続して地球の分子と衝突を繰り返し、カーテンのような様々な形を夜空に美しく描き出すことになるのです。

オーロラは北極と南極地方のみ見られる

オーロラを発生させるもととなる太陽風の粒は、地球の北極や南極地方からしか地球に入ってくることができないので、オーロラは北極や南極地方だけの現象となるのです。

太陽の爆発の活動が活発になると太陽風も強くなる為、地球にたくさんの太陽風が吹き付けられます。

その為、オーロラも発生しやすくなるというわけなのです。

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【基礎知識】流れ星とすい星の違い ~楽しく天体観測~

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流れ星とすい星が違うものだということはご存じでしょうか。

流れ星とすい星は、みかけが似ている為、それらを混同してしまいがちです。



流れ星とは発行現象

流れ星は、小さな粒のチリが、地球の引力に捕まり、地球の大気に飛び込んだ時に見られる発光現象です。

秒速数十㎞もの速いスピードで飛び込んでくるため、大気との激しい摩擦により燃え尽き、その際に光って見えているのです。

ですので、基本的にはあとには何も残りません。

これらのチリの正体は、太陽系の中を回っている微小天体であり、主に、すい星がその軌道上にまき散らしていったものです。

それを地上から見ると、キラリと光る筋に見えるのです。

約地上100kmくらいの大気中で燃えて光ります。

そのチリの群れの中を地球が公転し横切るとき、流れ星がたくさん飛ぶ「流星群」が見られます。

すい星と流星群の軌道がほぼ同じ為、すい星のまき散らしたチリの群れが流星群になっている事が分かります。

地球は毎年同じ頃に流星群の軌道を通過する為、毎年決まった頃に同じ流星群が見られるというわけなのです。

すい星は核を持った天体

すい星は、周期的に太陽の周囲を回る天体です。

中でも、76年程度の周期で地球に近づく「ハレー彗星」が有名です。

次回は2061年に出現すると考えられています。

すい星は、小さな核の周りに大きくぼんやり広がる「コマ」があり、その頭部分からのうきのように長くのびる「尾」があります。

すい星の核は、チリと氷のかたまりで出来ています。

すい星は太陽に近づくと熱で溶けてきて、それが「尾」になり、流れ星と似た形になるのです。

すい星の核の大きさは直径が数キロメートルしかなく、太陽系の他の天体に比べれは小さいと言えるでしょう。

流れ星と隕石との違い

流れ星のもとになるものは、ほとんどがすい星から生まれた小さなチリの為、地上に落ちる前に燃え尽きてしまいます。

それに対して、隕石は、岩石や鉄で出来ており、大気圏に突入した時に燃え尽きずに地上に落下することがあるのです。

隕石の多くは、小惑星帯から飛んできた破片です。

流れ星はいつ見えるのか

流れ星のもとになるチリは、実は絶え間なく地上に降り注いでいます。

ですので、照明のない山の中などに行けば、少ない数ではありますが、流れ星を見ることができます。

しかし、毎年、特に流れ星がたくさん見える時期があります。

「ペルセウス座流星群」は、毎年8月12日~15日頃によく見る事ができる流星群ですが、ペルセウス座という星座を中心に、1時間に50個ほど流れ星が見えます。

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ブラックホールで過去にタイムトラベル出来る? ~相対性理論~

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理論上、未来へのタイムトラベルは有名な「ウラシマ効果」のように、可能だと考えられています。

では、過去へのタイムトラベルは出来るのでしょうか。

理論上は出来る可能性があると言いまずが、とても難関な旅だと言えます。



2つのブラックホールでつくるタイムマシン

過去へのタイムトラベルは、カルフォルニア工科大学のキップ・ソーン博士らのグループによって考えられています。

それは、ワームホールを使ったタイムトラベルです。

ワームホールとは、ブラックホールを2つつなげたような時空の事をいいます。

2つのブラックホールをつなげる為には、ワームホールをつくり出さないといけません。

タイムトラベルをする際に、事象の地平線の中に入ってしまうと二度と外には出れなくなる為、ワームホールをつくるときには、事象の地平線があらわれないようにくっつけてやる必要があります。

もしも、このやり方が可能であるならば、過去へのタイムマシンをつくる事が出来るというのです。

下記に、ワームホールを使って過去にタイムトラベルする方法を述べています。

 

①ブラックホールを二つつなげて、ワームホールをつくります。2つのブラックホールは同じ時刻で繋がっています。

 

 

 

 

②A地点のブラックホールの入り口をその場に止めておいて、B地点にあるワームホールの入り口を光速近くの速さでCまで運動させてから、元のB地点まで戻します。

 

③アインシュタインの相対性理論によれば、光速やそれに近い速さで運動する物体の時間は遅れます。つまり、静止していたA地点の時刻に比べ、運動していたB地点の時刻は遅れてしまいます。

 

 

 

 

④B地点の入口を往復させ終わった時の時刻をPM19:00だとします。しかし、相対性理論により、B地点の時刻は遅れる為まだPM1:00です。
A地点の入り口にいた人が宇宙船に乗り、PM19:00に出発し、1時間かけてB地点に着き、B地点のワームホールの入り口に入ったとします。

 

 

 

 

 

⑤B地点のワームホールの入り口に入った時刻は、               この人にとってはPM20:00ですが、実際のB地点の時刻は、PM1:00から1時間経過したPM2:00であります。
2つのワームホールの入り口は同じ時刻で繋がっている為、B地点の入り口に入った人はA地点の入り口からPM2:00に飛び出してきます。
PM19:00に出発したはずが、過去にさかのぼってPM2:00に同じ場所に戻ってきたことになるのです。








 

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