なぜ天の川は夜空に見えるのか | 天の川銀河の観測

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夏は天の川を観察できる良い季節です。

夜空を横切るように見えるとても美しい天の川は、なぜそのように見えるのでしょうか。

ここでは、その天の川の正体についてお伝えします。



天の川とは

天の川は、夜空を横切るように見える雲状の光の帯の事をいい、実際に天の川を肉眼で見ると、はっきりとは見えずぼーっとしていて川や乳、あるいは雲のように見えます。

しかし、双眼鏡や望遠鏡を使って見てみると、天の川は、実はたくさんの暗い星の集まりであることが分かります。

東アジアの神話では夜空の光の帯を、川と見ていますので、「天の川」と呼びます。

一方、ギリシャ神話では、これを乳と見ていますので、Milky Way(ミルキーウェイ)と呼ばれるようにもなっています。

帯状に見えている天の川は、実は、地球から天の川銀河を見た時にそう見えているのです。

天の川銀河はなぜ夜空に帯状に見えるのか

まず、銀河とは数多くの恒星や星間ガスなどの天体の集まりであり、天の川銀河は直径約10万光年の薄い円盤のような形をしています。

イメージはどら焼きのような形であり、中心部は、どら焼きのあんこが入った個所のように分厚くなっています。

私達の地球がある太陽系は、銀河系の中心から約3万光年の位置に存在します。

 

 

 

 

 

 

 

この位置、つまり天の川銀河の内側にある地球から、天の川銀河の円盤を眺めた時に見える天体が、私たちの夜空に見える天の川なのです。

地球から銀河系の円盤にそった方向を見ると銀河系の中の星が密集して見えます。

星が密集した部分は銀河系の円盤に沿って私達太陽系のまわりを一周していて、これが、地球上からは天の川として見えるのです。

夏は、地球の夜に当たる半球が銀河の中心を向くので、過密な中心構造のバルジが見える壮大な、比較的はっきりとした天の川を見る事が出来ます。(※バルジ:銀河の中心部に位置する膨らんでいる個所のこと。)
冬は、逆に銀河の外側を向くので、円盤の断面だけのあまり天体が密集していない閑散とした天の川となります。

そのため、冬はそれほど明るく見えません。

天の川を観測するには

実際に天の川を観測するには、街灯などの灯りが少ない山地などが良いでしょう。

光のない夜空の星たちは、びっくりするほど綺麗に映ります。

月あかりでも見えづらくなる為、月が沈んだ時か近くにない時にはもっと綺麗に映し出されることでしょう。

夏でも、山地の夜は非常に寒くなります。

暖かいジャンパーや毛布などを持参して夜空を眺めるといいと思います。

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【夏休みの科学研究】太陽と地球の不思議な関係を調べよう!

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太陽にも地球にも重力があることが知られていますね。

普段の日常生活で、物体から手を離すと下に落下します。

これは、地球の重力の為です。

では、物事を大きくとらえてみましょう。

月は、なぜ地球に落ちてこないのでしょうか。

また、もっと大きなスケールで考えると太陽系の惑星である地球は、なぜ太陽に落ちないのでしょうか。

言い換えると、地球はなぜ太陽に引き寄せられていないのでしょうか。

太陽と地球の関係

太陽は、昔から地球にとって最も身近な天体です。

太陽は自ら光を放つ恒星であり、太陽系の中心に位置しています。

地球は太陽の周りを回る8つの惑星の一つであり、1年かけて太陽の周りを公転しています。

また、公転をしながら、23.4度傾いた軸を中心に1日1回自転もしています。

地球がある「太陽系」は、たくさんある銀河のうち、「天の川銀河」の端の方に位置しています。

つまり、地球は、広い宇宙に無数にある銀河のうち「天の川銀河の端」にある「太陽系」の中の惑星なのです。

太陽の地球の関係と重力について

なぜ、地球は太陽の重力に引き寄せられないのでしょうか。

ここで、実験をしてみましょう。

〈用意するもの〉

・じょうご  ・ビー玉

 

 

 

 

 

①ビー玉をまっすぐじょうごに落としてみよう!

じょうごの広い口を上へ向けると、せまいを「太陽」、傾斜を「太陽の重力」、ビー玉を「地球」と見ることができる。

まずは、ビー玉をまっすぐ落としてみよう。

②ビー玉に円運動をさせてみよう!

円運動をしていない、まっすぐ下に落としたビー玉は、すぐさまじょうごの狭い口に落ちていったはずです。

次は、傾斜のふちに沿って、ビー玉に円運動をさせてみよう。

③円運動をすると、なかなか落ちないビー玉

円運動をするビー玉は、重力を遠心力のバランスが取れているので、なかなか下に落ちません。

遠心力とは、円運動する物体に外側に向けて加わる力のことです。

 

 

 

 

 

 

地球が太陽との距離を保ちながら回転しているのは、この仕組みと同じだからだったのです。

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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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【分かりやすく説明】なぜ宇宙には空気がないのか ~宇宙の不思議~

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宇宙は真空状態です。

宇宙に行った人間が、宇宙服を着てぷかぷか浮かんでいる画を目にした事があるのではないでしょうか。



宇宙が真空状態である理由

宇宙には空気はありませんが、地球には空気は存在します。

地球の空気の成分は、約80%が窒素、約20%が酸素、その他、アルゴンや二酸化炭素などがわずかに含まれています。

また、金星や火星には、地球の空気とちがって、二酸化炭素が割合を占めています。

また、金星や火星より小さな水星や月には空気がありません。

なぜなら、地球と比較すると、水星や月の引力は弱い為、表面に空気を引き付けておく事が出来ないからなのです。

つまり、空気は、引力の強い星の表面だけに存在するのです。

引力の弱い星や、星間では空気は存在しないのです。

地球表面を覆う大気の成分

地球に存在する空気は、窒素と酸素が主成分であるとお伝えしました。

この2つのガスのうち、酸素はもともと地球の空気中にはなく、後から地球に住む植物によって作られたものです。

宇宙の中で地球が造られ、そこに生命が誕生し、その中から太陽の光を受けて、二酸化炭素を酸素に変える植物が生まれました。

地球に存在する空気は、実は地球に住むの生物が徐々に変えていったものなのです。

つまり、地球以外の星には、地球と同じ空気はないという事です。

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【宇宙に浮かぶ地球】なぜ地球は浮いているのか ~宇宙の不思議~

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私たちの住んでいる地球は宇宙空間に浮いているのでしょうか。

地球だけではなく、太陽や月、その他の惑星が宇宙空間に浮いているような感覚になってしまいます。

しかしながら、浮いているのではなく、重力が働く方向に落っこちているのです。



地球は太陽に向かって落ちている

地球は宇宙空間に浮いているのではなく、太陽に向かって落ちています。

「太陽に向かって落ちる」とは、どのような事を述べているのでしょうか。

分かりやすく例を挙げて説明します。

地球上で、ボールを投げると、弧を描いて地面に落ちます。

次にもっと速い速度で投げると、描く弧はさっきよりも大きくなり、ボールは遠くに落ちます。

このようにボールの速度が大きくなればなるほど、弧は大きくなります。

では、ボールを投げる速度をどんどん上げて、ボールの描く弧が、地球を一周するぐらいになったらどうなるでしょうか。

そのような速さでボールを投げる事は不可能ですが、出来ると仮定して想像してみます。

ボールは、投げられた瞬間から地面に落ちようとしています。

地球一周出来るくらいの速度で投げても、地球には空気がある為、空気抵抗による速度減速で、いずれボールは地面に落ちます。

では、空気抵抗のない高さまで持ち上げて投げてやればどうでしょうか。

答えは、「スピードは減速する事なく、永遠に落ち続ける」のです。

これは、地球の人工衛星にあたります。

これと同様に、地球は太陽に向かって投げられたボールのように、「太陽に向かって落ち続けている」のです。

地球は太陽に、太陽は銀河系の中心に落ちています。

地球が太陽から遠ざかろうとする力と、太陽が地球を引っ張る力(重力)の二つの力がほぼつりあっているからなのです。

地球が太陽に向かって落ちている事を地球上に住む私たちが実感出来ないのは、地球の周りにある空気も一緒に落ちている為、相対的に実感出来ないという事です。

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【分かりやすく説明】なぜ地球は回って(自転して)いるのか ~地球の不思議~

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地球は自ら回っています。(これを自転している…と言います。)

ではなぜ地球は自転しているのでしょうか。

また、自転する必要はあるのでしょうか。

ここでは、地球が自転している理由についてお伝えします。



地球が回り続ける理由

地球が回り続けているのは、何らかの外部からの力が地球を回しているからなのでしょうか。

実はそうではないのです。

地球の回転を止めようとするものがない為、地球は回り続けているのです。

例えば、床の上で「こま」を回すと、徐々に遅くなり最後には停止します。

なぜなら床と「こま」の先端との間に摩擦が起きて、こまを止めようとするからです。

もしも、こまの先端が床に触れていない状態で、摩擦や空気抵抗が全く無かったとする状況が作れるならば、こまは永遠に回り続けるでしょう。

摩擦や空気抵抗が無い状態こそが地球なのです。

地球は何もない宇宙空間にあるので、地球の回転を止めようとする摩擦が起きず、永遠に回り続けることが出来るのです。

うず巻くガスやチリから地球が誕生した

ではなぜ地球は回り始めたのでしょうか。

回り続ける条件としては、最初に「回り始める」という過程が無いと回れないですよね。

約46億年前、地球はうず巻くガスやチリの中から誕生しました。

うずを巻く方向に回りながら地球が形成され、摩擦や空気抵抗が無い為、現在に至るまで回り続けているのです。

地球自身の自転と地球が太陽の周りを回る公転は、地球が誕生した時から続いています。

私たちの住む太陽系の中で、地球や他の惑星も全て同じ方向で太陽の周りを回っている理由は、同じ回転するガスやチリの中から誕生した為なのです。

地球は常に時速1700㎞の速さで移動している

では、なぜ地球が動いていることを私たちは感じないのでしょうか。

地球の赤道上にいる人にとっては、地球の回転と一緒に時速約1700㎞もの速さで移動しているのですが、それを体感することは出来ません。

例えば、車に乗っている時、道路の上を走っているのでガタガタとゆれる振動を感じますし、窓を開けると風を感じる事が出来ます。

しかし、地球は何もない宇宙空間の中を移動しているので、そもそも「揺れ」が無い為振動しませんし、人間も、地球の周りの空気も、地球の回転と一緒に同じスピードで動いているので、時速1700㎞いう風を感じる事が無いのです。

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【分かりやすく説明】月はなぜ満ち欠けするのか ~月の満月と新月~

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夜空に浮かぶ綺麗な月。

満ち欠けする月には神話や言い伝えられる謎があり、とても神秘的な存在であります。

では、月はなぜ満ち欠けするのでしょうか。

ここでは、月の満ち欠けのメカニズムについてお伝えします。



月の見え方が変化するのはなぜなのか

月は明るく見える部分の形によって、「新月」、「上弦の月」、「満月」、「下弦の月」など、地球から見た形は様々であります。

月が明るく見えるのは、自ら発光しているのではなく、太陽の光を反射している為です。

太陽と地球、月との距離は充分に遠い為、太陽の光は平行に当たると考えられており、太陽の方向に向いている月の半分は、常に太陽光を反射して輝いている事になります。

では、なぜ月の満ち欠けという現象が起こるのかというと、月が地球の周りを公転しているからなのです。

地球から見て月と太陽が同じ方向にあるときは、太陽の光が反射する部分は地球から観測出来ない為、月は闇に包まれた「新月」となります。

反対に、地球が月と太陽の間にあるときは、太陽の光が反射する部分が地球から観測出来る全ての面になる為、月は「満月」となるのです。

このように、太陽と地球と月の位置関係によって、月の満ち欠けという現象が起こるのです。

月が同じ面しか見せない理由とは

月は常に同じ面しか地球に見せていません。

これは、月の公転周期と月の自転周期が等しい(どちらも約27.3日)為に起こる現象です。

つまり、月は地球の周りを一周する間に、月自身も1回自転しているので、地球からは常に同じ面しか観測出来ないのです。

太陽系において、月以外でこのような現象(母星からは同じ面しか観測出来ない現象)が見られる衛星はいくつかあります。

・火星のフォボス、ダイモス

・木星のイオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト

・土星のタイタン

この公転周期と自転周期の一致は偶然ではなく、惑星と衛星の間に働く潮汐力によって、衛星の自転速度が調整された結果なのです。

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【月と地球の関係】地球の1日の長さはどんどん遅くなっている ~月が地球に及ぼす影響~

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私たちが住んでいる地球では、1日を24時間と定められています。

しかしながら、地球の1日の長さはすこしずつ長くなっているのです。

約46億年前に誕生したばかりの地球では、一日の長さは5~6時間しかなかったと言います。

一日の長さとは、地球が自転を1回するのに要する時間の事です。

地球の自転は長い年月をかけて少しずつ遅くなっているのです。

ではなぜ、地球の自転は遅くなるのでしょうか。



海水が地球にブレーキをかけている

地球の自転が遅くなる原因は月にあります。

地球のたった一つの衛星である月による「潮汐力」と、その潮汐力によって発生する「潮汐摩擦」がブレーキとなり、地球の自転を遅くしているのです。

潮汐力とは、重力の影響で物体が体積を変化させずに変形する現象の事であり、海の潮の満ち引きはその代表例となります。

月の重力によって引き起こされる潮汐力の強さは、地球の重力に比べると1000万分の一と小さいが、地球の表面を覆う海水にとっては影響される大きさの力となります。

月が真上に来た時、海水は月の潮汐力によって引き寄せられ、「満ち潮」となります。

そこから前後90度にあたる場所では、海水は月の方へ引き寄せられている為、「引き潮」となります。

海水は引き寄せられながらもその場にとどまろうとしますが、海底や海岸などの固体部分は回転(自転)を続けようとします。

このとき、液体部分(海水)と固体部分(海底や海岸)の間で摩擦が発生し、その摩擦がブレーキのように作用して地球の自転速度を遅らせてしまうわけです。

一日の時間のずれを「うるう秒」で調整する

「うるう秒」とは、地球の一日の長さを一定にする為に定期的に追加する時間(秒単位)の事です。

「うるう秒」の調整は、地球の回転の観測を行う国際機関である「国際地球回転・基準系事業」が決定しており、これを受けて世界で一斉に「うるう秒」の調整が行われています。

前回のうるう秒の調整は、平成27年7月1日に行われました。
午前8時59分59秒と午前9時00分00秒の間に「8時59分60秒」を挿入され、時間の調整がなされました。

このうるう秒の調整は、昭和47年7月1日から開始され、平成27年7月1日の調整で26回目の調整となります。

現代社会では、特に時間の精密さが問われます。

うるう秒の調整は、地球に生きる私たちにとって重要なのです。

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【分かりやすく説明】太陽系の惑星の分類 ~天の川銀河の中にある太陽系~

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宇宙にはたくさんの銀河があり、私たちが住んでいる銀河を天の川銀河といいます。

天の川銀河には太陽系があり、その中にある惑星として私たちの地球が存在しています。

ここでは太陽系について、その大きさや、その中にある惑星の分類についてお伝えします。



ガスの円盤から生まれた太陽と惑星


46億年前、宇宙空間にあるガスやちりなどの「星間物質」が集まって「星間分子雲」が出来ました。

星間物質は衝突や合体を繰り返し、「原始星」を作り出します。

原始星はその周りにある物質を集め徐々に質量を増し、そのうちに自らの重さで収縮を始めます。

収縮が進むと、内部では水素による核融合が始まって、自ら光を放つようになります。

こうして太陽は生まれました。

太陽が誕生してから100万~1000万年ほどの間に、ちりが集まって微惑星となり、衝突を繰り返して惑星へと成長し、やがて現在の太陽系が出来上がりました。

天の川銀河の中にあるとても小さな太陽系

太陽から地球までの距離は、天文単位(AU)として天文学上の目安のひとつになっています。

1AUはおよそ1億5000万キロメートルで、光の速さで進んでも8分以上かかります。(※光の速さは秒速30万㎞です。)

太陽系全体の大きさは、数百~数万AUもの大きさがあると考えられています。

しかし、このようにかなり大きな存在である太陽系ですが、天の川銀河から見ればほんの小さな存在となります。

太陽系の直径は約1光年で、直径10万光年の天の川銀河に属し、その中心から約2万8000光年離れた「オリオン腕」と呼ばれる部分に位置します。

広大過ぎる宇宙の規模から考えると太陽系はちっぽけな恒星系ですが、わたしたち人類にとっては、その全容すら見る事が出来ていない、とても大きな存在なのです。

太陽系をめぐる8つの惑星とその分類

太陽系は、太陽を中心に公転する8つの惑星と衛星、小惑星や彗星などの天体で構成されています。

8つの惑星のうち、地球よりも太陽に近い惑星を「内惑星」といい、水星と金星がそれにあたります。

逆に太陽から地球よりも遠い惑星を「外惑星」といい、火星、木星、土星、天王星、海王星がそれにあたります。

地球型惑星(岩石惑星)

水星、金星、地球、火星が分類されます。

この惑星たちは、金属を主体とした核の周りを岩石成分が取り巻き、固い地表を持っています。

質量が小さく密度が大きいのが特徴です。

木星型惑星(巨大ガス惑星)

木星、土星が分類されます。

この惑星たちは、岩石や金属を主体にした個体の核を持ち、周りを水素やヘリウムなどのガスが取り巻いています。

地球型惑星に比べると、質量も密度も小さいのが特徴です。

天王星型惑星(巨大氷惑星)

天王星、海王星が分類されます。

この惑星たちは、岩石や金属を主体にした個体の核を持ち、周りを水やメタン、アンモニアなどの氷が取り巻いています。

大気成分は木星や土星に似ていますが、メタンを含んでいる為に赤い色が吸収されて、惑星全体が青く見えます。

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