宇宙地球科学1 2013/04/09

(1)

宇宙地球科学 1 2013/04/09

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

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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。

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）

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ストーンヘンジ（イギリス）

夏至の日の日の出

(4)

星座全天で 88 個

(5)

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。

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日食

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）

写真と図は

http://www.mhhe.com/physsci/a stronomy/arny/instructor/ch01i magebank.html より転載

(7)

2012/05/21

7:29

7:30

8:41

撮影：林田理学研究科F棟より

(8)

月食

写真と図は

http://www.mhhe.com/physsci/a stronomy/arny/instructor/ch01i magebank.html より転載

2011/12/10の月食撮影by林田

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地球の大きさを測る

（エラストテネス BC235 頃）

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直径は？

図はhttp://www.mhhe.com/physsci/a stronomy/arny/instructor/ch01i magebank.html より転載

(10)

付録）三角関数を使わずに

θ が小さいとき ( 角度は radian 単位）

a

b θ c

c =a sin θ ~a θ

=b tan θ ~b θ

A

B C

C =2A sin( θ /2) ~a θ

=2B tan （ θ /2) ~b θ

θ

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アリスタルコスによる月の大きさの測定

http://kakuda.ed.niigata-u.ac.jp/semi/ob/thesis/99niwata_thesis2-21/space/before/before.html

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

(12)

太陽までの距離

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）

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月までの距離、太陽の大きさ

l

d D

L

l d L = D

例えば l _m を決めて d _m を測定する。月の大きさ D _m がわ

かっていれば月までの距離 L _m 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 L _s がわかってい

れば太陽の大きさ D _s がきまる。

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（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

多様な現象を整理すること（数字を使って）

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

より深く現象を見るための装置を開発する

こと

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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 =3 ｘ 10 ⁸ m/s=30 万 km/s)



1 光年～ 9.5 ｘ 10

¹⁵

m “ 遠くの天体を見ること～昔をみること”

 パーセク



年周視差 1 秒角の距離



1pc=3.1x10

¹⁶

m=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

1″

1pc

1AU

(16)

質量、時間の尺度

 質量

 地球の質量 ~6x10 ²⁴ kg

 太陽の質量～ 1M

_◎

＝ 2 ｘ 10 ³⁰ ｋｇ

 銀河の質量～ 10 ¹¹ M

_◎

 時間

 恒星の年齢１ 00 万年～１ 00 億年

 宇宙の年齢１ 38 億年

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オーロラアラスカ / チェナ温泉 2011.12.30 撮影 by 林田

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惑星（木星）

 ハッブル望遠鏡による観測

 赤班の変化

 大きさ 25000 ｋｍ



Hubble Heritage Team

(STScI/AURA/NASA) and Amy

Simon (Cornell U.).

より

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太陽

 ひので衛星（日本の太陽 X 線観測用人工衛星）による観測

 X 線（レントゲン線）画像

 国立天文台 /JAXA 提供

(20)

天の川

Steward Observatory and NOAO 撮影Copyright

http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/instruct or/graphics/ch15/1501.htmlより

国立天文台提供

(21)

球状星団

 球状星団 M80

 29 万光年の距離

 約１０万個の星の集団

 年齢 150 億年程度と推定されている

 cf 最近測定された宇宙の年齢～ 137 億年

写真はSTScI/NASA提供

http://hubblesite.org/gallery/showcase/te xt.shtml より

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暗黒星雲と散光星雲オリオン座

 馬頭星雲

 オリオン星雲

Photo from UK Schmidt plates by David Malin.

http://www.aao.gov.au/images/captions/uks001.htmlより

http://www.aao.gov.au/images/captions/aat019a.htmlより http://www.davidmalin.co

m/fujii/source/af5- 28_72.htmlより

ＨＩＩ領域

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 天の川のダークレーン

 暗黒星雲（分子雲）が帯状に分布している。

 散開星団

 すばる（年齢～１億年）

 星団中のガスが若い星に照らされて光っている

http://www.aao.gov.au/images/captions/aat028.htmlより

Photograph from UK Schmidt plates by David Malin.

http://www.aao.gov.au/images/captions/uks018.htmlより

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超新星１９８７ A

 1987 年 2 月マゼラン星雲で起こった星の大爆発

http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/instruct or/graphics/ch13/1322.htmlより

宇宙地球科学1 2013/04/09