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宇宙の大きさをスケールモデルを使って実感する

現在の宇宙の姿(5)宇宙のスケールモデル

岡村定矩
東京大学名誉教授
情報・テキスト
今回は、スケールモデルを使って、宇宙の大きさを実感する。太陽を直径4 センチメートルのピンポン球としてスケールモデルを作ると、地球は砂粒くらいの大きさになり、それらの距離は4メートルになる。太陽に一番近い恒星まで距離は1200キロメートルで、ピンポン球3000万個分にもなる。一つの銀河の中で星同士の間はスカスカだが、宇宙の中では銀河同士は混み合っている。実際に銀河同士が衝突して1つの銀河になることもある。(全6話中第5話)
時間:14:43
収録日:2018/12/26
追加日:2019/06/17
ジャンル:
≪全文≫

●宇宙ステーションは、天文学の宇宙からすれば、ほんの入り口にすぎない


 「現在の宇宙の姿」の第5回です。今回は、「宇宙のスケールモデル」というお話です。

 これまでの講義から、宇宙というのは相当大きいなと、皆さんに思ってもらえたと思います。今回の講義の目的は、スケールモデルを使って、それを実感していただくことにあります。

 その前に、最も身近に感じられる宇宙を見てみましょう。しばらく前までは、「宇宙といえばスペースシャトル」でした。しかし、スペースシャトルは、2011年7月に30年間の活躍の幕を閉じました。今では、「宇宙といえば国際宇宙ステーション」です。これが一番身近な宇宙だと思います。

 この国際宇宙ステーションは、地球からどのくらい離れた所を飛行しているのでしょうか。

A:約40キロメートル
B:約100キロメートル
C:約400キロメートル
D:約1000キロメートル

 この4択から選んでください。ジェット機はだいたい、高度10キロメートルのところを飛んでいます。

 正解は、Cの地上から約400キロメートルの上空です。この高さを地球というスケールと比較すると、リンゴの皮くらいのところであることが分かります。この高度でも大気はきわめて薄く「宇宙環境」ですが、天文学でいう宇宙からすれば、ほんの入口でしかありません。


●太陽系のスケールモデル


 まず、太陽系のスケールモデルから始めたいと思います。太陽を直径4センチメートルのピンポン球とするスケールモデルを考えます。このモデルの縮尺は350億分の1です。世界地図の縮尺でも1億分の1程度ですから、桁違いの縮尺で縮めていることに注意してください。

 このスケールモデルで、地球の大きさはどれぐらいになるとお思いでしょうか。地球は太陽のだいたい100分の1なので、0.4ミリメートルになります。0.4ミリメートルというと、見えるか見えないかくらいの砂粒程度です。

 それでは次に、その砂粒(地球)がピンポン球(太陽)からどれだけの距離のところを回っているでしょうか。つまり、地球の軌道半径である1天文単位はどれぐらいになるとお思いでしょうか。

 それは4メートルなのです。ですから、正しいスケールモデルでは、直径4センチメートルのピンポン球(太陽)があるときに、0.4ミリメートルの、見えるか見えないかといった砂粒(地球)が、4メートル先のところを回っていることになります。

 このイメージはなかなか想像をされていなかったことではないでしょうか。実はそれには理由があります。この正しいスケールモデルを書籍に描くことは不可能なのです。ですから、書籍では2種類の図のどちらかが用いられます。一つは、太陽と惑星の大きさの比は正しいが、軌道の大きさの比は正しくないもの、もう一つは逆に、軌道の比が正しく太陽や惑星の大きさの比は正しくないものです。そういう2つの図のどちらか、あるいは両方が書籍に描かれているので、それらから3次元的に正しいスケールモデルを想像することは難しいのです。

 よく日食・月食の絵が、スライドの右下の図のように描かれていて、月や地球の「影が落ちる」という説明がありますね。ところが、今お話ししたように実は地球の影は、ピンポン球から4メートル先のところを回っている0.4ミリメートルの砂粒の後ろにできる影ですから、スケールモデルでいえばそれは髪の毛1本のようなものです。月の影はもっと細いですね。それが地球や月の動きとともに宇宙空間をすぅーっと通り過ぎていっているわけです。その影の中にもう一つの砂粒がピタッと入るのですね。これは奇跡に近いことです。よく説明に使われるこのような図は、理解をしやすくするために、スケールを無視して大きく描いてあるわけです。

 それではこのスケールモデルで、一番外側の惑星である海王星の軌道はどこになるでしょうか。これは120メートルになります。ですから、ピンポン球が太陽だとすると、4メートルが地球の軌道で、120メートルのところが海王星の軌道です。


●太陽と一番近い恒星との距離は、太陽3000万個分である


 銀河系には1000億個の桁の星があると言いました。この図がそのイメージだと思ってください。この中で太陽に最も近い星は、第2回目にMitakaというソフトで見ましたが、ケンタウルス座のアルファ星(α Cen)という星で、距離は4.3光年です。光の速さで4.3年かかるところですね。天文学ではパーセク(pc)という単位をよく使いますが、1パーセクが3.26光年ということを覚えておくと、いつか役に立つかもしれません。

 黄色い二つの星マークが、太陽とα Cenのつもりです。さて先ほどのスケールモデ...
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