脳トレ宇宙論 第19話 5％の宇宙② (From Wikipedia)
ハーシェルの描いた天の川銀河
宇宙の基本的構成要素は銀河である。つまり宇宙は銀河の集まりである。また宇宙（銀河）の階層構造 がある。
太陽のように自ら光っている星を恒星という。恒星が集まって星団を形成し、恒星や星団が集まって銀河を形成している。銀河に含まれる恒星の数は、小さい銀河で1000万程度、巨大な銀河では100兆個に達する。
そして銀河の中には星間物質や宇宙塵が集まる星間雲、宇宙線が満ちており、質量の約90%を暗黒物質が占めるものがほとんどである。観測結果によれば、すべてではなくともほとんどの銀河の中心には超大質量ブ ラックホールが存在すると考えられている。これは、いくつかの銀河で見つかる活動銀河の根源的な動力と考えられる。
地球から観測可能な範囲（光が届く範囲）だけでも2000億個の銀河が存在すると考えられていたが、2016年の研究では少なくとも2兆個は存在するという推定結果が報告されている。
銀河は単独で存在することもあるし、集団で存在することもある。銀河の集団は、銀河群、銀河団と呼ばれる。それらがさらに集まったものは超銀河団と呼ばれる。さらに巨視的には、いくつもの超銀河団が壁状あるいは柱状に連なったようになっていて、これを銀河フィラメントと呼ぶ。壁状のものは特に銀河ウォールもしくはグレートウォール等とも呼ぶ。
銀河系（the Galaxy）または天の川銀河（Milky Way Galaxy）は太陽系を含む銀河の名称である。地球から見えるその帯状の姿は天の川と呼ばれる。天文学における表記では、大文字で始まる単語「Galaxy」は私たちの銀河系を指し、他の無数にあるものと区別している。英語「galaxy」は、ギリシア語でミルクを意味する。
・宇宙における地球と人間の位置
人間→地球 → 太陽系 → 局所恒星間雲 → 局所泡 → グールド・ベルト → オリオン腕 → 銀河系 （この中に天の川銀河が属する）→ 銀河系の伴銀河 → 局部銀河群 → おとめ座超銀河団 → ラニアケア超銀河団 → うお座・くじら座超銀河団Complex → 観測可能な宇宙 → 宇宙
（矢印→は"含まれる"または"一部"の意味 、恒星Stars,星団Star clusters,銀河Galaxies, 伴銀河Satellite galaxies, 銀河群Local Group of galaxies,銀河団Galaxy clusters, 超銀河団Galaxy super clusters, 矮小銀河Dwarf galaxies, 星雲Nebulas）
名称Laniakea は、ハワイ語で「天空 (heaven) 」を意味する laniと、「計り知れない、広々とした」を意味する akea に由来する。この名前は、広大な太平洋を航海するために天測航法を用いたポリネシアの航海者たちを称えたものである。
研究によると、ラニアケア超銀河団は重力による拘束を受けていないため、これらの構造を維持することはできず、いずれダークエネルギーによって分裂すると予想されている.。
・蛇足コメント
銀河は.恒星や星間物質が重力的にまとまっている天体、つまり重力の束縛がある。これは恰も人間と同じ状態に似ている。人間の集団にも、家族ー村、町ー県、都ー国―世界のように階層構造があり、階層によって位相構造（仕組み,決まり、行動様式など）が異なる。尤も人間が宇宙について考えるのだから当然のことかもしれない！ ＷＥＢによると、Nature 379 (1996) 613 の論文”Galaxy Harassment and the Evolution of Clusters of Galaxies”は「ギャラクシーハラスメント」、「銀河の嫌がらせ」があり、如何にも人間臭い(笑）！ そーいえば、”ブラックホール”とか”ダークマター”という先輩もいるではないか。
・追加コメント
科学誌『Nature』で2月19日に発表されたところによると、CERNの実験プロジェクト「 ALPHA」に参加している物理学者たちが、水素原子の反物質である「反水素」の新しい性質を計測した。２５年間！もの長い研究の成果である。
写真 欧州原子核研究機構（CERN）のチームは、反水素を最長24時間まで閉じ込める方法を発見した。PHOTOGRAPH BY CERN
反物質の謎に迫れるか？ 「反水素」の長時間の閉じ込め成功が意味すること。
標準模型の理論では、反水素が地球の重力のなかでどのように動くかはわかっていない。反水素は上に向かって落ちるかもしれないと予測する研究者もいる。何が起きるにしても、それは驚きをもたらすはずだ。
勝手な想像であるが、現在の観測可能な宇宙の外の領域に、宇宙誕生後１３８億年の間に、この反水素が追いやられて広がっているのではないか？ さらに飛躍して重力（引力）に反重力（斥力）がないことも、何となく分かるかも知れない。
脳トレ宇宙論 第18話 5％の宇宙①
（前口上）
宇宙とは何か 宇宙論パースペクティブ 宇宙進化の軌跡と未来
《我々はどこから来たのか 我々は何者か 我々はどこへ行くのか》
画家ゴーギャンが晩年に問いかけたこの疑問はすべ ての人間に問いかけている。
そして、科学者もそのことを追求して同じような問いに 辿り着いている。
地球はどこから来たのか 地球とは何か 地球はどこへ行くのか
宇宙はどこから来たのか 宇宙とは何か 宇宙はどこへ行くのか
「なぜ宇宙があるのか？（Why is there a universe?）」
「なぜ世界があるのか？（Why is there a world?）」
「なぜ無ではないのか？（Why not nothing?）」
存在とは何か、宇宙はどのようにして出来上がり、どのような構造なのか。そして生命とは何か、これらは 根本的問いかけである。
・現在、人類は宇宙の5％しか知らない！
最初の図に示すとおりである。宇宙の９５％は未だ分からない。
乱暴な言い方であるが、知能指数的解釈をすれば「70未満はおろか５％の知的障害」かも。
あるいは、ソクラテスの「無知の知」あるいは「不知の自覚」とすれば、「無知であることを自覚することで、新たな学びを行うことを促進し、その結果無知を克服し成長する」ことであろう。・・・ということで本題の「宇宙とは何か」を概観してみよう。
・宇宙は何でできているか、またその占める割合は？ （From Wikipedia)
つまり天空の星空から3次元空間的に広がっている広大な宇宙全体の成分は？
ダークエネルギー： 68.3%
暗黒物質（ダークマター）： 26.8%
原子： 4.9%
原子でできている通常の物質は宇宙全体の5%にも満たない！
宇宙の成分はかつては光を含む電磁波による観測から求めていた。ところが、様々な研究を通じて必ずしも観測できるものだけが宇宙を構成しているとは考えられなくなった。やがて宇宙の成分は原子である物質ではなく、エネルギーの比で表されるようになり、むしろ未だ正体が判明しないダークマターとダークエネルギーとの割合が多数を占めるようになった。宇宙マイクロ波背景放射の観測や、その後の宇宙探査機WMAPや人工衛星プランクの観測によって、2003年以降、精度が高められ、現在の数値になった。
人類はその目に映る物質の根源や力の法則を明らかにする研究を続け素粒子物理学を構築している。それは宇宙開闢の様子さえ理論化に成功した。ところが、宇宙の研究においてこれらの考察が宇宙全エネルギーの4.9%程度にしかならず、残りの95%は、そのようなものがあるという程度しか理解されていない。今後の探究が期待される。
と書けば簡単に終わるが、この成果に到達すためには、科学者、技術者、さらにアマチュア天文家も含めた多くの人々による観測、思索、論文、さらに過ち、葛藤、ドラマ・・・が限りなくある。人類の知識を拡げてくれたこのような大勢の科学者、研究者、技術者に最大の敬意を表するとともに、これらに挑戦する今後の人々に大いに期待したい。
世界は挑戦者を待っている！
世界は夢の実現を待っている！
世界は日の出を待っている！
脳トレ宇宙論 番外 （随時内容を変更します）
COVID-19非常事態宣言期間における新型コロナウイルスの感染拡大の影響による学校休校中の児童生徒のICT（情報通信技術）家庭学習支援について
対象者 小中高生、保護者、関係者で１人～数人程度、グループ可
学習内容 脳トレ宇宙論（当Goo blog）および関連分野
時間 午後２時から５時までの間の１５分～６０分間
使用ＩＣＴ アマチュア無線ＥｃｈｏＬｉｎｋ、ＳＳＴＶ，アマチュア無線全周波数による通信または傍受
備考 対象者はアマチュア無線技士の免許所持者、ＳＷＬ，ＢＣＬが望ましい。
担当 ＪＩ１ＬＶＸ （第１級アマチュア無線技士、ＱＴＨ 東京世田谷）、（一般財団法人）東京学校支援機構ＴＥＰＲＯ所属
ＳＷＬ：Shortwave listening, or SWLing, is the hobby of listening to shortwave radio broadcasts located on frequencies between 1700 kHz and 30 MHz.
1900年（明治33年）に公布された「電信法」[1]は日本における無線について定めた最初の法律であったが、無線施設の私設（法人や個人による開設）を認めなかった。
1915年（大正4年）11月1日に施行された「無線電信法」で、逓信大臣の許可により無線実験施設の私設（法人や個人による開設）が可能になった。
1941年（昭和16年）には実験用私設無線電信無線電話の施設は300を越えていたが、同年12月8日の太平洋戦争の開戦と同時に禁止された。
1952年（昭和27年）7月29日にアマチュア無線が再開され、これを記念して、毎年7月29日とした。
世界アマチュア無線の日：1925年（大正14年）4月18日に国際アマチュア無線連合（IARU）が設立したことを記念し、4月18日は「世界アマチュア無線の日」とされる。
アマチュア無線で使われる通信方式（電波型式）には以下のようなものがある。
・音声による通信（電話）
・符号による通信（電信）
手送りのモールス符号 (CW)
印刷または画面表示によるラジオテレタイプ (RTTY)
自動打鍵によるもの
・特殊な電波型式
コンピュータによるデータ通信（パケット通信）パソコン通信やインターネットが利用されている。
WSJT系デジタル通信(パーソナルコンピュータ変調)
パーソナルコンピュータのソフトウェアを用いてコールサイン等の文字列をFSK変調を用いて音声信号に変換し、SSBの音声信号として時分割で送受信を繰り返すことで交信を行う。
当初はEME（地球ー月―地球間通信）等、微弱信号でも効率的に交信が行えるようJT65, FSK441, JT6M等のモードが開発されていたが、FT8,FT4等様々なモードが随時認可され、電離層反射による遠距離通信でも用いられることになった。
・アマチュアテレビ (ATV)
近年ではパソコンのサウンド入出力端子に無線装置を接続し、ソフトウェアのみでSSTVを実現できる。
・アマチュアFAX
などの従来の古典的な通信技術から現代最先端のＩＴ技術が使われている。
脳トレ宇宙論 第17話 天文観測機器、望遠鏡、天文台
・宇宙像の拡大――望遠鏡の発明と天文台の発展
写真左2図：ガリレオ屈折望遠鏡 右：ニュートン式反射望遠鏡
大航海時代に入る14世紀頃から、航海のために正確な天体観測が行われるようになり、コペルニクスによって地球やほかの惑星や衛星は太陽の周りを回っているとする地動説が生まれた。ガリレオが地動説の正しさを証明したのは1632年のことで、近代天文学が誕生した。宇宙の真の姿を、科学的に探求する宇宙観が深まってきた。
・望遠鏡の発明 （WEB ”望遠鏡の種類と構造 The type and structure of the telescope”より）
1608年 オランダのメガネ職人ハンス・リッペルスハイは、2枚のレンズをかざして遠くを見ると、ものが大きく見える事を発見した。これが望遠鏡の始まりとされている。翌1609年、望遠鏡の噂を聞いたガリレオ・ガリレイが、試行錯誤の末に望遠鏡を完成させ星に向けた。これが望遠鏡による天体観測の始まりである。ガリレオの望遠鏡は屈折式で、光がレンズの中を通るため像が滲むという欠点があった。
この問題を解決するために、アイザック・ニュートンは鏡の表面反射を利用した望遠鏡を開発した。鏡の真ん中がへこんだ凹面鏡を使用した望遠鏡で、鏡の表面反射なので色の滲みがなく非常にシャープに見えた。
ガリレオが最初に作った望遠鏡は屈折式で口径1.6ｃｍ、ニュートンが作った反射望遠鏡は口径5ｃｍであった。
・1610年、ガリレオが自ら製作した望遠鏡で木星を観測して、その最初の4つが発見された。この発見は、月を持つことから地球が特別だという考え方を覆し、地動説の証明に大きく寄与した。（木星には現在65個の衛星が発見されている）。
屈折式の対物レンズは口径が大きくなるほど厚みが増し、光の透過率が落ちる。この限界が120cmと言われている。現存する屈折式望遠鏡の最大口径はヤーキス天文台の40インチ（101ｃｍ）であるが、以後これを超える大口径の屈折式は作られていない。
反射式の場合は、鏡の表面反射なので口径が大きくなっても、厚みはそれほど増やさずにつくることができる。すばる望遠鏡の鏡は直径が8.2mもあるのに厚みはわずか20cmである。しかし、1枚の鏡で作るには限界に来ていて、最近の大口径望遠鏡は、小さな鏡を貼り合わせて巨大化する「マルチミラー方式」で作られる。現在の最大口径を誇るケック望遠鏡は口径10ｍあるが、直径1.8mの鏡を正六角形に切り取り36枚貼り合わせている。また、現在製作中の口径30mの望遠鏡（ＴＭＴ）は正六角形の鏡を492枚貼り合わせて作る。
・屈折式光学望遠鏡の種類
・ガリレオ式
対物レンズに凸レンズを、接眼レンズに凹レンズを使用、凸レンズと凹レンズで色のにじみをうち消すので見やすい。正立像になる視野が狭く倍率を高くできない
使用例：オペラグラスで使用され、倍率は2～3倍
・ケプラー式
対物レンズ、接眼レンズ共に凸レンズを使用視野が広い。低倍率から高倍率まで使える色のにじみが目立つ（現在では対物レンズを凹レンズと組み合わせることで色のにじみが非常に少なくなっている）。倒立像になる（プリズム等で正立像にすることは可能）。ヨハネス・ケプラーは1611年に凸レンズを接眼鏡に使う望遠鏡を発表したが、自分では製作しなかった。1615年にクリストフ・シャイナーがケプラー式望遠鏡を製作し、天体観測にも使用した。
使用例：市販されている屈折望遠鏡はほとんどケプラー式で、色のにじみや収差を抑えるため、対物レンズの材料や組み合わせが工夫されている。双眼鏡はケプラー式望遠鏡を2台並べたもの
・反射式光学望遠鏡の種類
・グレゴリー式望遠鏡
イギリスのジェームス・グレゴリーによって考案され1663年の著書に記載されて公表された。主鏡は放物凹面鏡、副鏡は楕円凹面鏡。主鏡の中央に穴があってそこから光を後方に導く形式の望遠鏡である。
・ニュートン式
ニュートンがグレゴリー式望遠鏡を改良して1668年に第一号機を完成した。凹面主鏡で反射させた光を、光軸上前方に置いた斜め45度の平面副鏡(斜鏡)で横方向に取り出す形式である。鏡の表面反射を使用するので屈折式のような色のにじみがでない。大きな鏡も作りやすい、横から覗くのでなれないと使いにくい。
使用例：市販されている反射望遠鏡はニュートン式が多く入手しやすい。
・ハーシェル式
ハーシェルが、反射率の低い金属副鏡を使用せず明るい像を得るために考案した形式の望遠鏡である。ニュートン式では斜鏡が邪魔になるので取ってしまった。斜鏡がないので視野が明るい。主鏡を傾けるので歪みがでる。最初から傾きのある鏡を作ることも可能だが製作は非常に困難。接眼部が作りにくい。像が裏返しになる
使用例：市販品はない
・ハーシェルは、ドイツ出身の音楽家であったが、天王星を発見したことから天文学者としての活動に専念。ハーシェルはその生涯に400台以上の望遠鏡を製作した、と同時に星雲のマッピングを行い、天の川の構造とサイズをほぼ明らかにした。これによって、太陽系ですら宇宙の中心ではないことが分かり、さらなる宇宙への展望が開かれた。
・カセグレン式
17世紀のフランスの司祭カセグレンによって発明された。主鏡の光軸上前方に平面斜鏡の替わりに双曲面の凸面鏡（副鏡）を対向させ、主鏡の中央の開口部から鏡面裏側に光束を取り出す形式の望遠鏡である。派生した光学系が多く、クラシカル・カセグレン光学系と呼ぶこともある。
望遠鏡の向きとのぞく方向が同じなので扱いやすい。焦点距離が長くなるため高倍率が得やすい。逆に低倍率が得にくい。凸面鏡の製作が難しい
使用例：中型から大型まで広く使われている。主に天文台等の大型望遠鏡に使われている。1420年サマルカンド天文台（ウズベキスタン）に建設された。
・電波望遠鏡
光ではなく電波を観測する。1932年にベル研究所のカール・ジャンスキーが、通信中にはいるノイズが気になり、いろいろ調べたところ宇宙からやって来ていることに気付いた。これをきっかけに電波天文学が始まった。
・電波干渉計
電波望遠鏡の多くのアンテナは回転放物面（パラボラ）を利用するが、電波干渉計とは複数の電波望遠鏡を離して配置し、受信された電波を干渉させることで実効的に高い分解能を得る観測方法(Radio Interferometer)。
・天体望遠鏡、天文台の歴史の一部
1608 望遠鏡の発明リッペハイ（蘭）ほか
1668 反射望遠鏡の製作ニュートン（英）
1672 パリ天文台の完成（仏）
1675 グリニジ天文台創設（英）
1735 航海用クロノメータH-1の製作ハリソン（英）
1758 色消しレンズの特許ドロンド（英） 特許取得は1758年ガレ（独）
1850頃天体写真術の確立ボンド（米），ド・ラ・リュー（英）
1930 シュミットカメラの考案と製作シュミット（独）
1933 リオフィルターの発明リオ（仏）
1948 パロマー山天文台200インチ望遠鏡完成（米）
1957 最初の人工衛星スプートニク1号（ソ連）
1969 人類の月面到達（アポロ11号）
1990 ハッブル宇宙望遠鏡打ち上げ（米・欧）
1998 グリニッジ天文台の廃止（英）
2002 マグナム望遠鏡、ハワイ州ハレアカラの山頂に設置していた口径2メートルの望遠鏡運用開始
2013 アルマ望遠鏡運用開始（日ほか東アジア，北米，欧州諸国）
2016 ブラックホール連星合体時の重力波の観測LIGOチーム（米）
2019年4月 巨大ブラックホールとその影の存在を初めて画像で直接証明した。2017年4月にM87のブラックホールの観測が行われ、5ペタバイト（1ペタバイトは1000兆バイト）におよぶデータが収集された。科学者たちがこの膨大なデータを解析し、ブラックホールの顔写真を構成するには2年もの歳月を要した。
・マグナム (MAGNUM：Multicolor Active Galactic Nuclei Monitorin）望遠鏡は活動銀河核（クェーサー）の多波長モニター 観測の為に建設された。
モニター観測は同じ天体を繰り返し見ることである。それゆえ自動観測が可能で、望遠鏡はロボット化されている。夕暮れ時、自動的にドームが開き、クエーサーを望遠鏡が捕らえ、紫外や可視から赤外まで同時に撮像する。次々とクエーサーを捕らえ、明け方に観測を終了し、ドームを閉じる。
世界で最も進んだこのハイテク無人観測所にはインターネットを通じて、機上からでもあるいは宿泊先からでも、世界中いたるところからアクセスすることができる。望遠鏡が正常に作動しているかどうかを監視するだけでなく、何か不具合が起こったときには遠隔制御によって調整することもできる。
現在、マグナム望遠鏡はハレアカラ山頂から撤去されている。設置されていたサイトには、パンスターズ計画の2番目の望遠鏡が設置されている。
・パンスターズ (Pan-STARRS, Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System) は、4台の望遠鏡で継続的に全天をサーベイ観測し移
動天体や突発天体を検出する計画である。
In January 2019 the second Pan-STARRS data release was announced. At 1.6 petabytes, it is the largest volume of astronomical data ever released. The first Pan-STARRS telescope (PS1) is located at the summit of Haleakalā on Maui, Hawaii, and went online on 6 December 2008 under the administration of the University of Hawaii. PS1 began full-time science observations on 13 May 2010.
・天文観測の飛躍的進展（参考：宇宙論５０００年史ｐ.261）
1900年代後半からの天文観測技術の飛躍的進展は目を見張る。可視光天文観測の、1980年代の写真に変わってCCD技術の採用は素晴らしい。また望遠鏡の”分割鏡”技術の採用は、高性能望遠鏡の実用的限界が４ｍ程度から倍の８ｍになった。さらに”能動光学”、”補償光学”という制御技術は次世代の３０ｍ級の大口径が視野に入っている。
また観測波長のガンマ線から電波までの広帯域の観測（多波長天文学）や大気圏外の観測の組み合わせなどで飛躍的に天文観測が向上している。さらに電磁波ばかりでなく、ニュートリノ、宇宙線、重力波の観測まで広がっている。
望遠鏡や観測技術ばかりでなく、それらを制御したり大量の観測データを処理するIT技術の革新により、昔では想像すらできなかった”大規模サーベイ観測”が可能になり、天文データベースが質量ともに一新されている。さらにスーパーコンピュータなどによる天文現象のシミュレーション技術も大幅に進展している。まさに21世紀は天文学にとって飛躍の世紀でもある。