宇宙物理学

戻る

この資料では宇宙物理学、宇宙に関する理論的な研究を解説する。

基礎知識

天文学と宇宙論の関係

天文学は観測が中心で、宇宙論は理論が中心となる。

天体観測ー方向の観測

1700年位から天体の天球上の位置とその移動はかなり正確に望遠鏡で観察され理解されていた。

天体観測ー距離の観測

距離と大きさを正しく把握することは太陽系の太陽や惑星ですら難しい。

地球近くの天体(月、火星、金星など)

地上の送信機から極めて強力な電波を発射し、惑星から反射されて帰ってくる反射電波を受信する。送信から受信までの時間の遅れと波長の変化から惑星までの距離を正確に測る。

太陽系の惑星

一つの惑星(火星か金星)の距離とニュートン力学の計算から全ての距離と位置が正確に計算される。

銀河系内の恒星など

地球の位置AとBの距離は正確に判明している。年周視差の角度から三角関数で距離を求める。地球から1万光年程度までが限界である。ある程度正確であり、遠い距離ほど不正確となる。

近くの銀河など

見かけと本当のの明るさの色関係に加えて、その銀河の中にある脈動変光星という星を使うことによって距離を推定する。 脈動変光星とは明るさが周期的に変化する恒星であり、周期と本当の明るさには、ある関係があると仮定している。

遠くの銀河などの場合など

銀河の中にあらわれるIa超新星を基準の明るさとして使うことで距離を推定することができ

非常に遠くの銀河など

遠くからの光子ほどより赤方偏移しエネルギーが小さくなる。これを基にその銀河などの距離を推定する。

宇宙物理学の理論基礎

相対論

ブラックホールや中性子星、重力波、ビックバン宇宙(膨張宇宙)などで使用される。

「特殊相対論」と「一般相対論」があるが別資料で説明した通り、共に数学的物理学的に意味のない文字や記号の羅列にデタラメな物理学風な解説をしているだけである。

量子力学

ビッグバンの発生理由や直後の状態、ダークーマタとダークエネルギー、物質の生成などで使用される。

量子力学には「シュレディンガー方程式」と「行列力学」があるが別資料で説明した通り、共に数学的物理学的に意味のない文字や記号の羅列にデタラメな物理学風な解説をしているだけである。

素粒子物理学

ビッグバンの発生理由や直後の状態、ダークーマタとダークエネルギー、物質の生成などで使用される。

素粒子物理学は別資料で説明した通り、存在しないクォークや素粒子を対象として数学的物理学的に意味のない文字や記号の羅列にデタラメな物理学風な解説をしているだけである。

太陽系

いつどのようにできたの

太陽系は直径がおよそ数光年もある巨⼤な分⼦雲が重⼒により収縮して構成されたと考えられている。 質量は太陽よりわずかに⼤きい程度だった。組成は現在の太陽とほぼ同じで、ガス雲の質量の 98%はビッグバンから 1億年以内に合成された⽔素やヘリウムと極僅かのリチウムであった。残りの 2%は第⼀世代の恒星の中で合成された重元素である 。
太陽から4天文単位以内の内部太陽系では、水やメタン等の揮発性の分子が凝縮するには温度が高すぎるため、金属(鉄、ニッケル、アルミニウムなど)やケイ酸塩などの融点の高い物質が微惑星を形成し、岩石質の惑星(地球型惑星:水星、金星、地球、火星)になった。これらの物質は宇宙では珍しく、星雲中には0.6%程度しか存在しないため、地球型惑星はそれほど大きく成長できなかった。岩石質の原始天体(惑星の胚)は地球膣量の5%程度まで成長し、その後は衝突合体を繰り返して大きくなったが、太陽形成後10万年程度で集積が止まった。
 太陽や地球は約46億年前にできたと考えられている。根拠は地球に降り注ぐ隕石中の鉄60の分析による。

太陽の構造

核:

核融合により⽔素がヘリウムに変わり、光⼦を放つ太陽の炉。

放射層:

核を囲む層。ガスが極めて強く圧縮されているため、核が放つ光⼦がこの放射層を通過して太陽の表⾯に出るまで何⼗万年もかかる。

対流層:

プラズマが核の熱により撹拌されている領域。プラズマは太陽の内部から⽴ち上がってはまた内部へと巡り戻っていく。

光球面:

太陽が半透明(内部)から透明(外部)になり可視光になる境界線。
光球⾯の上には⼤量のガスとプラズマがある。

彩層面:

光球⾯のすぐ上にある⾚オレンジ⾊の不均⼀なガス層で、太陽⾯と太陽の希薄な⼤気の遷移領域。

コロナ:

  

     「日食中の太陽とコロナ」

中性のガス原⼦とプラズマ粒⼦が互いに衝突することなく⻑距離移動できる太陽の⼤気層。温度は約10万度である。

プロミネンス:

太陽活動が激しいときに、太陽面(彩層)から吹き出す巨大な炎状の構造で数日から数か月の期間に渡り形状を維持する。徐々の落ちて消えていく。太陽磁場が原因とされる。

フレア:

光球⾯で突然起こる爆発現象。 様々な規模のものがあり小規模のものは年1000回程度発生する。太陽磁場が原因とされる。

太陽磁場

プロミネンスもフレアも太陽磁場が原因とされる。磁場の強さは最大で約6000[テスラ]と考えられている。

太陽の表面及び内部の対流

太陽表面の対流は観測により確認されている。内部に関しては核で温められた物質が対流層で対流していると考えられている。

太陽が46億年以上高温である理由

太陽が発する光の エネルギーは、中⼼核で核融合によってつくられる 。⽔素がヘリウムに変換されており、1秒間に 430万トンの 質量が3.8 × 1026 Jの エネルギー に変換されている。太陽は後50憶年は輝き続けることが可能である。

「太陽系」の解説:

太陽磁場:

全ての物質は約500度で磁力を失う。一番温度が低い太陽表面が1万度であり磁力は絶対に存在しない。

フレア:

太陽の表面で起こる爆発的現象である。毎日約3回ほど小規模フレアが発生する。小規模フレアでも地球質量を上回る物質が秒速数百キロメートルで噴き出す。地球で例えれば富士山を上回る物質が秒速数百キロメートルで噴き出すような現象でありこれが地球磁場が原因で起こるなど信じることができるだろうか?まして太陽には磁場は絶対に存在しない。

太陽のエネルギー源:

水素が核融合してヘリウムとなり単位質量あたり放出するエネルギーを100として、水素が最も安定な鉄付近の核になるまでに単位質量あたり放出するエネルギーを約300と仮定する。
「太陽が1秒当たりに放出する電磁波エネルギー」と「水素が鉄付近の核になるときに放出する1[g]当たりの全エネルギー」を計算する。太陽質量の水素が全て鉄付近の核になると仮定して何年間、電磁波エネルギーを放出可能かを計算すると約12憶年となる。
小規模フレアのエネルギーを地球質量を300[km/s]で放出として上と同じ条件で計算すると約500万年でエネルギーは尽きることになる。
太陽の表面及び内部の対流を考えると恐らく数十万~数百万年でエネルギーは尽きると考えられる。
これらは46億年以上太陽が輝き、フレアを発生させ、対流が存在する事実と明らかに矛盾する。
結局、何か別のエネルギー源を考える必要がある。

地球

いつどのようにできたのか

太陽と同じ46億年くらい前に太陽の周りの分子雲円盤から他の惑星と同様に生成したと考えられる。

構造


地球の内部は、球状の層が幾重にも積み重なった構造となっており、外側はケイ酸塩の固体からなる地殻で、その下が高い粘性を持つアセノスフェアとマントル、続いてマントルより粘性がはるかに低い液体の外核、そして中心部は固体の内核である。
地球の内部構造の科学的理解は、地形および海底の観測をはじめ、露頭の岩石の観察、火山や火山活動により大深部から地表に出てきたマグマなどのサンプル、地球を通過する地震波の分析、 地球の重力および磁場の測定、地球内深部に固有の圧力と温度における結晶性固体の実験など、さまざまな研究に基づいている。

地球46億年以上高温である理由

説1:マグマの熱源は放射性元素の崩壊熱である。

説2:マグマの熱源は水素の核融合による熱である。

説3:マグマは存在量は僅かであり火山の下などのみに存在する。

説4:

地球のほとんどが高温の鉱物で地球表面付近に鉱物が移動すると圧力低下により半液体のマグマ状になる。

説5:

中心核は内核(固体の鉄)と外核(熔けた鉄)に分かれている。核から熱が奪われると、熔けた鉄が固体に変わる。この時鉄は熱を出すので温度が下がらない。この熱を物理学用語で潜熱と呼ぶ。

どの説も、なぜ40億年も温度が冷めず維持されているかについて全く説明していない。

マグマの寿命

ある資料ではマグマは地表では直ぐに冷え固まるが地下の高圧力下では数十万年間高温を保つとある。ただし、何の根拠も示されていない上にマグマが46億年以上も高温である事実と矛盾する。

マグマの対流

地球内部でマグマの対流があり、その影響で地表でも大陸移動や火山活動が存在する。
対流の原因は核が最も高温で地球外部にいくほど温度が下がる温度差であるとされるが、なぜ核が最も高温であり続けることができるかの説明は存在しない。億年も温度が冷めず維持されているかは良く解明されていない。

銀河系

いつどのようにできたのか

137億年前にビツグバーンにより宇宙は誕生し、初期の宇宙には水素とヘリウムしか存在しなかつた。
僅かな密度の揺らぎにより密度の濃い部分が存在し、密度が濃い部分は周りのガスを吸い寄せさらに物質の量と密度を増加させる。やがて、物質の量と密度がある臨界点を超えると核融合を起こし水素とヘリウムはより重い原子に変化する。やがて分子雲の中に幾つも星が生まれ、やがて矮小銀河に成長する。矮小銀河がいくつも合体し銀河となる。
 分子雲から先に銀河ができて、その後に星が生まれるという説もある。
最も遠い銀河や銀河団は130億光年も先にあり、古い銀河は宇宙誕生から数億年で構成されたことになる。

天の川銀河が誕生した時期

所説あるがビッグバーン後8億から30憶年後に誕生したとされる。ただし根拠は存在しない。

構造

             「銀河系」

             「球状星団













            「銀河系の周りを公転する球状星団」

銀河系は棒渦巻銀河で、総質量は約1兆5000億太陽質量であ
り 、約2000億 - 4000億個の恒星が含まれていると考えられている 。総質量は球状星団の軌道運動から見積もられている。

銀河系の中⼼には非常に⼤きな質量を持つ⼩さな天体(いて座A*)が存在しており、 ⼤質量ブラックホールである可能性が⾼いと考えられている。現在ではほとんどの銀河が中⼼に⼤質量ブラックホールが存在すると考えられている。
銀河系は多くの銀河の場合と同様に、銀河系内の恒星の軌道速度が中⼼からの距離によらずほぼ同じ速度となるような質量分布を持っている。中⼼のバルジや外縁部を除くと、銀河系の恒星の典型的な速度は約210から 240 km/sである 。

矮小銀河と球状星団

矮小銀河は、星やガスが天の川銀河の100分の1~1000分の1しかない小さな銀河である。
球状星団は、星が数十万個集まつて構成される天体である。
銀河系の周囲には12個の矮小銀河と 約150の球状星団が周回していることが知られている。

銀河中心

天の川銀河を含む多くの銀河の中心には、数百万太陽質量を超える質量をもつ巨大ブラックホールがあると考えられている。また、球状星団の中心にも中規模のブラックホールがあると考えられている。
銀河中心の質量や輝き、内部構造に関する資料は予想推測を含め全く見つからない。

銀河同志の衝突

宇宙では銀河の衝突は比較的頻繁に発生する。


正面衝突もあるが部分衝突も多い。どちらの場合も3回から5回くらい衝突と分離を繰り返し一体化し、さらに時間をかけて安定した渦巻銀河となる。

「衝突後にすり抜けた銀河」

銀河系は矮小銀河や銀河が何度も衝突合体して成長するものと考えられている。

活動銀河核

銀河核から太陽の放射光度の約1兆倍以上の強力な放射をする銀河を活動核銀河と呼ぶ。活動核銀河の特徴のひとつとして時間変動の激しさがあり、1日や1週間などの周期で放射光度を数倍も変化させるものもある。

「M87銀河核と放出されるジェット」

活動銀河核の種類:

セイファート銀河:

セイファート銀河の特徴としては、電波領域ではそんなに明るくは輝いておらず、比較的近傍 にある活動銀河核のことである。

電波銀河:

強力なジェットを放出して強い電波源として観測される。

ブレーザー:

ブレーザーはジェットを真っ正面から観測している推測される天体である。

クェーサー:

大きな赤方偏移からかなり遠くにあり、かつ強い電波を出す天体である。

「銀河」の解説:

いつどのようにできたのか:

初期宇宙は水素原子しか存在せず、それがやがて濃い部分が重力で集合しやがて核融合を起こし星が出現し、それが集まり恒星となったのだろう。
後で説明するがビッグバーンなどは起こらなかったし存在しない。
我々の銀河の周りを矮小銀河と球状星団が公転しているが、これらは銀河同志の合体によりできたと考えられている。

天の川銀河とアンドロメダの衝突:

天の川銀河とアンドロメダは約25万光年離れており、時速40万キロメートルで接近しており約40億年後に接近し部分衝突しすり抜けUターンして衝突を4,5回繰り返し100~150億年後に一つの銀河になると考えられている。どの銀河系も何度も矮小銀河や球状星団との衝突と合体を繰り返して銀河系となる。銀河系ができるまでには少なくとも100億年の100倍~1000倍の時間は必要であろう。

銀河核が輝き続ける理由:

「アンドロメダ銀河の写真」

銀河の中心にはブラックホールが存在するという資料は多数見つかるが、銀河の中心がいつから輝いているのかや、なぜ輝き続けるいるのかの考察はほぼ存在しない。銀河系は少なくとも100億年の100倍~1000倍の時間は輝き続けてきた。1兆年以上輝き続けることは核融合や核分裂では全く説明できない、何か未知の理由によるとしか考えられない。

活動銀河核:

M87銀河核から大量の物質が光速前後の速さで放出される。ジェットは長さが約8000光年あり8000年以上に渡り放出が続いていることを示している。この現象は核融合や核分裂では全く説明できない、何か未知の理由によるとしか考えられない。

宇宙

いつどのようにできたのか

初期宇宙は水素原子しか存在せず、それがやがて濃い部分が重力で集合しやがて核融合を起こし星が出現し、それが集まり恒星となったのだろう。
後で説明するがビッグバーンなどは起こらなかったし存在しない。
我々の銀河の周りを矮小銀河と球状星団が公転しているが、これらは銀河同志の合体によりできたと考えられている。

ビッグバン理論の根拠

(遠い銀河ほど早く遠ざかっている)
かつてビッグバンのような事があったなら、まだ宇宙がそれほど⼤きくなかった頃に、⼩さな宇宙全体に広がった⼤量のエネルギーの名残が、宇宙中に漂う電磁波の形で現在にも残っているはずと考える者もいた。そうして、実際に『宇宙背景放射』というそれらしい電磁波も見つかった。

星や銀河の誕生

「銀河系」ー「いつどのようにできたのか」を参照のこと。

宇宙の構造

銀河群

銀河が数個から50個程度の集まりを銀河群と呼ぶ。

銀河団

銀河が50個から1000個程度の集まりを銀河団と呼ぶ。

銀河群・銀河団の衝突

合体中の銀河群・銀河団はいくつも確認されている。宇宙では普通の出来事である。

宇宙の大規模構造

グレートアトラクター

「グレートアトラクターと天の川銀河」

我々の銀河が含まれる超銀河団や、その周囲3億光年内の全ての銀河がある1点に引き寄せられている。その点には銀河系質量数万倍の超巨大な銀河団があると考えられている。地球からの距離は2億光年前後と推定されている。

グレートウォールとボイド

 1990年頃に地球から3億光年離れた場所に多数の銀河が集まって壁のような構造を作っていることが発見された。このグレートウォールは長さ約6億光年、幅2.5億光年、奥行が3000万年光年である。その後、別のグレートウォールがいくつか発見されている。
 逆にボイドという銀河がほとんど存在しない空間も発見されている。典型的なボイドの大きさは3000万光年から5億光年である。

銀河の泡構造

宇宙の大規模構造を調べると銀河は濃い部分と空の部分で泡の集合のような構造となっている。

「大規模構造 1」

「大規模構造 2」

「宇宙」の解説

ビッグバン理論について

「遠い場所から来る光子ほど、より赤方偏移する。」について

より遠い場所から来る光子ほど赤方偏移するのは空間が広がるのが原因ではなく、光子が時間と共に少しずつエネルギーを失い周波数が低くなり赤方偏移するのではないだろうか。つまり、宇宙は膨張していない。

「宇宙マイクロ波背景放射」について

全ての方向から均等に高エネルギーの宇宙線が飛び交っている。この事実は宇宙が1点から広がったとの主張と完全に矛盾する。

ブラックホール

特徴

ブラックホールはその特性上、直接的な観測を行うことは困難である。しかし他の天体との相互作用を介して間接的な観測が行われている。X線源の精密な観測と質量推定によって、いくつかの天体はブラックホールであると考えられている。

事象の地平面

周囲は非常に強い重力によって時空が著しくゆがめられ、ある半径より内側では脱出速度が光速を超えてしまう。この半径をシュヴァルツシルト、この半径を持つ球面を事象の地平面(シュヴァルツシルト面)と呼ぶ。この中からは光であっても外に出てくることはできない。

想像される誕生の理論

赤色巨星と白色矮星

質量が太陽程度から太陽の数倍までの星の場合には、主系列星の後に⾚⾊巨星の段階を経て、⽩⾊矮星となり次第に冷却して⼀⽣を終える。
恒星の安定期
星が若い間は、⽔素の原⼦核が互いに結合してヘリウムが⽣まれる。この時のエネルギーによって星は⾃らの⼤きさを⽀えている。
我々の太陽がこの時期である。

中性子星

質量が太陽の約8倍よりも重い星の場合は、巨星に進化した後も中⼼部で核融合によって次々に重い元素ができ、最終的に鉄からなる中⼼核が作られる。鉄の原⼦核は結合エネルギーが最も⼤きいため、これ以上の核融合反応は起こらず、星の中⼼部は熱源を失って重⼒収縮する。収縮が進むと鉄の原⼦核同⼠が重なり始め、陽⼦と電⼦が結合して中性⼦へ変化し、やがて星の中⼼部がほとんど中性⼦だけからなる核となる。

超新星爆発

この段階では核全体が中性⼦の縮退圧によって⽀えられるようになるため、重⼒収縮によって核に降り積もる物質は激しく跳ね返されて衝撃波が発⽣し⼀気に吹き⾶ばされる。これが超新星爆発である。

ブラックホール

超新星爆発の後には中性⼦からなる核が中性⼦星として残されるが、中性⼦星が光やX線を激しく放出するパルサーとなることもある質量が太陽の約30倍以上ある星の場合には、⾃⼰重⼒が中性⼦の核の縮退圧を凌駕(重⼒の強さで中性⼦が潰れ始める)するため、超新星爆発の後も核が収縮(重⼒崩壊)を続ける。この段階になると星の収縮を押し留めるものは何も無いため永久に縮み続ける。こうしてシュバルツシルト⾯より⼩さく収縮した天体がブラックホールである

理論

ブラックホールの理論的可能性については、18世紀後半に先駆的な着想があった。光も万有引力の影響を受けると考え、理論を極限まで推し進めて「十分に質量と密度の大きな天体があれば、その重力は光の速度でも抜け出せないほどになるに違いない」と推測した。
現代的なブラックホール理論は、アルベルト・アインシュタインの一般相対性理論が発表された直後の1915年に、理論の骨子であるアインシュタイン方程式をカール・シュヴァルツシルトが特殊解として導いたことから始まった。

「ブラックホール」の解説

我々の資料「素粒子物理学 実験」ー>「ブラックホールの実験」で解説した通り極めて幼稚の嘘、作り話、デタラメである。

赤色巨星と白色矮星と中性子星

ブラックホールが突然発生するのでは不自然なので、発生する過程として赤色巨星や白色矮星、中性子星などが何の根拠もなく捏造された。当然であるが、赤色巨星や白色矮星、中性子星などは一つも見つかっていない。

ダークーマタとダークエネルギー

ダークーマター

ダークマターは、光子(電磁波)を放たないので観測不可能である。
しかし、ダークマターは重力波は発生させるので間接的に観測が可能である。
銀河内恒星の運動を精密観察すると、⾒えている物質だけでは説明不可能な挙動がある。ダークマターの引⼒によって、銀河の動きが影響を受けていると考えられる。

ダークエネルギー

137億年前、宇宙はビッグバーンによって始まり、以後は宇宙は膨張を続けている。実際の観測から、宇宙の膨張スピードは、加速していることがわかっている。
 宇宙の内部には、引⼒を持つ天体がある。この引⼒に打ち勝って、空間が膨張し続けるには、斥⼒が必要と感がられる。この斥⼒の根源をダークエネルギーという。ダークエネルギーの正体は分かっていない。

「ダークーマターとダークエネルギー」の解説

正常な根拠のないデタラメである。

宇宙物理学の教科書

宇宙物理学の教科書 例1

宇宙物理学の教科書 例2

宇宙物理学の教科書 例3

宇宙物理学の教科書 例4

銀河系の教科書