太陽の熱が地球まで伝わる仕組みとは？「放射で電磁波を地球が吸収するから」

太陽と地球は遠く離れています。その距離はおよそ1億5000万kmと、光の速さでも8分以上かかる距離です。
こんなに離れていて、しかも宇宙空間は何もない真空なのに、どうして太陽の熱が地球まで届くのでしょうか。

■熱の伝わり方とは…

熱の伝わり方には、「伝導」、「対流」、「放射（輻射：ふくしゃ）」の3種類があります。

「伝導」とは、熱が触れ合った物質の中を直接伝わっていくもので、このとき物質そのものは移動しません。
金属棒の片側の先を温めると、その熱が反対側の先にまで伝わりますが、これが伝導の一例です。

次に、物質の移動に伴って熱が伝わる現象が「対流」です。

例えば、やかんに水を入れて火にかけると水全体が温まり、氷を水に浮かべると水全体が冷えますが、これらは対流によって起こります。部屋を冷やすためのエアコンなども同様です。

つまり、金属のような固体の場合には「伝導」で、水や空気のような液体や気体の場合には「対流」によって熱が伝わるということが言えます。

そして最後に「放射」ですが、これは熱が電磁波として伝わる現象を指します。電磁波というと、体に良くないイメージがあったりもしますが、実は電波・赤外線・可視光線・紫外線・エックス線・ガンマ線、これらはすべて電磁波の仲間です。

放射の場合には、相手方がこの電磁波を吸収することによって熱が伝わるという仕組みです。電磁波のため、間に何もない真空でも伝わる性質があります。

たき火や電気ストーブは、直接触れなくても手を近づけるだけで温かく感じますが、これは放射の身近な例と言えます。

ちなみに、表面温度などを調べることができるサーモグラフィーも、この放射を利用して、発生している電磁波の波長から測定をしています。

■太陽の熱が伝わる仕組み

さて、それでは太陽の熱は、この3つのうちどの方法で地球まで伝わってくるのでしょうか。

まず、伝導や対流の場合は、その間に物質があることで熱が伝わります。

しかし、宇宙空間は真空であるため、太陽と地球の間には何も存在しません。

つまり、太陽の場合は、3番目の放射で熱が伝わっていることになります。
太陽からは、可視光線のほか、赤外線や紫外線のような電磁波が「太陽光」という形で、放射により地球まで届きます。

なお、地球の大気圏外で受け取る太陽エネルギーの量は1平方メートル・1秒あたりで1.37kWで、これは1ccの水の温度を1分間で2℃上昇させるぐらいのエネルギー量です。

ただし、実際には大気で反射や吸収・散乱してしまうため、地表まで届くのは、その6～7割程度と言われています。

ちなみに、放射の場合は物体に当たった時に初めてその電磁波を吸収するという点が特徴です。

太陽と地球の間にある、真空の宇宙空間が太陽光で暖まらないのはこのためです。

■光が当たると暖かく感じる理由

ところで、太陽の光が当たるとなぜ私たちは暖かく感じるのでしょうか。

太陽光の成分は、そのおよそ半分が赤外線、残りは可視光線とわずかな紫外線です。

これら（特に赤外線）が物質に当たると、その物質を構成する分子が刺激されて激しく振動します。

人体の場合も同様に、体を構成している分子が振動します。すると、その振動によって熱が発生するため暖かく感じるのです。

電子レンジは、電波の一種であるマイクロ波が物体の水分子を振動させることで、熱を発生させて物を温めることができるという仕組みですが、原理的にはこれと同じと言えます。

■まとめ

熱の伝わり方には、「伝導」、「対流」、「放射」の3種類があり、そのうち太陽からの熱は真空の宇宙空間でも伝わる「放射」によって届けられています。

私たちが住む地球は普段何気なく太陽からの恩恵を受けていますが、1億5,000万kmも離れたところから届くエネルギーを受けて生物たちが生活できているなんて、とてもありがたい話ですね。

(文／TERA)

●著者情報
TERA。小さい頃から自然科学に関心があり、それが高じて科学館の展示の解説員を務めた経験も持つ。現在は、天文に関するアプリケーションの作成や、科学系を中心としたコラムを執筆している。

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| カテゴリー 天体観測 | 2013年7月22日 19時31分 |

冥王星にまつわる物語　～うっかり見つかった天体～

かつては「水・金・地・火・木・土・天・海・冥」と教えられた太陽系の惑星たちですが、いつからか「水・金・地・火・木・土・天・海」となりました。

このように太陽系の惑星から「冥」の文字が消えたのは、決して冥王星そのものが消滅してしまったり、太陽系からいなくなったりしたわけではなく、2006年に冥王星の位置づけが変わり、新たに設置された「準惑星」へと変更になったためです。

冥王星が「準惑星」となった経緯については以前ご紹介しましたが、今回もそんな冥王星に再びスポットを当ててみたいと思います。

■冥王星はどんな星？

冥王星は、海王星の外側を回っている準惑星で、太陽からは平均でおよそ60億km（＝太陽～地球間のおよそ40倍）も離れています。

大きさは月よりも小さく地球の1/5ほどで、軌道も地球の軌道面から大きく傾いた楕円軌道をとっています。軌道が傾いているため、時期によっては海王星よりも太陽に近づくことがあります。（最近では1979年から1999年までがこの時期にあたりました）

衛星もいくつか持っていますが、そのうち最大の「カロン」は冥王星の大きさの半分以上もあります。

ちなみに、「冥王星」という名前は、ローマ神話に登場する冥府の神「プルート」に由来しています。「冥府」とはいわゆる「死後の世界」のことで、太陽からはるか遠くの暗闇の中に存在するというイメージから命名されました。

■冥王星はうっかり見つかった？

冥王星を地球から見たときの明るさは14等級以下と暗いため、肉眼で見つけることはできません。

このように地球から見ると目立たない天体であったため、発見されたのは20世紀に入ってからのことでした。しかもそれは偶然の産物によるものなのです。

冥王星が発見されるもととなったのは、それまでに発見されていた天王星と海王星の存在でした。

1781年にドイツ人の天文学者「ハーシェル」によって発見された天王星ですが、天文学者たちが観測を続ける中で、この天体の公転軌道が何らかの力によって少しずつ変化していくことに気が付きました。

そして、これをきっかけにした計算によって導き出されたのが1846年に発見された海王星でした。海王星の重力が、天王星の軌道を少しずつ変化させていたというわけです。

けれども、海王星の影響だけでは天王星の軌道の変化を完全に説明することができなかったため、さらなる天体の捜索が続けられることになりました。

そのような中、1916年にアメリカの天文学者パーシバル・ローウェルが、計算によって新たな惑星の存在を予想し、それを1930年に同じくアメリカ人のクライド・トンボーが発見しました。

トンボーは天体写真を1枚ずつ地道に見比べていくことで、その違いからこの暗い冥王星を見つけたとされています。

ところが、実は計算で求められた新惑星の軌道と、発見された冥王星の軌道とはまったく違うものでした。結局、新惑星が存在する根拠とされた軌道の変化は、天王星や海王星の質量の見積もり誤差が原因だったと後で分かっています。

つまり、冥王星はうっかり偶然見つかってしまった天体だというわけです。

■アメリカ人と冥王星

冥王星は、2006年に準惑星に降格になるまで、太陽系惑星としては唯一アメリカ人が発見した天体であったことから、この星に対するアメリカ国民の思い入れも相当なものでした。そのことは、ミッキーマウスの愛犬「プルート」が、冥王星が発見されたのと同じ1930年に誕生したためにこの名前が付けられていることからも伺えます。

こういった背景もあるため、冥王星が惑星から除外されると決まった時のアメリカ国内での衝撃は大きく、「仕事でミスを犯してプルートされた」といったように、「plutoed＝降格させられる」という動詞的な意味が新たに作られ、これが米国方言協会の年間大賞を取ったほどです。

■まとめ

2006年の惑星の定義見直しにより、太陽系の惑星から除外されてしまった冥王星。

けれども、今も準惑星として、太陽の周りを回り続けています。

アメリカの天文学者が偶然見つけた天体とはいえ、これに対するアメリカ人の思い入れは相当なものだったようですね。

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| カテゴリー 天体観測 | 2013年7月22日 19時28分 |

幻の太陽系惑星「バルカン」とは？

現在、太陽系にはいくつの惑星があるでしょうか？

2006年に冥王星が太陽系の惑星から除外されてしまったため、「水星・金星・地球・火星・木星・土星・天王星・海王星」の8つが正解ですね。

しかし19世紀には、太陽に一番近い水星のさらに内側に、もう1つ未知の惑星が存在すると信じられていました。

その未知の惑星こそが、今回の主役「バルカン」です。

■幻の惑星「バルカン」とは…

冒頭でも紹介しましたとおり、バルカンは水星の軌道の内側を回っていると想定された幻の太陽系惑星です。

水星よりも太陽に近いところを回っており、とても高温の天体だと考えられていたため、ローマ神話で火と鍛冶（かじ）の神を意味する「ウルカヌス」から、バルカンと名付けられました。バルカンという読み方は、ウルカヌスの英語表記（Vulcan）がもとになっています。

…がしかし、現代のみなさんはご存じのとおり、実際にはそんな惑星は存在しないとされています。

それにもかかわらず、なぜ実在しないはずのこの天体の存在が人々に信じられてしまったのでしょうか。

そのきっかけとなったのは水星でした。

というのも、19世紀よりも前から、天文学者たちの観測によって水星の近日点（水星の公転軌道上で太陽にもっとも近づく点）はほんの少しずつ移動していることが分かっていました。

このように、水星の近日点が移動する主な要因は、「摂動（せつどう）」と呼ばれる周りの惑星の重力影響によるもので、このことは当時知られていたニュートン力学から求めることができました。しかし、これだけではどうしても説明がつかない、ほんのわずかなズレが解決されないまま残っていました。

そこで、当時の天文学者たちは、水星の内側を回る未知の天体が存在し、それがこのズレを生んでいるに違いないと考えるようになりました。

■バルカンと海王星

一方、同じ時期に、太陽系惑星の1つである「海王星」も発見されています。

海王星はもともと天王星の軌道のわずかな変化から、計算によってその存在を予言したことがきっかけで発見された惑星で、これを唱（とな）えた人物がフランスの数学者で天文学者でもあった「ユルバン・ルヴェリエ」でした。

そして、ルヴェリエが海王星に続いてこの未知の天体の存在も主張したことが、バルカンの信ぴょう性をますます高める結果となりました。

■やはり存在しなかったバルカン

ルヴェリエによってバルカンの存在が予言されてから、人々はこぞってその未知の天体を発見しようと試みます。

実際、望遠鏡の精度向上などにより、新惑星発見の報告がいくつも発表されました。けれども、どれも再現性がないことから、その存在の証明にまでは至りませんでした。

やがて、20世紀に入ると、アインシュタインによって一般相対性理論が発表されます。

すると、この一般相対性理論から、太陽に近いところではその大きな質量から生み出される重力によって周りの空間そのものがゆがみ、水星はそのゆがんだ空間の中を進むために近日点が移動しているという結果が導き出されました。

さらに、この理論から計算によって導かれる値が、それまでの観測事実に基づいた値とほぼ一致したことで、水星の近日点移動問題は解決に至りました。（それと同時に一般相対性理論が正しいということも裏付けられました。）

そして、この結果こそが、バルカンの存在理由を否定する決定的な材料となったわけです。

■まとめ

水星の内側を回っていると考えられた幻の太陽系惑星「バルカン」。

バルカンの存在は、水星の近日点移動問題を解決するものとして期待されましたが、20世紀に入りアインシュタインによって一般相対性理論が発表されると、たちまちその期待はしぼんでしまいました。

しかしながら、発見される前から名前まで付けられていたことを考えると、19世紀の人々がいかにこのバルカンの存在を信じて疑わなかったかが分かりますね。

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| カテゴリー 天体観測 | 2013年7月22日 19時23分 |

今はもう無くなってしまった星座たち「アルゴ座」「しぶんぎ座」

夜空を見上げると、夏には「さそり座」や「いて座」、冬には「オリオン座」や「おうし座」。さらに、北を向けばWの形で有名な「カシオペア座」や北斗七星を持つ「おおぐま座」など、いろいろな星座を見ることができます。

もともとこのような星座は、星の配置から好きなように連想して作られたものですが、その歴史をさかのぼってみると、何度か作られては消えて…を繰り返しています。

そこで今回は、すでに消えて無くなってしまった星座たちをご紹介したいと思います。

■アルゴ座

現代の星座は1928年に国際天文学連合（IAU）によって88種類が定められています。しかし、16世紀までは「トレミーの48星座」と呼ばれる48種類の星座が一般的に使われていました。

今の88星座には、その48星座のうち47種類が採用されていますが、その中で唯一採用されなかったのがこの「アルゴ座」です。「アルゴ」とは、ギリシア神話に登場する巨大な船の名前で、それにちなんで作られた星座です。

この星座が88星座に採用されなかったのは、その大きさが原因でした。というのも、このアルゴ座は今の88星座で最大の大きさを誇る「うみへび座」の1.5倍（空全体の1/8程度）もある、とてつもないサイズでした。

そのため、1752年にフランスの天文学者ニコラ・ルイ・ド・ラカーユによって、ほ座・とも座・りゅうこつ座・らしんばん座の4つに分割されています。これらの星座はいずれも南天の星座（南半球でよく見える星座）であるため、日本からはあまり見ることができません。

■しぶんぎ座

「しぶんぎ」は漢字では「四分儀」と書きます。円を4分割した扇型をしており、そこに付いている目盛と望遠鏡を使って、天体の位置から自分がいる場所の緯度を割り出すための測量器具です。

18世紀にフランスの天文学者ジェローム・ラランドによって作られた星座ですが、この星座も1928年に国際天文学連合（IAU）が88星座を取り決めた際に外されました。

現在、この領域は「りゅう座」の一部となっていますが、毎年1月に出現する「りゅう座ι（イオタ）流星群」は、りゅう座の中心から遠く離れているため、今でも「しぶんぎ座流星群」と呼ばれることが多くなっています。

なお、「しぶんぎ（四分儀）座」は無くなってしまいましたが、「ろくぶんぎ（六分儀）座」や「はちぶんぎ（八分儀）座」は、今も88星座の中に含まれています。

■チャールズのかしのき座

ハレー彗星で有名なエドモンド・ハレーが、1679年に当時のイギリス国王チャールズ2世のために作った星座です。
これは、チャールズ2世が子供のころに起こった清教徒革命で敵軍に追われたときに隠れた樫の木（ロイヤル・オーク）をイメージしたものでした。

17世紀頃というのは、このように星座が王室や貴族と深く関わっていた時代でもありました。

■みつばち座

「みつばち座」は17世紀の初めに、ドイツ人のヨハン・バイエルによって作られた星座です。
しかしその後、イタリアの天文学者リッチョーリが「はち座、またははえ座」と書いた一方、イギリスの天文学者ハレーは「はえ座、またはみつばち座」と書くなど、表記方法で混乱が生じました。
そのため、18世紀にラカーユが「はえ座」を採用、統一させたことで事態は収束し、現在に至ります。

なお、みつばち座の略号（Apis）が、ふうちょう座（Apus）と表記を間違えやすいことから、はえ座（Musca）が採用されたようです。
はえ座のすぐ隣にはカメレオン座があることから、やはりカメレオンの餌となるハエの方がふさわしいとも言えるかもしれませんね。

ところで、ハエというとどちらかと言えば嫌われている虫ですが、他にもみみず座・なめくじ座・くも座・ひきがえる座・ひる座など、一般的にはあまり好まれていない生物の星座もいくつか作られたことがあります。

■まとめ

現在は88種類ですが、多いときには130種類ほどもあったと言われる星座。

ギリシア神話に基づいて生まれた「アルゴ座」や、科学技術の発達によって生まれた「しぶんぎ座」など、星座の歴史は神話や科学といった文化の歴史でもありますので、星座を見ながらいろいろな時代背景について調べてみるのも面白いかもしれません。

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| カテゴリー 天体観測 | 2013年7月21日 03時48分 |