第回天文宇宙検定級問題解答 4 天体による光の湾曲の応用として重力レンズ効果がある今レンズ天体を質点と見なすことができ星レンズ天体観測者が一直線上にあるとしたときに次の模式図の中で重力レンズ効果による光の振る舞いを最もよく表しているものはどれか 4 重力レンズは凸レンズに似た効

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かずしすえがら
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1 第回天文宇宙検定級問題解答ある恒星の年周視差を精密に計測したところ 0. 秒角であったこの恒星に直径 0AU( 天文単位 ) の惑星系があるとするとこの惑星系は地上からは何秒角の大きさに見えるか秒角秒角 0. 秒角 40 秒角年周視差が 0. 秒角であったことからこの恒星での AU を地上から見込む角度は 0. 秒角となるしたがって 0AU の惑星系は 0 0.= 秒角の大きさに見えるつまりこの恒星までの距離を D [AU] 年周視差を θ[ 秒角 ] 秒角からラジアンへの変換係数を A とすると年周視差の定義より D θ A= [AU] つまり D = (θ A) である惑星系の直径を d [AU] これを地上から見込む角度を φ[ 秒角 ] とすれば d D = φ A となるよって φ= d D A = d θ d = 0AU θ= 0. 秒角だから φ= 秒角となる次の図は赤方偏移付近の銀河のスペクトルであるこの銀河を U,G,R のつのバンドで観測したときバンド間の等級差 ( カラー ) として正しいものは次のうちどれかつのバンド A と B のカラー (A-B) は A の等級がより小さい ( 明るい ) とき負の値となり逆の場合正の値となる A と B で同じ等級 ( 同じ明るさ ) のときは 0 等となる図のスペクトルの場合 U バンドではほとんど写らないほど暗いが G バンドと R バンドはだいたい同じ明るさとなるしたがって U-G は正の大きな値となり G-R は 0 等程度となるこのようにいくつかのバンドで撮影された画像データからバンド間のカラーをもとに目的の天体を選び出すことを天文学ではよく行う本問題では遠方銀河を選択するライマンブレイク法を取り上げた赤方偏移 z の遠方銀河のスペクトルはそのライマン α の波長 6A (+z) より短波長側が銀河間空間の中性水素雲 ( ライマン α の森 ) により減光され暗くなる一方長波長側はフラットなスペクトルのものが多い U-G が大きく正の値かつ G-R が 0 等程度 U-G が大きく負の値かつ G-R が 0 等程度 U-G が 0 等程度かつ G-R が大きく正の値 4U-G が 0 等程度かつ G-R が大きく負の値 976 年に打ち上げられ木星や土星を探査した NASA の探査機ボイジャー号は現在太陽圏を脱出しつつあると考えられている 0 年 7 月時点で地球からの距離として最も近いものは次のどれか兆 8000 億 km 800 億 km 80 億 km 48 億 km ボイジャー号は近傍恒星からの宇宙線や太陽からの荷電粒子などの測定から 0 年 7 月 4 日時点で 0 天文単位あたりにあると推測されているなおボイジャー号は 0 年 7 月 4 日時点で 98 天文単位両探査機ともに太陽圏を脱出間近である

2 第回天文宇宙検定級問題解答 4 天体による光の湾曲の応用として重力レンズ効果がある今レンズ天体を質点と見なすことができ星レンズ天体観測者が一直線上にあるとしたときに次の模式図の中で重力レンズ効果による光の振る舞いを最もよく表しているものはどれか 4 重力レンズは凸レンズに似た効果を生じるのでとは間違い質量 M の質点による光の曲がり角をαとすると α = 4GM/(c b) b はインパクトパラメータであり曲がり角はインパクトパラメータの値に依存するしたがって光がレンズ天体の近くを通る時には曲がり角は大きくなるが遠くをかすめる時には曲がり角は小さくなる同じインパクトパラメータの値であれば一点に収束するが異なるインパクトパラメータの光は別の焦点となるしたがってインパクトパラメータの値によらず点に収束する凸レンズと同じ現象にはならないしたがって 4 が正解 5 次の中で江戸時代の日本での観測記録がないものはどれか水星の太陽面通過海王星太陽黒点 4 ハレー彗星水星の太陽面通過は 8 年に渋川景佑と間重新が 8 年には間重新がそれぞれ観測を行った太陽黒点は岩橋善兵衛や国友藤兵衛らの観測スケッチが知られているハレー彗星は 607 年 68 年 759 年 85 年に観測されている海王星が発見された 846 年は幕末であったが日本での観測記録はない 6 我々の銀河系中心にある巨大ブラックホール候補天体は M の質量をもつと推定されているこのことはどのような観測でわかったかブラックホール周辺の恒星の運動重力レンズ効果による背景の星像の歪み電波観測により撮像されたブラックホール影の大きさ 4 重力場が時間変動することで発生する重力波選択肢のいずれもブラックホールの存在を示しその質量を推定する手段として有効な観測方法であるこのうち現段階で観測に成功しているのはブラックホール周りの恒星の運動であるもっとも近づく恒星は約 7 光時 ( ブラックホール半径の 400 倍 ) の距離にまで接近しブラックホール候補天体の周りをケプラー運動している一般相対論的な効果を検出するためには他のつの観測方法に期待が持たれるものの現状ではまだ実現化されていない 7 清少納言の枕草子の星づくしにはすばるひこぼしゆふづつよばひ星といった星の名前が登場するがここにでているよばひ星はどのような天体をあらわしているか火星月流れ星 4 金星よばひは元もと男性が女性への求婚を表す婚ひ ( よばひ ) または呼ばひであったとされこれが転じて男性が女性の元へ通うことを意味する夜這いになったとされる暗闇に乗じて女性の元に通う様子が暗闇に夜空を馳せる流れ星に似ていることに由来するとされる参考 : 池内了天文学と文学のあいだ ( 廣済堂出版 ) 斉藤国治古天文学の散歩道 ( 恒星社厚生閣 )

3 第回天文宇宙検定級問題解答 No. 問題正答解説 8 太陽のコロナは 00 万 K を超える高温のガスであることが知られているコロナがこのように高温である証拠として適当でないものは次のどれか日食の時に観測される連続光スペクトルの存在 (K コロナ ) 日食の時に観測される吸収線を含んだスペクトルの存在 (F コロナ ) 日食の時に観測される輝線スペクトルの存在 (E コロナ ) 4 人工衛星で観測される太陽からの X 線放射日食時に観測される連続光スペクトル (K コロナ ) はコロナ中の自由電子が太陽の光を散乱したものである光球のスペクトルにある吸収線がないのはコロナが非常に高温であるため電子の大きな熱運動によってそれがかき消されるためである輝線スペクトル (E コロナ ) は発見されたときはその正体が謎であったが後に高階電離した鉄やカルシウム等のイオンが発するものと同定されたこれらのイオンは 00 万 K を超える高温でしか存在しない X 線は非常に高いエネルギーの光でありこれを放射するということは物体が非常に高温であることを示している F コロナは惑星間空間にある塵が太陽光を散乱したものであり 00 万 K のコロナの存在を示すものではない 9 宇宙服を着た船外活動中に宇宙服が大きく破損し補修が間に合わなかった場合身体が急に宇宙の超真空に曝されるのだから体内に溶存しているガス成分が一瞬に膨らみ眼球は突出し腹部をはじめ体全体が大きく膨張するではそのあとどうなるかもっともらしい答えをつ選べからだは一層膨らむが乾燥によりやがて皮膚や内臓骨の崩壊が進みからだの原型をとどめないほどに粉々になる体内からガスと水分が急速に失われるが皮膚や骨格はそのまま残り結局全身ミイラ状になって残る早々に皮下出血が蔓延して皮膚全体は赤紫に変わるが体内の臓器はやや膨らんだまま残るので全身もやや膨らんだ姿で残る 4 膨らんだからだは宇宙服をいっぱいに膨らませたまま宇宙服の中にとどまる有人宇宙飛行を実現させるために各種の実験が進められた頃極秘裏に動物の真空曝露実験も行われたが科学論文として公開されることはなかったずいぶん後になって一般書で紹介されたその結果の概略から想定されることは急減圧による気泡化で瞬間的にからだは膨張し眼球が突出皮膚では小血管が破れて点状出血が見られるが時間とともに皮膚からガスと水分が抜け出す皮膚の線維組織は比較的強靭で体型はよく保たれるので人の場合も外見はまさにミイラとなるにちがいない酸素が断たれたとき意識を失うまでの時間はほぼ秒運良く助け出されて加圧装置に運び込まれたとき脳に障害が残らずに蘇生できる時間は酸素が断たれてからほぼ 90 秒以内 0 次の一連の星座のグループはそれぞれギリシャローマ神話の物語を構成しているただしつだけ無関係な星座が入ったグループがあるそれはどれかヘルクレス座うみへび座かに座アンドロメダ座ペガスス座ケフェウス座オリオン座おおいぬ座おうし座 4 おひつじ座ふたご座りゅうこつ座はヘルクレスの冒険物語のうちうみへび ( ヒドラ ) 退治のくだりであるかにはうみへびに加勢をしたがあえなく倒されたは美姫アンドロメダをめぐる物語で姫の父親がケフェウス母親がカシオペヤ姫を襲おうとしたくじらを天馬ペガススに乗ってやってきたペルセウスが救っている 4 はアルゴ船に乗って冒険にでかけたイアソンが仲間 ( アルゴノート ) とともに黄金の羊の毛皮を求めにいく話である黄金の羊がおひつじふたごの兄弟はアルゴノートそしてりゅうこつはアルゴ船の竜骨であるの星座はお互いに近くにある星座だが神話上の関係はないおうしはエウロパをさらったときの大神ゼウスの姿オリオンは海の神の息子で月の神の恋人でありさそりにさされた伝説の狩人おおいぬはケンタウロスの弟子の狩人アクタイオンの猟犬とされるおおいぬをオリオンの犬としたりエウロパの番犬とする見方も広く知られているがつの星座が同時に登場する見方はされない

4 第回天文宇宙検定級問題解答 No. 問題正答解説次の図のうち小説天地明察 ( 冲方丁著 ) に出てこない器具はどれか渾天儀は天体の位置を測定する道具で中国では漢の時代からあったようだが日本で使われはじめたのは江戸時代になってから渾天新図は天球図 4 天文分野之図は中国で星占いのために作られた星図を日本の国土にあわせて修正したもの 4 ともに渋川春海の考究によるもの 4 のいずれも作中に登場する経緯儀は天体観測に使われ高度と方位を測るもので原型は 8 世紀と言われている写真のものは 9 世紀に大村益次郎が使ったもの ( 山口県立山口博物館収蔵 ) で作品とは時代が違う KV 型と G0V 型のつの恒星からなる食連星があるこの食連星を可視光で観測した場合の模式的な光度曲線が図に示してある図中の矢印 ( 位相 0.5) における連星の位置関係を表したものとして最も適当なものはから 4 のうちどれか 4 図中の位相 0.0 が主極小 0.5 が副極小である主極小は連星中のより明るい星がより暗い星によって隠される時副極小は暗い星が明るい星によって隠される時にそれぞれ対応する KV 型の恒星と G0V 型の恒星では G0V 型の恒星の方が光度が高いため問題の位相 0.5(= 副極小 ) では KV 型の恒星が G0V 型の恒星によって隠されている状態になる小惑星探査機はやぶさには高性能のイオンエンジンが搭載され世界初の地球 - 小惑星間を往復し地球帰還を果たすことができたはやぶさではイオンエンジンの推進剤としてキセノンガスが使われたが次の中で間違っている記述を選べキセノンは, イオン化しやすい気体でまた価の陽イオンを生成するのに必要なエネルギーが小さいので使われたキセノンは原子量や分子量が大きく大きな推力が得られるので使われたキセノンは貯蔵性が良く常温でタンクに高密度充填可能であり圧力も比較的小さくて済むので使われた 4 キセノンは毒性がなく宇宙機を汚すこともなくアルゴンやクリプトンよりも安価であるので使われた 4 キセノンは毒性がないため宇宙機を汚すことはないが非常に高価なガス (L= 約 000 円 ) なので大量の物資輸送に電気推進を使用することになったら価格面のみを理由にアルゴンやクリプトンで代替することになる 4

5 第回天文宇宙検定級問題解答 4 次の図は典型的なセファイド型変光星である δcepの等級色視線速度の変化を示したものである星が最も明るくなるときの星の大きさについて正しい記述はどれかただし図中の視線速度は正の方向が遠ざかる方向で負の方向が近づく方向である星が最も小さく収縮した時が最も明るい星が最も小さく収縮した時から最も大きく膨張するまでの間に最も明るくなる星が最も大きく膨張した時が最も明るい 4 星が最も大きく膨張した時から最も小さく収縮するまでの間に最も明るくなる視線速度のグラフに注目する収縮から膨張または膨張から収縮に転じる瞬間が視線速度ゼロに相当するので視線速度の向きを考えると位相 0. 辺りが最も収縮位相 0.6 辺りが最も膨張している位相になる最も明るい位相は 0. 辺りでこの位相は星が最も小さく収縮した時から最も大きく膨張するまでの間に相当する一般にこのような脈動星では星が最も大きく膨張した時に最も明るくなると誤解されがちだが実際はそのようにはならないその理由は星中心のエネルギー生成率は一定であることと星の光度は半径の乗と温度の 4 乗の積に比例するためである 5 次の図は天の川に沿って種類の電磁波による強度分布を示したもので上から順に電波近赤外線ガンマ線によるものである印の天体は何か以下の選択肢から選べガンマ線で明るくかつ電波源でもある天体は超新星残骸や活動銀河が多いしたがって図では銀河中心や超新星残骸が明るく見えているなおオメガ星団 (NGC59) はケンタウルス座にある最大の球状星団である NASA オメガ星団銀河中心ほ座超新星残骸 4 アンドロメダ銀河 6 恒星同士の衝突はめったに起こらないと考えられているのに対し銀河同士の衝突はよく起こる現象と考えられているこの理由は A: 恒星間距離 / 恒星サイズの比率に対し B: 銀河間距離 / 銀河サイズの比率が桁違いに小さいからである A/B の比として最も適当なものはどれか 000 倍 0 万倍 000 万倍 40 億倍恒星サイズとして太陽程度の星 ( 直径 k m) 恒星間距離として 5 光年 (=50 0 km) を考えると恒星間距離 / 恒星サイズ =0 8 これに対し銀河サイズ (0 万光年 ) 銀河間距離 (00 万光年 ) と考えると銀河間距離 / 銀河サイズ =0 したがって両者の比は 0 7 =000 万倍違う 5

6 第回天文宇宙検定級問題解答 7 アインシュタインが一般相対性理論の重力場の方程式に宇宙項 4 を導入した理由はなんであったか物理法則の一般化の立場から宇宙項の導入が自然と考えたから等価原理と光速度不変の原理の双方を満たすために宇宙項が必要だったから宇宙項を導入しないと水星の近日点移動が説明できなかったから 4 宇宙は膨張収縮などしない定常な世界であると考えていたから宇宙項なしでアインシュタイン方程式を解くと宇宙は膨張または収縮するという解が得られる当時はまだ宇宙が膨張しているという決定的な観測的な裏付けに乏しかったこととアインシュタイン自身宇宙は定常であると考えていたため静的な宇宙の解を得る目的で導入された 8 宇宙を構成する元素で最も多いものは水素である水素以外の元素でどの銀河においても存在量があまり変わらないと考えられる元素は何かヘリウム炭素窒素 4 酸素ヘリウムは大部分宇宙の最初の時期につくられたと考えられ水素に対しての存在量は現在と過去であまり大きくは変わっていない主系列星では水素からヘリウムへの核融合反応が起こっているのでヘリウムの量は増えるがそれでも宇宙の初期につくられたヘリウムの量よりは少ない一方より重い元素は星の内部等での核融合反応でつくられたため銀河によって大きく異なる宇宙の水素の存在量を X ヘリウムの存在量を Y それ以上の重い元素の存在量を Z ( 質量での比較 X+Y+Z= とする ) と表すなら宇宙初期では (X, Y, Z) (0.76, 0.4, 0.00) と予測される一方現在の銀河系のディスクでは (0.7, 0.7, 0.0) 程度と観測されているがまだ十分にはわかっておらず多くの研究がなされている 9 Ⅱ 型の超新星爆発は星が一生の最期に起こす大爆発であり星つの起こす現象であるにもかかわらず星の集団である銀河に匹敵する明るさで光輝く爆発からカ月後の超新星爆発が光輝くエネルギー源として適当でないものはどれか放射性元素の放射性崩壊衝撃波による加熱星周物質との衝突 4 核融合反応 4 超新星爆発には I 型と II 型の種類が存在する II 型超新星は水素のスペクトル線が見える超新星爆発であり I 型超新星は水素が見えない超新星爆発であるそのため II 型超新星は水素層をもつ半径の大きな星が爆発し衝撃波による加熱によって光っているか星の周りに大量の水素があり衝撃波が星周物質と衝突して光っていると考えられている一方で I 型超新星は比較的コンパクトな星の爆発であり星周物質との衝突も近年提案されてはいるが一般に爆発後 0 秒以内に起こる核融合反応によって合成された放射性元素 ( 主にニッケル 56) の放射性崩壊によって解放されるエネルギーによって光ることが知られている爆発からカ月後には温度密度が十分低くなっており核融合反応は起こっていないため正解は 4 である 0 歴史的な超新星爆発についての記述のうち誤っているものはどれか 85 年ケンタウルス座に出現後漢書に記述あり 054 年おうし座に出現藤原定家により観測される 57 年カシオペヤ座に出現ティコブラーエにより観測される 4604 年へびつかい座に出現ケプラーにより観測される藤原定家の日記である明月記には 054 年の超新星 ( かに星雲 ) についての記載があるが明月記は 80 年 (8 歳 ) から 5 年 (74 歳 ) に書かれており伝え聞いた出来事として書かれている明月記には他にも 006 年のおおかみ座超新星や 8 年のカシオペヤ座超新星についての記述もあるなお超新星の最古の記録は世紀中国のものである 0 年現在日本の都道府県でプラネタリウム ( 固定式 ) が設置された公開施設がつも運営されていないのは次のうちどれか佐賀県高知県秋田県 4 山梨県かつては高知新聞社屋にプラネタリウムが設置されていたが現在は運営されていないなお 0 年に高知県は新図書館の建築にあわせプラネタリウムを設置するとの計画を発表しておりこれが完成すれば日本にプラネタリウムが設置運営されていない県はつもなくなる佐賀秋田山梨にはそれぞれ大型のプラネタリウムが設置され活発に活動を行っている 6

7 第回天文宇宙検定級問題解答次の図は我々の銀河系の星で測定されたマグネシウムの鉄に対する元素組成比を金属量を横軸にとって表したものであるこの図の上では元素組成比は太陽で規格化されているこの図に関する記述で誤っているものを以下から選べ 4 金属量が太陽の /0 より高いところでマグネシウムの鉄に対する元素組成比の高い星が存在しないのは銀河系の化学進化を駆動する超新星爆発のタイプが金属量が太陽の /0 となるあたりで変わっているためである金属量が低い間のマグネシウムの鉄に対する元素組成比のばらつきが大きいのはその頃宇宙の元素組成が一様でなかったことを表している図中の A の星に含まれるマグネシウムの質量は太陽に含まれているマグネシウムの質量より大きい 4 金属量が太陽の 0-6 以下の星がないのはまだそのような低金属量の星が見つかっていないからである宇宙形成時には金属は存在していなかったが超新星爆発が起こり宇宙空間に重元素が放出され汚染されたガスから次世代の星が形成されさらに超新星爆発を起こすというサイクルが回ることによって少しずつ金属量が増え我々の太陽のような重元素に満ち溢れた宇宙が形成されたつまり本問の図で左から右に向かって宇宙の化学進化が進み縦軸はその金属量の時代に宇宙の化学進化を駆動する超新星における元素合成の結果を反映しているこれらの金属量の少ない星は金属欠乏星と呼ばれ宇宙初期に形成された星であり宇宙年齢程度の寿命をもつ太陽より少し軽い星である A の星に含まれるマグネシウムの全質量に対する割合は太陽に比べて /00 程度であるため太陽に含まれるマグネシウムの質量の方が大きい最先端の天文学では宇宙初期に近づこうとできるだけ金属量の少ない星を見つけようという努力がなされているが今のところ金属量が太陽の 0-6 以下の星は見つかっていないその理由としては () 金属量が太陽の 0-6 以上でないと現在も残っているような寿命の長い星は存在しない () 存在するはずだが数が少ないため見つかっていないなどの理由が考えられているアニメドラゴンボール Z に出てくる界王星は大きさはほんの 00m 程度しかなさそうだが表面重力は地球の 0 倍もあるという設定だこの星の密度は次の天体のどれに近いか白色矮星中性子星マグネター 4 クォーク星半径 00m 表面重力を 0g とすると質量は約 5 兆 t になる密度は cm あたり約.5t になり白色矮星の密度に近いちなみに中性子星 ( およびマグネター ) の密度は cm あたり約 0 億 t 4 天王星の衛星の名称は他の惑星の衛星のように神話からのものではないでは実際に天王星の衛星につけられていないものはどれかカタリーナビアンカオフィーリア 4 ジュリエット天王星の衛星にはイギリスの劇作家シェイクスピアもしくは詩人ポープの作品から名付けられているオフィーリア (VII) はハムレットの恋人ジュリエット (XI) はロミオとジュリエットのヒロインカタリーナはじゃじゃ馬ならしのじゃじゃ馬に相当する登場人物ビアンカ (VIII) はその妹である名前の後のローマ数字は軌道が定まったのち国際天文学連合によって付けられた衛星の確定番号を示している 7

8 第回天文宇宙検定級問題解答 5 水星軌道の近日点移動にはニュートン力学に基づいた木星等の惑星からの万有引力を考慮しても説明できない移動量がありその余剰の移動量を説明できないことが一般相対論の最初の実験的検証になったこの余剰の近日点の移動量は太陽重力場をニュートン的な重力から相対論的な重力場に置き換えることで説明されるがこの太陽がつくる相対論的な重力場による水星の近日点移動の様子を表す軌道図として最も適切なものを以下から選べニュートン重力の元での体問題では惑星軌道は閉じた楕円軌道になるが相対論的な重力場を考えると楕円が閉じず俗にいうバラ運動を生じ楕円の配置がゆっくりと変化するこの時の楕円軌道の変化を近日点のずれとして表したものが近日点移動であるなおこの一般相対論による近日点移動量は世紀あたり約 4 秒角ととても小さな効果であるのでのように楕円の方向が大きく変化するわけではない 6 静止衛星は地球の周りを周期約日で公転するが月は約 7 日の周期で地球の周りを公転する地球 ( 地球中心 ) から月までの距離は地球から静止衛星までの距離のおよそ何倍になるか 9 倍 7 倍 90 倍 440 倍衛星の軌道半径を a 公転周期を P とするとケプラーの第三法則より a /P = 一定が成り立つのでこれを利用する静止軌道にある衛星は地球の自転と並行して ( 同じ角速度で ) 移動し地上からは天球上の一点に静止しているように見えるこの軌道は半径 464km ( 地球半径 678km+ 地上からの高度 5786km) の円軌道であり軌道周期は時間 56 分である月の平均公転半径は 84400km であるので月の軌道半径は静止衛星の軌道半径の 9. 倍であるとわかる静止衛星までの距離や月までの距離を知らなくともそれらの公転周期を観測することでその軌道半径の比を推定することができる 8

9 第回天文宇宙検定級問題解答 7 次の図はフェルミ衛星によって得られた全天のガンマ線輝度を銀河座標系で表示したものである図中央付近の横に帯状に光っているのが天の川銀河であり天の川銀河から強いガンマ線が放射されていることがわかるこの図中で我々の住む太陽系の位置はどこか 4 このような全天マップでは多くの場合で天の川銀河が明るく光っているため天の川銀河の想像図と混同されることがある天の川銀河の想像図では矢印 bの位置付近に太陽があると説明されることもあるが銀河座標系で描かれた全天マップでは観測者は視点であるため図中にはない NASA 図中の矢印 a の位置付近図中の矢印 b の位置付近図中の矢印 c の位置付近 4 この図中にはない 8 恒星の観測量の中で天体の距離に直接依存するものは次のうちどれか等級で表した色指数 B-V オングストロームで表したスペクトル線の等価幅角度で表した年間の固有運動 4km/s で表した視線速度等価幅や視線速度の値は距離にはよらない量である色指数は星間赤化 ( 星間塵による影響で星の色が元の色より赤くなる現象 ) によって変化することはあるが距離に直接依存するわけではない固有運動は天体の視線に垂直な方向の運動を示すものであるが観測的には角度の単位で表され距離に依存する 9 次の図は MASS 全天サーベイで得られた赤外線による全天の画像であるこの画像で見えているものは何か銀河系に含まれている星は質量が小さい星ほど多く質量が大きな星は少ない質量が小さな星は表面温度も低く主として赤外線で光っているこの MASS サーベイで見えているのは約 4 億 5 千万個もの赤外線点源で大部分が質量の小さな星だと考えられている NASA 大部分が太陽ぐらいの質量の星大部分が太陽よりも質量が小さな星星の光などで暖められた星間ガス 4 まだよくわかっていない 9

10 第回天文宇宙検定級問題解答 0 イギリスの天文学者エドモンドハレー (656-74) の業績でないものはどれか金星の太陽面通過を観測して天文単位を高い精度で決定した古代の恒星の位置データと比較して固有運動を発見した歴史的な記録に残っているある彗星は約 76 年ごとに回帰する同じ彗星であることを予言した 4 大西洋上の地磁気を計測しその磁気図 ( 地磁気の等高線図 ) を作成したグリニッジ天文台の二代目の台長であったハレーはハレー彗星で有名であるが金星の太陽面通過を観測して緯度の異なる点間での通過時刻の差から地球ー太陽間の距離を決定できることを示したしかし実際の測定が行われたのはハレーの死後であった我々の宇宙は誕生直後インフレーション膨張と呼ばれる急激な膨張を起こしたと考えられているインフレーション膨張によりさまざまな問題が解決するが次のうち解決されない問題は何か時空の次元問題宇宙の地平線問題宇宙の平坦性問題 4 銀河や星形成の種となる宇宙の密度ゆらぎ次の図はシリウス系の軌道を図にしたものである図をもとに考えるとシリウス A とシリウス B の質量比 ( シリウス B の質量 / シリウス A の質量 ) はどれぐらいになるか宇宙の地平線問題とはなぜ遠く離れて因果的につながっていないところから来る宇宙背景輻射が同じ温度なのかという問題宇宙の平坦性問題とは宇宙の曲率がほとんどゼロなのはなぜかという問題どちらも急激な宇宙膨張で説明できるまたインフレーション膨張期の最後に泡のように膨張する時空どうしが衝突して膨張エネルギーが熱エネルギーに転化することでビッグバンが生じると考えたときその衝突時の物理過程で構造形成の種となる密度ゆらぎも生じるものと考えられているしかし我々の住む時空がなぜ 4 次元 ( 空間次元 + 次元 ) なのかという問題は解決されていないシリウス系は共通重心のまわりを公転運動しながら星間空間を並進運動しているので星間空間における軌道図は図のようなシリウス A とシリウス B とが絡み合ったものになる同じ時期におけるシリウス A とシリウス B と共通重心の距離の比がわかれば重心に対するてこの原理から重心からの距離の比の逆が質量比となるこの図だけではわからない地球を周回している人工衛星は宇宙空間を飛行しているにもかかわらずその姿勢はふらついているその原因として適切でないものを選べ大気地球の重力地球の自転 4 太陽光高度数百 km 程度までは比較的大気もあり太陽電池にあたると姿勢を回転させる地球の重力の不均一性も重力傾斜トルクを発生させる太陽の光は物質を押す力があるしたがってが正解 0

11 第回天文宇宙検定級問題解答 4 宇宙が無限に広いならば夜空も明るいはずというオルバースのパラドックスについて誤っているものを選べ宇宙の階層性 ( 星が銀河をつくり銀河が銀河団をつくる等 ) を考慮しても説明できないプトレマイオスの宇宙像 ( 天動説 ) でも大きな問題であった星間塵による星の光の減光の効果では説明できない 4 宇宙が時間的に有限であり見える範囲は限られること ( 宇宙の地平線の存在 ) で説明できる宇宙は無限に広くて星がどこにも同じように存在し遠方まで見渡せるとすると地球から見た時の視線は必ずどこかの星の表面に行きついてしまうそうすると夜空は星の表面で覆われているように見え夜でも明るいと想像できるところが実際はそうはなっていないこれをオルバースのパラドックスと呼ぶプトレマイオスの宇宙では恒星は天球上にあり宇宙は有限だと考えられていたためこのパラドックスは生じなかったつまり宇宙の理解が進んだために以前は考える必要がなかった問題が見えてきたと言えようオルバースのパラドックスは膨張宇宙を考え 4 のように説明することができる 5 皆既日食中に肉眼で見える太陽のコロナが乳白色に輝いている理由はどれか高温で励起した水素ガスが原子スペクトル線を放射している高温で電離した水素ガスが再結合線を放射しているコロナ中に含まれる陽子が太陽光を散乱している 4 コロナ中に含まれる電子が太陽光を散乱している 4 太陽のコロナには肉眼でみえる通常のコロナ (K コロナ ) ダストの散乱で光っている F コロナ ( 遠方では黄道光に続いている ) そして輝線の放射による E コロナなどがある肉眼でみえる K コロナいわゆるホワイトコロナは高温コロナ中でほぼ完全に電離した水素に含まれていた電子が直近の太陽光を散乱したものである電子散乱は波長に依存しないのでホワイトコロナの色は太陽光の色に他ならない 6 次の天文学的現象のうちで最も遠い未来に起こるだろうと考えられる現象はどれか地球から見て皆既日食は決して起らず日食は金環食か部分日食だけになる太陽が白色矮星になるアンドロメダ銀河と銀河系が衝突する 4 かみのけ座銀河団中の銀河において今日爆発した超新星が地球で見える月が少しずつ地球から遠ざかることによって月のみかけの大きさが小さくなりいずれ皆既日食が起らなくなるのは約 5 億年後と考えられるアンドロメダ銀河が銀河系に衝突するのは約 0~40 億年後と見積もられているかみのけ座銀河団までの距離は約 4 億光年なのでそこでの情報が伝わるには 4 億年かかる一方太陽が白色矮星になるのは約 70 億年後であり最も未来の現象となる 7 地球上で発見された隕石のうち火星起源と判定されたものは現在 60 個ほどある火星起源と判定する根拠として正しいものはどれか隕石中に含まれている大気成分が火星の大気成分とほぼ一致する隕石中に含まれている酸化鉄の割合が火星の岩石に含まれる酸化鉄の割合とほぼ一致する地球に落ちてくるところが目撃されその観測された軌道から逆に計算すると火星にたどりつく 4 隕石の密度が火星の地殻の密度にほぼ一致する火星起源の隕石は南極やアフリカ中東地域で発見されることが多い隕石に含まれる希ガスの存在比率がバイキング着陸機が観測した火星の大気組成と酷似していることから火星由来と判定することができる 8 星間空間に存在する塵の影響で可視光で観測したとき同じスペクトル型の恒星でも一般的に遠くのものほど赤く見える現象 ( 赤化 ) が観測されているさてこの事実から塵の典型的サイズを推定できるがそれはどれくらいか 0.μm かそれ以下 μm 程度 mm 程度 4cm 程度微粒子による光の減光 ( 吸収と散乱 ) は微粒子の円周と光の波長の大小で性質が変わるすなわち波長に比べて円周が小さいときは赤化が起こり大きいときは赤化が起こらない可視光で赤化が観測されているので微粒子の円周は可視光の波長より小さいはずである可視光の波長は典型的には 0.5μm であるからが正解

12 第回天文宇宙検定級問題解答 No. 問題正答解説 9 地表から打ち上げられた惑星探査機が地球の重力を振り切るために必要となる最小の速度 ( 第宇宙速度 ) の表現として正しいものはどれか地球の質量を M e 地球の半径を R e とする探査機の質量を m とすれば地表で運動エネルギー (m (v ) )/ 位置エネルギー - GM e m/r e をもっている探査機が無限遠方 r で速度ゼロになればよいからエネルギー保存の式から m (v ) GM e m R e = 0 これを v について解けば v = GM e R e となる 40 人工衛星では真空放射線打ち上げ環境軽量化要求など宇宙特有の条件に合わせた材料が用いられている次の中で人工衛星に使うことのできない材料を選べアルミニウム合金チタンプラスチック 4 ステンレスゴムやプラスチックなど樹脂系の材料は真空環境下で高温にさらされるとガスを発生するアウトガスという問題があるこのガスは有機物であるため人工衛星内で放電を誘発したり温度の低いところに付着して固まったりする

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大宇宙銀河団大規模構造膨張宇宙銀河群数個 ~ 数十個の銀河の群れ天の川銀河 250 万光年アンドロメダ銀河局所銀河群 http://www.astronomy.com/en/web%20extras/2005/02/ Dominating%20the%20Local%20Group.aspx 銀河団 100 個程度以上の集まり銀河群との明確な区別はない天の川銀河 6200 万光年