宇宙についてわかりやすく：温度、年齢、大きさなど
実際には、宇宙についてはほとんど知っていることがありません。天体観測アプリを開くたびに、そこで見つけるさまざまな天体に驚くかもしれません。もし、あの惑星や星、目に見える天体が宇宙全体のわずか5％未満しか占めていないと言ったらどうでしょう？
内容
宇宙は広大で、謎に満ちています。その多くは、科学が大きく進歩しても、まだ解明されていないのです。現時点でわかっていることをまとめてみましょう。
宇宙とは？
宇宙は、空気のない完全な真空に近い状態です。宇宙には、さまざまな放射線のほか、ガスや塵などの物質が浮遊しているため、空っぽではありません。
地球からは、あらゆる方向に463億光年の範囲にある惑星や星、銀河を観測することができます。この領域は「観測可能な宇宙」と呼ばれています。現在の最良の推定によると、宇宙の年齢は約138億年です。
宇宙空間とは？
地球上の視点から見ると、宇宙空間とは地球と宇宙を分ける境界の外側すべてを指します。宇宙が正確にどこから始まるかについては複数の定義があります。最も広く使われている境界はカーマン・ラインで、平均海面から約100 kmの高さにあります。ただし、80 kmとする説もあります。この高さからは空気が希薄すぎて、揚力に依存する通常の航空機は飛行できません。
宇宙の領域
宇宙空間は、いくつかの領域に分けられます。それらは、その中の磁場と「風」によって決定されます。
- 地球空間とは、地球近傍の宇宙空間のことです。地球の上層大気と地球磁場の最外周の間に位置します。
- 惑星間物質は、太陽系内の宇宙空間です。太陽と惑星を取り巻く巨大な「泡」である太陽圏を形成する太陽風によって定義されます。太陽圏の外側の境界線であるヘリオポーズを境に、惑星間物質は星間物質へと移行します。
- 星間物質とは、銀河系内の恒星間にある物理的な空間です。ガスと塵からなります。
- 銀河間空間とは、銀河と銀河の間にある物理的な空間のことです。ほぼ完全な真空に近く、ほとんど何も存在しませんが、極めて希薄な電離ガスで満たされています。
宇宙は何からできている？
科学者たちは、宇宙が通常物質、暗黒物質、暗黒エネルギーの3種類の物質で構成されていると考えています。
通常物質
通常物質は、バリオンとも呼ばれ、陽子、中性子、電子からなり、周りの目に見えるすべての物体を構成しています。恒星、惑星、木、動物、人間など、私たちが目にすることができるものはすべて、通常の物質でできています。宇宙における通常の物質の割合は驚くほど少なく、5％以下です。
ダークマター（暗黒物質）
ダークマターは光やエネルギーを放射も吸収もせず、完全に不可視です。科学者は直接観測することはできませんが、通常の物質に及ぼす重力の影響からその存在を推測しています。たとえば、渦巻銀河は非常に速く回転しているため、可視物質の重力だけでは銀河をまとめておくことができません。ダークマターがなければ銀河はバラバラになってしまいます。ダークマターは宇宙全体の**約27％**を占めると考えられています。候補には以下が含まれます。
- WIMPs（弱く相互作用する大質量粒子）：通常の物質を構成する粒子よりもはるかに重いとされる仮想粒子。重力と弱い核力のみで相互作用するため、物質をほとんど痕跡を残さず通過すると考えられています。その質量により、銀河の運動を説明するために必要な重力を補う可能性があります。
- アクシオン：非常に軽く、弱い相互作用しか持たない理論上の粒子。もともとは素粒子物理学の数学的な問題を解決するために提案されましたが、ダークマターの候補としても有力とされています。
- ステライル・ニュートリノ：ニュートリノは既知の粒子で、非常に小さく、ほぼ質量がなく、物質とめったに相互作用しません。ステライル・ニュートリノはそれより重いとされ、重力以外の力とは相互作用しません。その質量と不可視性により、宇宙の隠れた物質の別の候補と考えられています。
ダークエネルギー（暗黒エネルギー）
ダークエネルギーは、空間そのものの性質と考えられ、負の圧力によって宇宙の加速膨張を引き起こしています。これは物体を直接押し返す力ではありません。宇宙が単に膨張しているだけでなく、その速度が増している理由を説明するために導入されました。現在のところ、その本質や起源は不明で、「ダーク」という言葉もダークマターのように「暗い」ではなく「未知」という意味合いで使われています。ダークエネルギーは宇宙の**約68％**を占めると推定されています。
宇宙には何があるのか？
宇宙は空っぽではなく、微小な岩石から巨大な銀河の壁まで、あらゆる大きさの天体で満ちています。まずは惑星や月、彗星などの小さな天体から、次に星や銀河、そして最大の宇宙構造へと進みましょう。
惑星・月・小天体
私たちの宇宙探査は身近なところから始まります。それは太陽系という私たちの身近な宇宙の近所です。ここには惑星や月、彗星、そして火星と木星の間に広がる小惑星帯があります。また、遠くの星を周回する系外惑星や、別の恒星系から飛来する恒星間彗星も観測されています。
惑星
惑星とは、恒星を公転し、自らの重力でほぼ球形になり、その軌道上の他の破片を一掃した天体を指します。太陽系には大きく分けて2種類の惑星があります。
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岩石惑星（地球型惑星） — 水星、金星、地球、火星。これらの小型で高密度の惑星は、主に岩石や鉄、マグネシウム、ケイ素といった金属で構成されています。水星には、太陽風に吹き飛ばされるナトリウム原子の薄い「尾」があり、まるで彗星のように見えます。金星にもイオンの尾が確認されています。
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巨大惑星 — 木星と土星は主に水素とヘリウムからなるガス惑星で、天王星と海王星は氷（水・アンモニア・メタン）を多く含む氷惑星に分類されます。
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また、準惑星と呼ばれる天体も存在します。これらは太陽を公転しますが、「本格的な」惑星と違って軌道上の破片を一掃していません。そのため、太陽系惑星の主要な「仲間入り」からは外されています。最も有名なのは冥王星ですが、他にもエリス、ハウメア、マケマケ、セレスなどがあります。
太陽系外では、天文学者たちが何千もの系外惑星を発見しています。その中には想像を超えるものもあります。炭素が豊富で、ダイヤモンドのような物質が大量に存在すると推測される惑星もあります。このような驚くべき宇宙の天体について、さらに詳しくは記事でご覧ください。
月
月とは、惑星や小惑星のような恒星でない天体の周りを公転する天体です。地球には1つの月しかありませんが、複数の月を持つ惑星もあれば、まったく持たない惑星もあります。
- 2025年時点で、土星が274個の確認された衛星で最多記録を持ち、木星（95個）を上回っています。この記録は近年、両惑星で新しい小さな衛星が相次いで発見されるたびに入れ替わっています。
- 太陽系の衛星を大きさ順に並べると、上位5つのうち3つ — ガニメデ、カリスト、イオ — は木星を回っています。残りの2つはタイタン（土星最大の衛星）と私たちの月です。
小惑星
小惑星は、約46億年前の太陽系形成時に残った岩石片です。大半は小惑星帯で火星と木星の間を回っており、大きさは小石ほどのものから準惑星のセレスのようなものまであります。
- 地球に接近する小惑星もあり、その一例がアポフィスです。2029年に地球からわずか32,000 km（地球と月の距離の10分の1）まで接近し、肉眼でも見えると予測されています。詳しくはアポフィスに関する記事をご覧ください。
彗星
彗星は氷でできた天体で、非常に細長い軌道を持ちます。多くは遠方のオールトの雲から来ており、他はカイパーベルトに起源を持ちます。さらに、2I/ボリソフや3I/アトラスのように、恒星間空間から飛来した彗星もあります。なぜ彗星にはあのように壮大な尾があるのか？そしてそれが太陽系について何を教えてくれるのか？詳しくは彗星の記事で確認しましょう。
星と星雲
星とは、主に水素とヘリウムからなる高温で輝く巨大なガスの球体で、重力によってまとまっています。中心部では核融合反応が起こり、莫大なエネルギーを放出して光を放ちます。星は星雲と呼ばれる巨大なガスと塵の雲の中で誕生します。重力が物質を引き寄せ、やがて核融合が始まるのです。
- 特に珍しい星雲のひとつがブーメラン星雲で、ケンタウルス座にあり地球から約5,000光年の距離にあります。内部は宇宙で最も低温の場所で、–272 °C、絶対零度のわずか1度上です。
形成された星は数十億年にわたり輝き続け、その後さまざまな最期を迎えます。一部は白色矮星という高密度で暗い残骸になります。有名な例はシリウスで、実際にはシリウスA（明るく熱い主星）とシリウスB（暗い白色矮星）からなる連星系です。質量の大きな星は、中性子星や、光さえ逃れられないブラックホールに崩壊することもあります。
- 現在も輝いている最古級の恒星のひとつがHD 140283で、てんびん座にある亜巨星です。「メトセラ」と呼ばれ、聖書に登場する969歳まで生きたとされる人物にちなんでいます。その年齢は120億〜140億年と推定され、宇宙そのものとほぼ同じ古さです。
星がどのように進化するか — 星雲で誕生し、壮大な最期を迎えるまで — を理解するために、星のライフサイクルのインフォグラフィックをご覧ください。
銀河とクエーサー
銀河とは、数千億個の星がガスや塵、ダークマターと共に重力で結びついた巨大な系です。
- 私たちの太陽系は天の川銀河にあります。夜空を横切る明るい帯として見ることができます。
- 最も近い大型の隣人、アンドロメダ銀河は肉眼でも確認できるほど大きく明るいです。
星と同様に銀河にもライフサイクルがあります。クエーサーは銀河進化の初期段階にある活動的な銀河核と考えられています。中心の超大質量ブラックホールが周囲の物質を猛烈な勢いで吸い込み、莫大なエネルギーを放出するため、クエーサーは宇宙で最も明るい天体のひとつとなります。
- おとめ座にあるクエーサー3C 273は最初に発見されたクエーサーであり、現在も地球から見える最も明るいクエーサーです（見かけの等級12.9）。電波観測では、輝度温度が最大で10¹³ K（10兆℃）に達することが確認されています。これは放射の強度の指標であり、実際のプラズマ温度ではありません。
- クエーサーAPM 08279+5255はおおかみ座にあり、地球から120億光年離れています。地球の全海洋の1,400兆倍の質量に相当する巨大な水蒸気雲に囲まれています。
大規模構造
銀河は孤立して存在しているわけではありません。局所銀河群やおとめ座銀河団といった集団を形成し、それらはさらに大規模なラニアケア超銀河団のような構造に属しています。
- **ヘラクレス座–かんむり座大壁（Great Wall）**は、観測可能な宇宙で最大の構造候補のひとつですが、その地位はまだ議論されています。その大きさは150億光年にも及ぶ可能性があり、数十億の銀河を含むとされています。約100億光年離れた場所にあり、ヘラクレス座とかんむり座の方向に位置しています。
よくある質問
宇宙の年齢は何ですか？
現在の最良の推定によると、宇宙の年齢は約138億年です。宇宙の歴史を視覚化するために、地球1年に圧縮し、宇宙カレンダーを手に入れました。インフォグラフィックでご覧ください。
宇宙はどこから始まる？
宇宙空間は地表から正確に定義された高度から始まるわけではありません。一般に受け入れられているのは、国際航空連盟（FAI）が定めた高度100 km（62マイル）のカーマン・ラインです。一方、NASAやアメリカ空軍は80 km（50マイル）を採用しています。これらの高度は、大気が希薄になり、航空機の翼が揚力を生み出せなくなるため選ばれました。この高さを超えると、大気飛行は不可能で、軌道飛行またはロケット推進のみが可能です。
宇宙空間はどのくらい広いのですか？
観測可能な宇宙は、地球から見てどの方向から見ても約465億光年と推定されています。地球を取り囲む球体をイメージすると、その直径は約930億光年となります。インフォグラフィックを使って、観測可能な宇宙における私たちの位置を確認できます。
宇宙の温度は？
宇宙の基準温度は、ビッグバンの残光である宇宙マイクロ波背景放射（CMB）によって決まります。その温度は約2.7 K（–270 °C）です。
宇宙の色は？
経験から、宇宙は黒く見えることが分かっています。 しかし、宇宙が無限であり、何十億もの星が存在することを考慮すると、宇宙は真っ白であるべきではないでしょうか？この奇妙な現象は、オルベールのパラドックスとして知られています。このパラドックスの可能な解決策については、専用記事をご覧ください。
なぜ音は宇宙を旅できないのでしょうか？
音は、空気や水などの媒体が必要な機械波です。宇宙は真空であり、空気がないため、音が伝わる方法がありません。そのため、宇宙は一般的には無音と考えられています。
宇宙は完全に静か？
宇宙は真空ですが、完全に空ではありません。プラズマと呼ばれる荷電粒子で満たされています。これらの粒子は電場や磁場を生成・影響し、**磁気音波（マグネトソニック波）**を伝えることができます。これはプラズマ版の音波で、人間には聞こえませんが、宇宙探査機が記録し、可聴化することで「宇宙音楽」のような奇妙な音として聞くことができます。
簡単なまとめ：覚えておくべき基本的な宇宙の事実
宇宙は真空で、そこに放射線や物質粒子が漂っています。現在の最良の推定によると、宇宙の年齢は約138億年です。観測可能な宇宙の大きさは、地球からどの方向へも約465億光年（直径930億光年）です。宇宙に存在するすべてのものは、通常物質、暗黒物質、暗黒エネルギーで構成されているが、後者2つの物質の性質や起源については、現在も研究されています。
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