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宇宙とは何でしょうか?

夜空は宇宙なのでしょうか?

では昼間の空も宇宙でしょうか?

太陽や月を見るということは、宇宙を見ることなのでしょうか?

私たちが存在している宇宙は、

  • 138億年前にインフレーションを経てビッグバンによりできた?
  • 今なお膨張し続けている!

さまざまなことがわかりかけていますが、そもそも宇宙とは何か?ぼんやりとした話を、少し具体的に考えてみましょう。

どこからが宇宙なのか(大気圏とは何か)

地球の周りには大気(空気)があります。地表から約500キロメートルまでを大気圏と呼んでいます。
そのため大気圏の外、おおよそ500キロより先を宇宙と呼ぶことになります。

まずは地表から宇宙までの状況を探ってみましょう。

なお以下に示す各圏間に明確な境界があるわけではありません。おおよその数値にすぎないので注意しましょう。

1.対流圏

地上から高度約11キロメートルまでを対流圏と呼びます。この範囲内で空気が対流しているからです。

そのため上昇気流によってが生まれます。いわゆる天気の変化は、対流圏内で起きます。
参考「雲とは何か?雲を見分けられれば災害が起こるかどうかもわかりますよ!

対流圏では平均して1キロメートル上昇するに伴い約6.5℃気温が下がります。
太陽からの熱が素通りする一方で地表から出る熱を受けるため、地表に近いほど温かくなる原理です。温室効果ガスがあると言われる場所も対流圏です。
参考「地球温暖化に関する3つの誤解?本当に解決すべきなのか

一般的な旅客機は高度1万メートル、すなわち高度10キロメートル上空、対流圏の境辺りを飛んでいます。だから飛行機に乗ると、雲の上に出られるのです。
参考「飛行機は何故落ちるのか?考えられる5つの理由

2.成層圏

高度約50キロメートルまでを成層圏と呼びます。

対流圏とは逆に、高度が上がるほど急激に気温が上昇します。この理由は、高度25キロメートル付近に、いわゆるオゾン層があるからです。

オゾン層が太陽の熱を吸収する、その上空に溜まる紫外線が熱を持つためです。昨今はオゾン層の破壊が危惧されていますが、この高さまで原因となるフロンガスが上ってしまうということです。
参考「温暖化を防げ!代替フロンの開発が急がれています

3.中間圏

高度約80キロメートルまでを中間圏と呼びます。

中間圏は、再び高度上昇に伴い気温が低下します。その理由は、太陽からの紫外線がほぼ素通りしてしまうため熱が溜まらないからです。中間圏と熱圏の間付近は-80℃くらいの極寒です。

流れ星が生まれるのはこの辺りです。2017年11月21日の21時頃に各地で確認された火球が燃え尽きたのもここです。

「ミサイルやスペースシャトルが大気圏に突入する!」空気との摩擦を心配する場所です。

4.熱圏

高度約500キロメートルまでを熱圏と呼びます。

700キロメートルまでとする見方もあります。とはいえ大きな違いはありませんし、明確な境界線があるわけでもありません。

この辺りは、いわゆる空気と言うものがなく、少ない酸素や窒素などの分子が浮遊しています。そこで太陽からの紫外線がぶつかると光電離と呼ばれる現象によって高温になります。そのため熱圏では温度が再び急上昇します。

なおこの電離作用によってみられるのがオーロラです。
参考「木星でもオーロラを観測!オーロラの原理とは

5.外気圏

熱圏を超えたエリアを外気圏と呼びます。

ここからが事実上の宇宙になります。ただし宇宙開発の観点からは、上空100キロ以上を宇宙と称することもあります。ちなみに宇宙空間の温度はおおよそ―270℃!超極寒です。

人工衛星はどこにある

1.気象衛星は3.6万キロ上空を飛ぶ

地球の自転周期と同じ23時間56分で1周する、いわゆる静止衛星は、地上約36,000キロメートル上空にあります。

明らかな宇宙空間です。

たとえば気象衛星「ひまわり」があります。天気予報で示される衛星画像は、この高度から撮影しています。そのため日本を含めた東アジアを一望できます。
参考「天気図を見る際に知っておきたい5つのポイント

日本版GPSとも呼ばれる準天頂衛星「みちびき」もほぼ同じ高度です。

また地上から1000~2000キロメートル上空を飛ぶ人工衛星には通信衛星があります。
参考「日本版GPSがスタートします。何が変わるか?5つの可能性と危険性

2.宇宙の観測は500km前後がベスト

日本人も活躍している国際宇宙ステーションISSは、地上約400キロメートル上空を飛んでいます。

厳密に言えば大気圏の中にあります。そのためISSから綺麗でリアルな地球の姿を写した映像が送られてきます。

いわゆる宇宙望遠鏡も400~600キロ上空にあります。

その理由は、地球と交信するために近い方が良い一方で、大気の影響を受けにくくするためです。
リアルな星を観測するためには、大気圏外がベストです。

夜空の星を見るとキラキラ光って見えますが、これは大気によって光が歪められているからです。
日中の空が青く見える、逆に夕日や朝日が赤く見える理由も、大気が光を屈折させているからです。
参考「一番身近な恒星である太陽とは何か?地球への働きについて

3.ICBMは大気圏を超えるミサイル

弾道ミサイルとは何か?大気圏を一度超え宇宙へ出て、再び大気圏に戻るミサイルのことです。

ICBMとはIinterContinental Ballistic Missileの略でありBallisticが「弾道の」という意味です。

弾道とは、直訳すれば弾の軌道ですが、大気圏を出るタイプを弾道弾と一般的に呼んでいます。そのため高度500キロメートル超の上空を飛ぶミサイルは、弾道ミサイルに分類されます。

一般的に領空は高度100キロメートルまでとの共通理解があるので、宇宙空間であれば人工衛星を含めて自由に飛ばせます。
参考「ミサイルかロケットか?そもそも人工衛星って何だ

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宇宙には何があるのか

1.ほぼ何もない真空状態

音は空気の振動によって伝わります。

ならば太陽からの光や熱は、どうやって伝わるのでしょうか?

「それを伝える何らかの物質があるはずだ!」
その物質をエーテルと呼び、多くの科学者が観測を繰り返しました。
参考「音が伝わる仕組みとは、音の性質を知ろう

とはいえ現在は、光が真空中も伝わることが理解されたので、エーテル説は消え去りました。

つまり宇宙空間は、ほぼ何もない真空状態です。多少の水素やヘリウムの原子があるようですが、何もないと考えて良さそうです。

2.星はまばらにしかない

「宇宙には星があるのでは?」

と思った方もいるでしょう。しかし星の散らばりは非常にまばらです。

太陽系を考えても、地球から隣の月まで38万キロメートルあります。火星や金星はさらに先です。太陽までは1億5000万キロメートルあります。その途中には何もありません。
参考「今、月が突然消滅したらどうなる?ありえそうな5つの影響

たとえば、宇宙ステーションの外で作業中の宇宙飛行士の命綱が外れてしまったら?永遠に宇宙空間をさまようことになるでしょう。人間の寿命が尽きるまでにどこかに漂着できるでしょうか。

地球の周りは人工衛星の残骸など宇宙ゴミが散乱していますが、それにぶつかるか?また小惑星や彗星が飛んでいるとしても、ほとんどぶつかることはないでしょう。
参考「宇宙ゴミの除去も民間企業の出番です

一番近くの恒星であっても、光の速さで3年以上かかります。それくらい宇宙空間には何もないのです。
参考「4光年先に生命体が住めそうな惑星があるかもしれません

3.ダークマターで埋め尽くされている

真空ということで落ち着いていましたが、真空にしては不可解な現象が発見されました。

「何らかの物質がないと説明できない?とはいえ現状の科学では認識できない!」

これをダークマターと呼んでいます。
参考「次なる宇宙の課題はダークマターを探すことです

天文学における今後の課題は、ダークマターを探すことです。
これまでは電磁波を利用した観測をしていました。そのため電波を出さないと思われるダークマターは発見できていません。
参考「電磁波とは何か?波長や周波数も理解しよう

「重力波を検知した!」
新しい天文学が始まります。思い込みをなくして探していけば、意外な所に意外な物を発見するかもしれません。
参考「重力波を再観測!ブラックホールの合体は頻繁に起きるようです

宇宙とは何か

宇宙とは何でしょうか?どうやってできたのでしょうか?天文学が進展することにより多くのことがわかっています。

とはいえ未だ謎だらけです。そもそも無から有が生まれるのでしょうか?
参考「理解できますか?宇宙のはじまりはどうなっていたのか

とりあえず地球から離れた空間を宇宙と呼びますが、その地球も宇宙空間の中にあります。
そう考えると、宇宙とはすべてを含むことになります。宇宙人はいるのか?言い換えると地球人も宇宙人です。
参考「NASAが太陽系外惑星を発見!地球外生命体の探し方

星空を見よう

東京には空がない?
東京で子供たちに理科を教える際、「星が見えない!」上手く説明できません。

もちろん旅行などで海や山へ行けば見られるでしょうが、東京では、もう星を見ることができないのでしょうか。

2017年11月29日の未明、北朝鮮がICBMを発射しました。それは非難されるべきですが、その報道を見て驚いたのは、北朝鮮で見られる星がきれいだったことです。弾道ミサイルの背景に、満天の星が輝いていました。
不謹慎ではありますが、東京にはないものが、ピョンヤンにはあるのか?

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