全体のねらい宇宙に対する見方を体系化した学問である天文学、宇宙論は人類文明の発祥と共に生まれ発達した最も古い学問の１つである。その歴史には現代科学の方法や思考の基礎となっている様々なアイデアがちりばめられている。また近年は宇宙論が他の科学へ影響を及ぼすことも少なくない。本講座ではそれらを時代を追って説明すると共に、現代の天文学・宇宙観にどう連なっているかを見てゆく予定である。

回テーマ内容執筆担当講師名(所属･職名)放送担当講師名(所属･職名)

人類史上において、世界観・宇宙観がどのようにして誕生したかについてまず概観する。ついで、最も古く天文学が発達したエジプト、メソポタミアの天文学について紹介し、中国、インドの古代宇宙観の特質にも触れる。中村士（国立天文台助教授）中村士（国立天文台助教授）

４大文明発生の共通項 ８０００年前ヒプシサーマルによる湿潤な風が運ばれてきた。（エデンの園） ５０００年前この風のながれがかわり、砂漠化が始まり、各地に散らばっていた人々が　川沿いにあつまった。 雨の少ない中、農業が必要になった。夜空も見えるようなった。 宇宙の語源 ユダヤの宇宙観 バビロニアの日食記録 コスモスー秩序 宇宙ー荘子　宇は空間　宙は過去と未来 　 　 こんな昔に”４分”という精度で記載されている。 太陰太陽暦 　 　 メトン周期、章法 サロス周期 　 中国　殷 古代中国の宇宙観 蓋天説初期 殷の時代に日食有と書かれている 　 大地の天は平行：　杭と立てたところ影の長さに差があり、天の高さがピタゴラスの定理で計算でｌきる 蓋天説２期 こん天 宣夜説 今は資料が散逸してない。 その後中国ではモデルを作ることなく、数学的な計算に終止していく。 天と地が丸みを帯びる　大洋は架空の海 卵の殻のように。、冬至は短い軌道を回れば説明できる。 　 iインド 仏教の宇宙観　須弥山 　 　 　 他国に比べ、統一性がない。観念的 天と地があり、天国と地獄があるというのは、古代バビロニアの思想であり、仏教にも引き継がれる

 現代の天文学、宇宙論の源は古代ギリシアにある。そしてそれはアレキサンドリアで精密科学としての基本的性格を発展させた。古代ギリシアの自由な学問的伝統の中で、天動説・地動説などさまざまな理論が展開された。それらの理論の特徴を比較し、現代天文学との関係について述べる。同上同上

ギリシアの宇宙観は３分類 ピタゴラス学派、プラトン学派、異端派　アリスタリコス　デモクリトス　ムセイオン　 地球が球体というのは、ギリシャｈ人はわかっていた、 プラネットは、予測が不可能な星の動きを意味して、「まどう」という意味。だから惑星。 ヒッパルコスは観測主義。 　 　 ユードクソスの同心球宇宙 　 音階も数学的作られた。惑星の距離は音階から計算できる。 卵の殻がたくさんある。惑星の逆行も説明できる アリストテレス アリスタルコス デモクリトス 単なる数学モデルではなく、宇宙の構造をメカニズムで考えた。また天界と地上界を分けた 天上界：エーテルでできている。空間もエーテルが詰まっている。 地上界：　火空地土水でできている。 ピタゴラス学派は異端を廃除した。 アリスタルコスは太陽中心を唱えたが廃除された。 太陽が２０倍距離があると計算した。 同時に見かけ同じなら２０倍大きいと推論 物質の最小単位を考えた　アトム（還元主義の起こり） 真空を許すことになり異端とされた。（真空は中につぶれる） アレクサンドリア：ムセイオン（ミュージアムの語源） エラトステネス（地球の大きさをはじめて測定） マヤ文明も　夏至を測った井戸がある。 離心円、周転円　エカント ３．９万キロと計算できる。実際の地球は４万キロだからきわめて正確 　 　 火星の逆行 　 　 離心円では逆行が説明できない 周転円を導入して、逆行が説明できた。 　 ヒッパルコス 　 歳差 　 新星の発見は、アリストテレス的は恒星は永遠不滅であるという考えの反証となった。 北極も２万６千年周期で動く　歳差の原因は月と太陽の引力 星表 左は中世に写されたもの 右は翻訳 　 　 星の明るさを等級で決めたというのは画期的（今も使っている） その後アレキサンドリア市はカエサルによりムセイオンが焼き払われ、３００年の空白が起こる。ＡＣ２ようやく再開 トレミー（またはプトレマイオスともいう） アルマゲスト　 　 　 地球中心的はギリシア的宇宙観を集大成したＡＣ１４５ 　 　 エカントを導入したのはトレミー 　 　 　 トレミーは惑星の順番については、あまり熱心ではなかった。後のアルマゲストダイジェスト版で書かれている。真空がやはりない。　周転円を重ねた Ｅ

ルネサンスへギリシア・ローマ世界が没落して後、ヨーロッパの中世ラテン世界ではキリスト教会の権威とアリストテレス思想が世の中を支配し、古代の華々しい天文学の成果は西欧では忘れ去られた。しかし、アラビア・イスラムの人々は古代ギリシア語の文献をアラビア語に翻訳し、ギリシア天文学の伝統を発展・継承させた。この２つの世界を対比させて紹介する。同上同上

１ 天地創造　コーラン 　 智の館　Ｈｏｕｓｅ　of Wisdom 　 　 　 イスラムの宇宙 　 　 ユードクソスの影響 　 　 ローマＢＣ１ 中世　ハレー彗星 　 　 ペストなど暗黒の時代にあった宇宙観 占星術が肉体や精神までつかさどると考えた。 大学の自由７科ＡＣ１３ プルバッハの固体球宇宙 アルキメデスの無限ねじが使われている 　 　 　 　 アストロラーベ　中世イスラムとラテン 　 　 　 　 え

やがてヨーロッパの人々は、優れたアラビア天文学はギリシア科学が元になっていたことを知った。中世アリストテレス思想の呪縛から人々を解き放って、近代科学発展の糸口を示したのがコペルニクスの太陽中心説であり、自転する大地という考え方である。しかしコペルニクス説が皆に受け入れられるまでには半世紀近い年月が必要だった。同上同上

Ａ コペルニクス コペルニクスが暮らした城砦都市 フロムボルク 　 クラカウ大学で学問を受ける。若くして教壇に立つ。ギリシャ天文学に不満を持つ。 イタリアで学問をつみ、次にここで司祭となる。その傍らで天文観測などをする。しかしポーランドは、天候が悪く観測なんてできなかった。コペルニクスは観測的にはなんら実績がない。故に頭で考えをこね回すことしかできなかった。しかしおかげで地動説の原型といえる「コンメンタリオルス（概要）」を考えた。 天球の回転について１５４３年 コペルニクスの原稿 　 数学者の弟子に進められて出版（日本では鉄砲伝来） 　 左：地動説・右：天動説 　 　 　 　 太陽中心説の画期的なところは、各惑星の公転周期が算出できる。地球と太陽の距離から１天文単位をつくり、恒星までの距離を具体的に算出できる。 この式で計算してみたとこと驚くべき秩序が現れた。 ５つの惑星の公転周期と距離を計算して見ると 惑星の大きさの順は軌道の大きさの順に対応していた。 年周視差（コペルニクス回答） 年周視差（現代の回答） 　 コペルニクスの登場によって、正確に観測できたわけでもないし、簡素化されたわけではない。 序文に、「あくまで便利に計算する数学モデルであって実際に太陽が中心であるひつようはない」と自身で書いてあったからである。これは本人によるものでなく、周辺の人が目をつけられいように、したのであった。 太陽中心説を採ったとき問題になるのは視差であった。これへの回答も出していた。 　 　 　 日本に伝わったのは長崎出島 　 　 　 日本には宇宙観そのものがなく、かえってすぐになじんだ。 Ｅ

ティコとケプラーティコとケプラーという２人の巨人が協力して明らかにした惑星運動の統一的解明は、近世天文学誕生の出発点となった。改良した観測装置で精密なデータを取得し、それを体系化して法則を見つけるという近代科学の方法論は既に明確に現れている。この過程とティコや観測装置を関連させて見てゆこう。同上同上

　

ティコの観測所：
スポンサーがでてきた実現できた。印刷場まである。	六文儀が中国や日本に伝わり、伊能忠敬もしようした。

	ティコ説：コペルニクス体系を否定する。太陽の周りを惑星が回るのはよい。ただし、地球が中心。年周視差がかんそくされなかった。しかし、　これだと惑星がぶつかる。 相対的であるだけでコペルニクス体系と、同じである。	ティコは１５８８年スポンサーを失い、観測所を追われる。プラハでケプラーにであう。ケプラーはプロテスタントであっただ、コペルニクス説を大学で教わる。 ケプラーはティコと共同研究をすることとなる 観測記録をもらい、ティコから与えられたテーマが火星であった。エカントを使うがうまくいかない。火星だけに６年もかかるが、火星がちょうど楕円であったため、ケプラーの法則を導き出す。

新天文学
		数学モデルから、太陽からの駆動霊＝（引力）　物理学になる。

火星楕円軌道はあまりに難しく頓挫。 地球軌道に切り替える。	次にケプラーは地球の公転速度を求めようとする。これによって第2法則を導かれる。	第三法則はずっと後の１６１９年である・ 第３法則が完成したとき、宇宙の秩序が現れた。もちろん後のニュートンの直接的な要因になる。 ケプラーは思想的には、信者であり、神との関係、音楽との関係などと延々とかいてある。

	デカルト	方法序説

デカルトの渦巻宇宙
エーテルの渦を作った

望遠鏡の発明と万有引力の法則の発見17世紀に入ると、私達の宇宙像はそれまでに比べ2つの面で大幅に拡大した。1つは望遠鏡の発明で、肉眼で見ることのできなかった遠方の世界を調べることを可能にした。もう1つは、ニュートンによる運動法則及び万有引力の法則の発見である。これによって、宇宙の万物の振舞いは重力の法則で解釈できるという、ニュートン力学的宇宙観が広まった。同上同上

望遠鏡の発明 　 　 　 力学者だったが、ケプラーに影響され天文学に傾く。 オランダで望遠鏡ができ、それをまねた。そして次々とアリストテレスが間違っているとを発見していった。１４倍２０倍 まず、天体が滑らかな球でないことを観測・月のクレーター（椀）自作の望遠鏡で観測をはじめ、アリストテレスは、完全になめらかな、球としていたが、月のデコボコを発見しクレーター（おわん）と命名。コペルニクス体系に傾く。 　 　 　 三ツ星ではないと分かる。 天の川も星の集まりと分かる 木星の衛星の発見により地球だけが運動の中心で特別だと思わなくなった。地動説に確信をもつ。 　 　 　 　 黒点を発見する。黒点がヘリでは、楕円になる。 衝撃を受けたのは、土星の輪 輪の謎がとけたのは、半世紀１６５６年 　 金星が月のように満ち欠けがある為、太陽中心に確信をもつ。 　 　 　 いよいよ天文対話。海の潮汐を説く。 対話には３人の登場人物がでてきたが、アリストテレス学派が教会をあざ笑う部分が記載されていた。 そして軟禁、しかし、観測はゆるされ、新しい出版もできた。 望遠鏡は、日本に流れ、発明後わずか６年で、家康に黄金の望遠鏡を献上する。レンズつくりをはじめる。しかし、天体観測に使われることはなかった。 　 ニュートン 　 　 　 　 運動の３法則�@慣性　�A加速度の法則　　�B作用反作用 万有引力の法則」力は距離の逆2乗に比例する。 　 　 　 　 そして、「プリンピギア」を出版。 ハレー彗星：エドモンド　ハーレー　プリンピギアを呼んで、過去の観測を読み、７５年後に次に訪れると予言した。 そのときに本人は死んでいたが、ハレー彗星となづけられた。 　 １７８１年天王星を発見したが、起動のズレ が起こっている、：万有引力では説明できなかった。 未知の惑星の重力影響を考え、そこを観測したところ、海王星を発見した。発見者は国家的な英雄となり、ニュートン力学は不動の地位を得た。 　 フーコー振り子：地球が回転しているのを目で見ることができる・

地動説を確かめる最も重要な証拠は、星の年周視差を検出することであると考えられた。そして年周視差検出の努力の過程で、天文学者の関心は太陽系を離れて恒星の世界まで拡大してゆき、星は太陽と同じ天体であるとする考えが一般化した。恒星天文学の誕生はまた、望遠鏡、天文時計、天文台建設、写真術の発達とも関係が深い点について述べよう。同上同上

ニュートン力学の勝利により、年周視差の使用目的が恒星の距離を測る方向に変質する。 ガリレオの提案は、大気差を打ち消すことができる。しかし、観測機械がおいついていなかった。		ジャイロの原理：振り子は、船の上にフーコーの振り子をおいた。 光行差：直下する雨の中、とまっていると、かさは上を向けていればいいが、走ると、かさを前にださねばならない。この法則を応用すると、光の速度が計算できる。

光行差発見の意義 　 距離はしご：コスミックラダー：時代を重ねるにつれより遠い距離を測定できるよになった。その歴史。 近い恒星までの距離 ベッセルら 最も遠い惑星 ルベリエ・アダムス／トンボー 地球軌道半径を単位とする惑星の距離 コペルニクス 月と太陽の距離比 アリスタルコス 月までの距離 ヒッパルコス 地球の大きさ エラストテレス ハーシェル： 　 　 天王星の発見により、太陽系は２倍になる。 　 銀河系をはじめて絵にする。だいぶ違うが、銀河系天文学の開始を意味する重要な試行である。 写真術の発明１８４５ 　 　 観測記録に導入ラゲール　フォトグラフは、ハーシェルの息子のジョンハーシェルがなづけた 　 　 １９世紀以降の スペクトル分析：分光 可視光線外の観測：紫外線、赤外線、電波、宇宙線（素粒子）

8星の世界から銀河の世界へ

20世紀に入って銀河系の大きさやアンドロメダ銀河など他の銀河までの距離が測定できるようになった結果、それまでの考えていた宇宙の広がりが一変した。この状況を当時の時代背景とともに述べる。二間瀬敏史（東北大学大学院教授）二間瀬敏史（東北大学大学院教授）

光年 　 　 　 　 ぜんぜん小さい。チリでさえぎられてみれない。 変光星 銀河の種類 　 　 　 直径１０万光年 　 銀河ハロー 　 　 暗黒物質 ハッブルの法則：遠い銀河ほど早く遠ざかっている。アンドロメダは９３万光年で近づいている。いずれは我々の銀河を合体する。 アンドロメダは銀河の外か？うちか？　ハッブルが変光星で、測り９３万光年。　銀河の大きさが１０万光年なので、外側

現代宇宙論の最も重要な観測的な基礎の一つである宇宙膨張の発見と、アインシュタインに一般相対性理論にもとづいてアインシュタインが考えた宇宙のモデルについて述べる。同上同上

ハッブルの法則 　 赤方偏移：光のドップラー ゴムに等間隔でしるしをつけ引っ張ると、銀河間は同じ速度で遠ざかるが、絶対的には早くなっている。空間自体が広がっている。 　 　 　 　 　 　 　 　 初期の計算では宇宙の年齢は１８億年。地球より若い！最近の観測では２３０万年 　 　 オルバース アインシュタイン 　 星が無限にあるなら、無限の光があって、宇宙はあかるいはずだ。 　 ゆがんだ空間 　 　 アインシュタインは、宇宙は定常であるという考えにもとづき、宇宙定数というのをもちだして、宇宙が重力でつぶれないようにした。 後にハッブルの膨張宇宙の観測により、撤回する。 現在では、宇宙定数はあるが、それでも宇宙は膨張していると考える。 　 　 閉じた宇宙、平坦な宇宙、無限の宇宙 え

宇宙が超高温度、超高密度の状態から爆発的始まったというビッグバン宇宙論の誕生と、それにかかわった科学者たち観測による検証について述べる。同上同上

太陽がなぜ燃えているか、１９３８年　量子力学ができてはじめてわかった。 ボーア 　 ガモフ 量子力学の創始者の一人 　 ビッグバンの提唱者 　 　 ライマンαの森： 　 ガモフ：宇宙から星と取り除いても、光はのこる。もともとの光がある。（全光の９９％もある）「宇宙の背景輻射」の観測によって証明。 遠くの星を観測すれば、昔が観測できる、それを観測する都合のいい星 　 　 　 　 　 　 超新星とは、星の誕生ではない、死である。 昔の人が分かってなくてそういった。

宇宙には暗黒物質、暗黒エネルギーと呼ばれる正体不明の物質やエネルギーが存在する。そしてこれらは宇宙の未来の姿の鍵を握っている。これについての観測的証拠と現在の観測結果について述べる。同上同上

ビッグバンは当初はいろいろ問題があった。なにしろ地球の年齢より若い。

宇宙の年齢は、聖書の登場人物を全部足すと７０００年

ボールに例えると、あがったものはいつか引力でもどってくるが 宇宙は加速膨張もケースも算定されうる なぜなら宇宙には色々なエネルギーがあるから。バリオン、光、ダークマター、ダークエネルギー Ｘ線銀河団 　 宇宙エネルギーの割合 上の図で暗黒エネルギーがない限り、収縮に向かう １９３０年代に銀河の集団の動きを調べたところ、バリオンだけで計算すると、銀河集団を閉じこめておけない。バラバラになってしまう。何かが閉じ込めているようだ。 　 宇宙のエネルギー：１：バリオン：普通の物質４％　２：光（輻射）ニュートリノ百万分の１％　３：暗黒物質（ダークマター）２３％　４：ダークエネルギー７３％ 　 銀河の回転曲線 重力レンズ：星の重力だけでは、レンズ現象は起きない。　 　 銀河は内側も外側も同じ速度で回っている。ぐるぐる巻きにならない。何かが外にある。本来ＰＩＮやグリーンの線になっていいのだが、実際いは黄色の観測になる。 重力レンズは暗黒物質がある証明でもある。巨大な重力の説明ができない。 アインシュタイン　クロス　十字架　四つ葉クローバー 　 球状星団 暗黒エネルギー　はアインシュタインが言い出した。 当時は宇宙定数と言っていた。アインシュタインの宇宙定数の復活。 ダークマターはベッタリとつまっている。宇宙は収縮せず、加速膨張する。 宇宙定数がないと、宇宙の年齢が１００億年、銀河が１３０億年と矛盾する 　 　 　 暗黒エネルギーの存在証明はなにかあるか？ 超新星 　 　 なぜ反発力があるのかはわからない。 今は反発力のあるものを暗黒エネルギーと呼んでいるとう段階 メカニズムが分かっているので、絶対的な明るさが分かる。絶対的的は明るさと見かけの明るさを計算すれば、距離がわかるが、ズレがあるのだ。 ＰＩＮＫ＝暗黒エネルギーがある宇宙 青＝なくて開いた宇宙 緑＝平坦 一点１点は超新星

 星の光がなくても宇宙は光で満ちている。この光は宇宙の初期から存在していて宇宙背景輻射と呼ばれる。この宇宙背景輻射は宇宙の歴史を解明する鍵である。この観測と銀河、銀河の集団である銀河団などの構造の形成について述べる。同上同上

　

宇宙は光で満ち溢れている プランク分布 ウィーンの変移則 可視光が少ないだけで、紫外線や赤外線があふれている。 膨張する宇宙では、波長が伸びる。つまり昔は短い。 波長が短いとエネルギーが高い 　 　 宇宙の晴れ上がり 　 宇宙の膨張に物質は密集してくるのが追いつかなければ、銀河は生まれない。 まず、暗黒エネルギーにユラギがあり、そのエネルギーの強いところに物質が集まった。 背景輻射が一様であるとすれば、わずかに観測の違いがあれば、我々の銀河がどちらに流れているか分かる。 雲の中の光が見えないように、宇宙の晴れ上がりの前の光は見えない。 ３０００度の時に晴れ上がり、それを２．７度観測してるということは、１１００倍膨張してると計算できる。 　 　 　 　 　 １０万分の１の温度のユラギ　全天の背景輻射の温度 理論値と観測の近似は平坦な宇宙 　 　 　 　 　 理論値緑線と観測点は一致している。

宇宙背景輻射の存在は宇宙初期について様々のことを教えてくれる。とくに初期宇宙では一見無関係に見える宇宙とミクロな物理学である素粒子物理学との関係が重要になる。これについて述べる。同上同上

宇宙は、光にみちている。我々の眼には見えないだけである。（マイクロ波） 素粒子には２種類ある。役割は、 　 物質を構成しているのが、フェルミオンの間を力がやりとりする 　　　　　　　力をやり取りしてるがボソン	重力 グラビオン 電磁気力 フォトン 弱い力 ウィークボソン 強い力 グルーオン	あらゆる粒子に反粒子がある。ただし反物質は、自然には存在しない。（ただし作れる）クオークとクオークをぶつけると光ができる 光と光がぶつかると　対で粒子と反粒子ができる。粒子と反粒子がぶつかると光を放出して消える。 ほんの少し粒子が多かった。１０億＋１と１０億がぶつかり、、消しあい、残が粒子が１だけのこる。これが今の世界。 どこでバランスが崩れたのかは、まったくの謎である。 対象性の破れからこの世は生まれた。

スーパーカミオカンデ ビッグバンは減速膨張である。 　 インフレーション理論 粒子ができるなら消えてもいい。消えることの証明はできることの証明につながる。陽子崩壊観測設備であるがいまのところ観測されてない。（ニュートリノは観測した） 宇宙が晴れてから、どう伝わったのか？宇宙が１ｍｍぐらいのとき一度混ざった。それが、膨張した。ビッグバンには説明できなかった。 ビッグバンだけでは、できたとたんにつぶれる。我々の宇宙はインフレーションで距離をつけたため、つぶれなかった。 　 インフレーション理論：宇宙の地平線理論：宇宙の離れているところで情報が伝わっていないのもかかわらず、一様温度になっている。

 宇宙膨張と宇宙背景輻射の存在は宇宙の初めが特異な状態であったことを意味する。この状態では現在の物理学の破綻する。この破綻を救う新たな物理学は時間、空間、物質の創造をも記述できると考えられている。これについて述べる。同上同上

重力が強いと光の束が曲がる。外側より中側が遅い。 落下している人にとっては、早く落ちるが、外の人にはゆっくりしか届かない。時間が止まって見える。 　 特異点はブラックホールにもある。 　 　 幕にボールをおいたような歪み。この底にある。そういうものが宇宙にたくさんあると困る。特異点 ＝ブラックボールが事象の地平線で覆われているので、我々にはなにも問題がない。覆われていない「裸の特異点」がでてきてはこまる。宇宙の検閲官仮説：ペンローズが「裸の特異点」がでてこない法則を立てた。 （事象の地平面に囲まれた特異点がブラックホール） 白鳥座X1の２重連星動きを見ると片割れの質量が計算できる。しかし、見えない。→ここにブラックホールがあると導き出される。 　 不確定性関係 　 　 　 １年が３６５日だとかは人間の都合の単位。自然そのものの単位がある。 　 　 　 　 超ヒモ理論：素粒子は、共通のヒモの振動によって、違うものに見えるだけ。問題は超ヒモ理論が存在できりるのは、１０次元。 物質とエネルギーを一つの枠組みで説明できる。 隠れた次元：マカロニは遠くから見ると線であり１次元がが、開くと２次元 　 ブレーン宇宙（膜宇宙）：１０次元空間に３次元島宇宙空間が浮かんでいる。 M理論：１１次元 ＝時間１次元＋空間１０次元（これでも。起源は説明するのは難しい。 １１次元そのものはどうしてできた？永遠か？

時間は未来にしか進まない。この常識は一見何の関係もない宇宙の膨張と実は深い関係にある。これについて延べる。タイムマシンの研究についても述べる。同上同上

エントロピー：ものは必ず乱雑になる。エントロピーが低い方が過去、高いほうが未来。 では本当に時間は過去から未来にしか流れないか？物理学は時間の反転に対して対称にできている。 ワームホール 　 タイムマシン： 　：２つの意味で使われる。�@ブラックとホワイトをつなぐ橋、�A別の宇宙をつなぐ橋 ワームホールは時間の抜け道　入り口から出口まで一瞬でとおり抜ける。 ホーキングはタイムマシンは、「未来からの旅行者がいないので、すでにできないことは、証明されている」としている。