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2020.11.10-Sankei Biz-https://www.sankeibiz.jp/macro/news/201110/mca2011101245018-n1.htm
宇宙ゴミ対策に軌道利用ルールも追加 日本が世界をリードする狙い

  政府が、宇宙ゴミの衛星などへの衝突を避けるため、来年度末までに中長期的な取り組み方針を策定することが9日、分かった。関係省庁で構成する検討会で10日、決定する。宇宙ゴミの発生を抑制するためのルール策定などを盛り込む。日本が先行する宇宙ゴミ除去技術を生かし、国際ルール作りをリードする狙いがある。

  これまで検討会では、既に宇宙空間に存在する危険性の高い宇宙ゴミの回収について協議してきた。令和4年度には実証機を打ち上げ、回収作業に向けたデータ収集を予定している。
  今後はこうした宇宙ゴミの除去に加え、新たな宇宙ゴミの発生抑制も目指す。人工衛星同士が接触し、制御を失って漂流したり、部品が飛散したりして宇宙ゴミとなることを回避するような技術開発や機体の運用、性能などを規定する国際ルールについて協議する。
  欧米各国では宇宙空間での軌道利用ルールについての検討が進んでいる。政府は国際ルールの検討へ向けた作業部会を新設し、来年度末までに中長期的な取り組み方針を策定し、実証機を活用したルールの実用化を目指す。


2020.9.21-産経新聞 THE SANKEI NEWS-https://www.sankei.com/life/news/200921/lif2009210025-n1.html
<独自>宇宙資源の所有権 超党派で法整備へ

  自民党や立憲民主党など超党派の議員連盟が、宇宙空間で採取した資源の所有権を民間企業などに認める法案をまとめたことが21日、分かった。宇宙資源の所有権をめぐる法整備は国際的に進んでおらず、実現すれば米国、ルクセンブルクに続く先進事例となる。議連は早ければ次の臨時国会での議員立法提出を目指す。
  素案をまとめたのは各党から国会議員約20人が参加する超党派議連「宇宙基本法フォローアップ議員協議会」(共同座長・河村建夫元官房長官、前原誠司元外相)。今後、未加入の共産党などにも協力を呼びかけ、各党での審議を経て最終的な法案をまとめる。
  議連がまとめたのは「宇宙資源の探査及び開発に関する事業活動の促進に関する法律案」。月や火星などの天体を含む宇宙空間に存在する水や鉱物資源について、その探査や開発を目的とする人工衛星の許可に特例を設ける。事前に提出した事業計画通りに宇宙資源を採取した事業者は、その使用により収益を上げるとともに、処分する権利を取得できるとする。
  法案では、政府に対し各国との整合性の取れた制度構築を目指しつつ、宇宙関連産業の国際競争力強化を図るよう求める。一方で「宇宙空間の探査や利用の自由を行使する他国の利益を不当に害しない」との留意事項を盛り込んだ。
  宇宙空間での活動を規定する「宇宙条約」では天体や空間自体の所有権を認めていないが、宇宙資源については規定がない。国連では2017年から宇宙空間平和利用委員会(COPUOS)で議題となり、作業部会で検討された結果、国内法整備を排除しない見解が示されている。

  同様の立法はすでに15年に米国、17年にルクセンブルクで成立している。カナダや豪州、ニュージーランドなど各国でも検討が進められている。

  宇宙条約 1967年に発効した宇宙空間の探査や利用における各国の活動原則に関する国際条約。日本を含め世界105カ国が加入する。他に宇宙救助返還協定など細則を定めた条約や協定がある。月や他の天体を含む宇宙空間について国家の領有権を否定する一方、資源の所有権については明記されていない。1984年発効の月協定では適量の物資利用について定めるが、日本や米国は加入していない


2020.7.31-Yahoo!!Japanニュース(産経新聞)-https://news.yahoo.co.jp/articles/5baf336e6b12a3b847ba807832d776cca9b159de
巨大太陽フレアを高精度予測 名古屋大などが技術開発

  太陽の表面で起きる爆発現象である「フレア」の大規模な発生を高精度に予測する技術を名古屋大などが開発した。米科学誌サイエンスに31日、論文が掲載された。巨大なフレアは通信障害などを起こして社会生活に大きな影響を及ぼす恐れがあり、正確な予測は被害の軽減に役立ちそうだ。
  フレアは太陽の黒点の周辺の磁場に蓄積された膨大なエネルギーが一気に放出される現象。巨大フレアは発生頻度は低いが、強い放射線などが地球に届く。
   この影響で北米での大規模な停電や、衛星利用測位システム(GPS)の誤差増大が起きた例がある。国際宇宙ステーション(ISS)や将来の月面探査で飛行士の被曝(ひばく)も懸念される。
   これまでは黒点の大きさや形状から経験的に発生を予測してきたが、的中率は5割に満たず、予測精度の向上が求められていた。
   研究チームは、磁場が不安定になるとフレアが発生するメカニズムを突き止め、発生の場所や規模を予測する計算モデルを開発。米航空宇宙局(NASA)の観測衛星のデータを使って検証したところ、過去約10年間に発生した9つの巨大フレアのうち、7つを正確に予測できた
   1日から数時間前までに予測することが可能で、チームの草野完也名古屋大教授は「宇宙飛行士の退避や電力網の制御などの対策を取る時間ができる」と話す。発生情報を知らせる「宇宙天気予報」を提供している情報通信研究機構と協力し、1~2年後の実用化を目指す。


2020.7.22-西日本新聞-https://www.nishinippon.co.jp/item/o/628427/
小惑星破片で地球の生物多様化?

  8億年前、何らかの原因で砕けた直径100キロ級の小惑星の破片が、大量に月と地球に降り注いだとの研究成果を、大阪大の寺田健太郎教授(宇宙地球化学)らのチームが英科学誌ネイチャーコミュニケーションズに21日付で発表した。この際、生命体に必須のリンが地球に多くもたらされ、その後に多様な生物が登場する土台となった可能性があるとした。
  この小惑星は、日本の探査機はやぶさ2が到達したりゅうぐうと同じ、炭素に富んだ「C型」と呼ばれるタイプとみている。12月に探査機がりゅうぐうのかけらを持ち帰り、分析が進むことで、生命の歴史の一端が明らかになると期待される。


スペースデブリ
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』


スペースデブリ(古フランス語: débris, 英語space debris、orbital debrisとも)または宇宙ゴミアメリカ英語: space junk とは、なんらかの意味がある活動を行うことなく地球の衛星軌道上〔低高軌道〕を周回している人工物体のことである。宇宙開発に伴ってその数は年々増え続け、対策が必要となってきている。
概要
  ここで言う「スペースデブリ」には、耐用年数を過ぎ機能を停止した、または事故・故障により制御不能となった人工衛星から、衛星などの打上げに使われたロケット本体や、その一部の部品、多段ロケットの切り離しなどによって生じた破片、デブリ同士の衝突で生まれた微細デブリ、更には宇宙飛行士が落とした「手袋・工具[2]・部品」なども含まれる。なお、天然岩石や鉱物・金属などで構成された宇宙塵(微小な隕石)は「流星物質」と呼ばれ区別されている。
  旧ソ連がスプートニク1号を打ち上げて以来、世界各国で4,000回を超える打ち上げが行われ、その数倍にも及ぶデブリが発生してきた。多くは大気圏へ再突入し燃え尽きたが、現在もなお4,500トンを越えるものが残されている
  これらスペースデブリの総数は増加の一途を辿っているうえ、それぞれ異なる軌道を周回しているため、回収及び制御が難しい状態である。これらが活動中の人工衛星や有人宇宙船、国際宇宙ステーション(ISS)などに衝突すれば、設備が破壊されたり乗員の生命に危険が及ぶ恐れがあるため、国際問題となっている。現にニアミスや微小デブリとの衝突などは頻繁に起こっており、1996年にスペースシャトル・エンデバーのミッション(STS-72)で若田光一宇宙飛行士が回収した日本の宇宙実験室(SFU)には、微細なものを含めると500箇所近い衝突痕が確認された。

  スペースデブリは、地表から300 - 450kmの低軌道では7 - 8km/s、36,000kmの静止軌道では3km/sと非常に高速で移動している。さらに軌道傾斜角によっては相対的に10km/s以上で衝突する場合もありえる。運動エネルギー速度の2乗に比例するため、スペースデブリの破壊力はすさまじく、直径が10cmほどあれば宇宙船は完全に破壊されてしまう。数cmでも致命的な損傷は免れない。さらに数mmのものであっても場合によっては宇宙船の任務遂行能力を奪う。5 - 10mmのデブリと衝突するのは弾丸を撃ち込まれるに等しい

  このような衝突を防ぐことを目的として地球近傍のデブリ等を観測する活動は宇宙状況認識と呼ばれる。北アメリカ航空宇宙防衛司令部(NORAD)の宇宙監視ネットワーク(Space Surveillance Network、略称:SSN)、ロシアの宇宙監視システム(Space Surveilance System、略称:SSS)などでは約10cm以上の比較的大きなデブリをカタログに登録して常時監視が行われており、日本でも美星スペースガードセンター(BSGC)、上斎原スペースガードセンター(KSGC)の2施設でデブリの監視が行われている。カタログ登録されたデブリの数だけでも約9,000個に及び、1mm以下の微細デブリまでも含めると数百万とも数千万個とも言われる。
  2017年4月18日からドイツダルムシュタットで開催されたスペースデブリに関する会合で、スペースデブリは4半世紀で倍増したと報告された。最高速度28000km/hで地球の軌道を周回しているため、小さなゴミでも有人宇宙船、人工衛星の表面を破壊するほどの衝撃力を持ち、危険である。1993年には、地上のレーダー観測で、地球軌道上に10cm以上のスペースデブリが約8000個確認されている。それが2017年現在では約20000個に増え、1m以上の宇宙ゴミも5000個あるという。約1cmほどのスペースデブリは「飛んでいる弾丸」ともいわれ、75万個に上り、1mm以上のものは1億5000万個あるとする欧州宇宙機関(ESA)の予測モデルもある。こうした、スペースデブリが互いに衝突してさらにゴミが拡散しかねない状況を招いた2つの要因として、中国の老朽化した気象衛星「風雲」を対衛星兵器で破壊した2007年1月の実験と、2009年2月のロシア軍事衛星「コスモス2251」とアメリカイリジウム・サテライト社の通信衛星との衝突が考えられるという
意図的なデブリの散布
  プロジェクト・ウェストフォードと呼ばれる実験が、アメリカ・マサチューセッツ工科大学リンカーン研究所によって1963年に行われた。これは、長さ2cmの銅製の針を高度3,500 - 3,800km、傾斜角87 - 96度の軌道に散布し、そこに電波を照射して反射させることによって長距離通信を目指す、いわば、宇宙空間に人為的に電離層を作り出すものだった。結果、初期の目的は達成されたものの、散布された針は実に4億8千万個に及ぶこととなり、国際的な批判を浴びた。2020年1月時点になお軌道を周回し、追跡されている針は42個である
ブレークアップ
  人工衛星や多段ロケットの最終段などが軌道上で爆発することを「ブレークアップ(破砕、爆散)」という。1961年から2000年までに163回のブレークアップが起きている。ひとたびブレークアップが起きると、観測可能なものだけでも多い時で数百個から数千個のスペースデブリが発生する。これらは爆発前の軌道に沿って雲のような塊(デブリ・クラウド)を形成し、時間が経つにつれて徐々に拡散していく。
ブレークアップの原因としては次のようなものが挙げられる。人工衛星破壊
  衛星攻撃兵器(ASAT)実験による破壊や、軍事衛星などの老朽化した人工衛星が他国の領内に落下することを防ぐために指令破壊することで発生。
  冷戦以降、アメリカソ連は競って人工衛星の破壊実験を行い数百億と言われるスペースデブリを発生させた。アメリカが1985年9月に行ったF-15戦闘機からのミサイル発射によるP78-1 Solwind衛星の破壊では、高度525kmの軌道上に地上から観測可能なほど大きなデブリ200個が発生し全てのデブリが地上に落下するまで17年の歳月を要した2007年1月11日には中国弾道ミサイルを使って老朽化した人工衛星風雲1号C(高度850km)を破壊する実験を行った。この破壊では、2,841個のデブリが発生した。
  現在、国連では宇宙空間で人工衛星を破壊することを禁じる決議が採択されているが、アメリカ航空宇宙局は衛星破壊によるスペースデブリは大きな脅威ではないとしている。
推進剤の爆発
  役目を終えた液体燃料ロケットの推進剤が残っていると、タンクの隔壁に亀裂が入って燃料と酸化剤が接触・反応したり、太陽熱によってタンクの内圧が上がったりして爆発することがある。これはタンク内の推進剤をすべて放出してしまえば防ぐことが出来るが、そうした措置が取られるようになる前に打ち上げられたロケットが10年以上経ってから爆発した事例もある。
  2007年2月19日に発生したロシアのプロトンロケット上段ブースターの爆発では、1100個以上のデブリの発生が確認されている。
電気回路のショート
  人工衛星に搭載されている二次電池の圧力容器が回路のショートによって加熱、爆発する可能性がある。
衝突
  人工衛星同士、デブリと人工衛星、あるいはデブリ同士の衝突。衝突事例を参照。
  特定の軌道をとるデブリの密度が臨界値を越えると、衝突によるブレークアップが連鎖的に発生してデブリが自己増殖する可能性があると言われており、ケスラーシンドロームとも呼ばれる。
  その他、ブレークアップほど深刻ではないが、微細なデブリが生じるケースとして、衛星の熱制御に使われる冷媒の漏れ、固体ロケットモーターの燃焼時に噴煙内に生じる微細な粒子、塗料が剥離した破片も問題になっており、これらの発生を減らすような対策が検討されている。
対策
  カタログ登録された直径10cm以上のデブリは軌道が判っているため、ニアミスの恐れがある場合は衛星あるいは宇宙機の方が軌道を修正して回避することが可能であり、また1cm以下のデブリなら有人宇宙機にバンパーを設けることで衝突した時のダメージを軽減できるが、その中間の大きさのデブリへの有効な対処は難しい。
  デブリを減らすためには、使用済みのロケットや人工衛星を他の人工衛星と衝突しない軌道(墓場軌道)に乗せるか大気圏突入させる、デブリを何らかの手段で回収するなどの対策が必要である。これらの対策は少しずつ開始されているが、小さなデブリを回収する手段については「レーザーで溶かす」というものまで含めて様々な方法が提案されているものの、まだ実用化されていない。基本的なデブリ対策としては、地上におけるゴミ問題と同様に、ゴミを発生させないようにするのが最良策である。
  デブリの対策は、当初は各宇宙機関が独自のガイドラインを作って規制していたが、2007年に機関間スペースデブリ調整委員会 IADC(Inter-Agency Space Debris Coordination Committee)が国際的なガイドラインを策定しており、現在はそれに従って対応が行われている。高度約2,000km以下の低周回軌道の衛星の場合は、運用終了から25年以内に大気圏への再突入・落下が行われるよう考慮して運用が行われている。またそれよりも高度が高い衛星(静止衛星など)は、運用に使われる軌道から外して墓場軌道に投入する必要がある。
  具体的に取られている措置としては、初期の頃はロケットからの衛星分離時に破片が飛散していたが、日・米・欧州のロケット・衛星では、これらをほとんど飛散しないような設計に変更している。その他、衛星を再突入させるほどの推進剤が残っていない場合でもできるだけ高度を下げて軌道上滞在年数を減らすことで他のデブリとの衝突リスクを下げる試みがERS-2やUARS衛星などで行われている。また衛星を軌道投入した後、ロケットに軌道変更の余力が残っている場合は制御しながら再突入する試みが始まっており、日本ではH-IIBロケット2号機で試験が行われた。
  2015年4月21日には日本の理化学研究所により、理化学研究所、エコール・ポリテクニークパリ第7大学トリノ大学カリフォルニア大学アーバイン校からなる共同研究グループが高強度レーザーを使用してデブリを除去する技術を考案したことを発表した
  導電性テザーをスペースデブリに取り付け、テザーに発生するローレンツ力を利用してデブリの勢いを殺し大気圏に突入させるというアイデアもJAXA等で研究されている。2016年12月に打ち上げられたこうのとり6号機では実際にテザーシステムが搭載され、本任務である国際宇宙ステーション(ISS)への補給任務完了後に実証実験を行う予定だったが、装置の不具合で実験が行えなかった。
  デブリ対策にビジネスとして取り組むことを掲げるベンチャー企業「アストロスケール」が2013年に設立された。本社登記シンガポールであるが、CEO日本人の岡田光信で、日本にも拠点を置いている。具体的には、まずデブリの分布を把握するための人工衛星を、続いてデブリを除去する衛星の打ち上げを目指している。2018年9月19日にはサリー・サテライト・テクノロジーによって開発されたスペースデブリを軌道から取り除く世界初の実験衛星であるRemoveDEBRIS(リムーブデブリス)が網による超小型衛星の捕獲に成功した。
イリジウム衛星とグローバルスター衛星の場合の廃棄運用例
  第一世代のイリジウム衛星は、退役時に近地点高度を250kmまで下げる事を計画していた。2014年の時点で76機の衛星すべてが退役予定を超えており、高度778kmで運用が続けられている。イリジウム社は、2015年半ばから2017年末にかけて、第二世代の衛星を71機打ち上げる予定で、これらが軌道上に配置されると第一世代の衛星はデオービットを行う事になるが、第一世代の衛星も一部は予備として残すという計画であった。7-10機の衛星は残り燃料が少なくなっているため、250kmまで高度を下げられなくなっている。このため、近地点高度を600kmまでにしたいと連邦通信委員会に求めていたがこれが認められた。同社はこの高度でも25年以内には再突入すると説明しており、解析によれば3-10年で再突入する見込みとのこと。
  Globalstar衛星ネットワークは1990年代に打ち上げられた低周回軌道(LEO)上の3大衛星通信ネットワークの一つ(あとの2つはイリジウムとOrbcomm)で、これらの衛星は1998-2000年にかけて52機打ち上げられたが、当時はLEO衛星の廃棄ガイドラインはまだなかった。Gobalstar衛星は高度1,414kmの軌道に投入されたため、ミッション終了後は、高度を下げて25年以内に大気圏に再突入させるよりもLEO軌道のガイドライン上限である高度2,000km以上へ移動させる方が効率的とされた。運用高度よりも600km以上も高い高度へ移動させる燃料を積む設計にはなっていなかったが、これまでに退役した Globalstar衛星は約2,000kmあるいはそれ以上高い高度へ移動することができた。2013年は4機がそのような方法で軌道を引き上げた。2013年末現在、退役した37機のうち、25機が200km以上高度を上げることに成功している。12機は1,900km以上の軌道へ到達した
衝突事例
  ・1981年にはコスモス1275号が何らかの原因によって破壊された。この衛星には圧力容器のような爆発の原因となりうる内部構造が無いため、その原因としてデブリとの衝突が疑われている。なお、コスモス1275号自体もこの破壊によって300個以上のデブリを発生させた。
  ・1991年12月末には、1988年に打ち上げられたソ連のコスモス1934号に、コスモス926号の破片が衝突していたのが後にわかった
  ・1996年7月にはフランスの人工衛星スリーズ(Cerise)がデブリと衝突し、衛星の本体からもぎ取られた一部が新たなデブリになっている。衝突の相手は1986年にアリアン・ロケットが破壊された際のデブリのうちの一つである。この衝突は、カタログ物体同士の初の衝突である。
  ・2005年1月17日には、1974年に打ち上げられたアメリカのロケット上段と、1999年に打ち上げられ2000年に爆発した中国のロケットの破片が、2005年南極上空で衝突した。
  ・2006年3月にはロシア静止衛星エクスプレスAM11(Express-AM11)がデブリとの衝突によって機能不全に陥り、静止軌道から墓場軌道へ移動した後、運用を終了した。
  ・2009年2月12日には、機能停止中のロシアの軍事通信衛星コスモス2251号と、イリジウム社が当時運用中だった通信衛星イリジウム33号とが衝突した。この衝突によって少なくとも500個以上のデブリが発生した。その後の調査でコスモス2251号が1,267個、イリジウム33号が521個の破片を生じたことが報告された。これは非意図的な人工衛星本体同士の衝突としては世界初のものである。(2009年人工衛星衝突事故を参照)
  ・2013年1月22日に、ロシアの小型衛星BLITSに破片が衝突し、衛星が使用不能になっている事が同年3月8日に発表された。当初は2007年に破壊された中国の衛星風雲1号Cの破片との衝突と思われていたが、後にこれは未知のデブリとの衝突だった事が分かった。
  ・2013年5月、エクアドルの超小型衛星ペガソが、旧ソビエト連邦が打ち上げたロケットの周囲に漂っていたデブリクラウドと衝突した模様(ロケット本体との衝突では無かった)で、制御不能となった
制御不能落下物
  人工衛星レベル程度なら再突入に耐えられずに燃え尽きるが、それ以上のロケットのエンジン部などは燃え尽きずに地上に落下する。計画的に制御されて太平洋上の人家から遠く離れた到達不能極スペースクラフト・セメタリーへ落下させれば安全であるが、そうでない場合もある。それらを以下に示す。
  ・サターン5型ロケットの第二段 S-II - 1975年1月11日に大気圏に再突入。太平洋上に落下
  ・スカイラブ - 1979年に再突入
  ・サリュート7号 - 1991年2月7日に再突入。太平洋の無人エリアに落下
  ・スペースシャトル・コロンビア - 2003年2月1日、帰還時に空中分解して落下。詳細はコロンビア号空中分解事故
  ・長征5号Bの1段目 - 2020年5月11日に地上に落下
なお、地上に被害が出た場合は、宇宙損害責任条約を批准していれば打ち上げた国が補填する。


水星
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』


水星(英:Mercury マーキュリー、羅: Mercurius)は、太陽系にある惑星の1つで、太陽に最も近い公転軌道を周回している。岩石質の「地球型惑星」に分類され、太陽系惑星の中で大きさ、質量ともに最小のものである

概要
  太陽系の惑星の中では最も小さい。例えば赤道面での直径4,879.4kmは、地球の38%に過ぎない。木星ガニメデ土星タイタンは、水星よりも大きな衛星である。衛星やはない。
  天球上での見かけの明るさは−0.4等から5.5等まで変化する。水星は太陽に非常に近いため、日の出前と日没直後のわずかな時間しか観察できず、時期によっては望遠鏡でも見ることが難しい。これは太陽との最大離角が28.3度に過ぎないためである。
  アメリカ探査機マリナー10号が初めて水星へ接近し、地表の約40から45%の地図が作られた。撮影された映像から、水星には多数のクレーターがあり、と非常によく似た環境だと考えられた。依然として分からないことが多い惑星であるが、2008年に探査を始めたアメリカのメッセンジャーや、2018年10月に打ち上げられた日欧共同プロジェクトベピ・コロンボなどによって、探査の進展が期待されている。
軌道
公転
  水星の公転周期は約88日である。その軌道離心率約0.21は太陽系惑星の中でもっとも大きく、近日点が 約0.31 au (46 ×106 km) で遠日点が 約0.47 au (70 ×106 km) という、太陽を焦点のひとつとする大きな楕円軌道を描いている
  公転面は地球の公転面(黄道)に対して7度の傾きがある。その結果、水星の太陽面通過は黄道に水星があるタイミングに限られ、平均7年に1度しか観測されない。
  この軌道の近日点は太陽の周りを周回する形でゆっくりと移動している(水星の近日点移動)。この現象の大部分は他の惑星からの摂動など古典力学で説明できるものだったが、観測値は古典力学による計算値より100年あたり43大きく、この説明不可能だったずれは19世紀の天文学者を悩ませてきた。このため水星の内側にもう1つ惑星があるという説が現れた(バルカン参照)。このニュートン力学では説明できなかった43秒は、後にアインシュタイン一般相対性理論によって「太陽の重力により時空が歪んだ結果」として説明づけられた。一般相対性理論による計算値が、誤差の範囲で観測値の43秒と非常によく一致していたのである
自転
  水星の自転周期は58日である。1965年レーダー観測が行われるまで、水星の自転は地球の月や他の多くの衛星と同様に、太陽からの潮汐力によって公転と同期しており、常に太陽に同じ面を向けて1公転中に1回自転していると考えられていた。しかし実際には水星の自転と公転は 2:3 の共鳴関係にある。すなわち、太陽の周囲を2回公転する間に3回自転する。水星の公転軌道の離心率が比較的大きいため、この共鳴関係は安定して持続している。水星の自転と公転が同期していると考えられた元々の理由は、地球から見て水星が最も観測に適した位置にある時にはいつでも同じ面が見えたからであった。実際にはこれは 2:3 の共鳴の同じ位置にある時に観測していたためだった。この共鳴があるために、水星の恒星日(自転周期)は58.7日なのに対して、水星の太陽日(水星表面から見た太陽の子午線通過の間隔)は176日と、3倍になっている。誕生直後の水星は8時間程度の速さで自転していたが、太陽の潮汐力によって段々と遅くなり現在の同期状態になったと考えられるが、なぜ2:3の比となったのかは分っていない。

  水星表面の特定の場所では、水星の1日において日の出の途中で太陽が逆行して一度沈み、その後再び上るという現象が見られる。これは、水星が近日点を通過する約4日前から水星の軌道速度と角度で測定した自転速度がちょうど等しくなるため、水星表面から見て太陽固有運動が止まって見えることに起因する。そこに、近日点である楕円型公転軌道の尖った部分(円弧と長辺の交点)を水星が通り過ぎるために公転による角速度が自転のそれを上回ることが重なり、太陽が逆に進むように見える。近日点通過の4日後には太陽は順行に戻る。
  先述のとおり、水星は公転周期が約88日で、太陽日が約176日となっている。すなわち、「水星の1日」は「水星の2年」に等しい。言いかえれば、水星のある地点での正午から次の正午まで(ここでは逆行は考慮しないとする)の間に、水星は太陽の周りを2回公転する。
  水星の赤道傾斜角(自転軸の傾き)は惑星の中で最も小さく、わずか 0.027度以下でしかない。これは2番目に傾斜が小さい木星の値(約3.1度)に比べても1300と非常に小さい値である。このため、日の出の位置は2.1以上ぶれない
惑星の物理的性質
内部構造から考えられる水星の起源
  水星には半径 1,800 km 程度のが存在する。これは惑星半径の3/4に相当し、水星全体では質量の約 70 % がニッケル等の金属、30 % がケイ酸塩で出来ている。
  平均密度 5,430 kg/m3は地球と比べわずかに小さい。核の比率が大きい割に密度がそれほど高くないのは、地球は自重によって惑星の体積が圧縮され密度が高くなるのに対し、小さな水星は圧縮される割合が低いためである。地球中心部の圧力は366万気圧に達するのに対し、水星中心部は約25から40万気圧にとどまる。しかし、天体の大きさと平均密度の相関関係では、水星は唯一他の地球型惑星が示す傾向から60%程度重い方向に外れている。自重による圧縮を除外して計算された平均密度は、水星が 5,300 kg/m3、地球が 4,000-4,100 kg/m3となり、水星のほうが有意に高い値をとる。
  水星の体積は地球の 5.5 % に相当する。しかし地球の金属核は 17 % にすぎないのに対し、水星の金属核はその 42 % を占める。核は地球の内核外核のように、固体と液体に分離していると見られている。2007年、電波観測によって水星の核に液体の部分が存在することを示す磁場が観測された。2019年には、メッセンジャーの観測データとモデル計算から、核の中心に直径2,000kmにも及ぶ固体の核が存在することが示された。

  核の周りは厚さ 600km 程度の岩石質マントルで覆われているが、これは他の岩石惑星と比べごく薄いためマントルの対流が小規模となり、惑星表面に特有の影響を及ぼした可能性が指摘されている。地殻は、マリナー10号の観測結果から厚さ 100-300km と推測されている
  水星は太陽系の他のどの天体よりも鉄の存在比が大きい。この高い金属存在量を説明するために、主に3つの理論が提唱されている。

  ・1つ目は、水星は元々ありふれたコンドライト隕石と同程度の金属-珪酸塩比を持ち、その質量が現在よりも約2.25倍大きかったが、太陽系形成の初期に水星の 1/6 程度の質量を持つ原始惑星と衝突したために元々の地殻マントルの大部分が吹き飛んで失われ、延性を持つ金属核は合体したために比率が高い現在の姿になったという理論である。これは地球の月の形成を説明するジャイアント・インパクト理論と同様なメカニズムであり、「巨大衝突説」と呼ばれる。また、このような現象は原始惑星形成時から起こり、水星軌道では選択的に金属が集まりやすかったという「選択集積説」も有力な仮説として唱えられている
  ・2つ目は、水星が原始太陽系星雲の歴史のごく初期の段階に形成され、その時には未だ太陽からのエネルギー放射が安定化していなかったことが原因という理論である。この理論では、当初水星は現在の約2倍の質量を持っていたが、原始星段階の太陽が収縮するにつれて活動が活発化してプラズマを放出し、このために水星付近の温度が 2,500 - 3,500 K、あるいは 10,000 K 近くにまで加熱された。表面の岩石がこの高温によって蒸発して岩石蒸気となり、これが原始太陽系星雲風によって吹き飛ばされたために地殻部分が痩せ細って薄くなったという。これは「蒸発説」と呼ばれる。
  ・3つ目は、原始太陽系星雲からの太陽風が水星表面に付着していた軽い粒子に抗力を生じさせ、奪い去る現象が重なったという理論である。他にも、水星は地殻部分がコアとマントルの冷却よりも先に形成されたため、これが影響したという説もある。

  これらの各仮説では、水星表面の構成に異なった影響を与えると考えられている。 探査機メッセンジャーと打ち上げが予定されているベピ・コロンボは、この課題を観測する目的を担う予定である
地形
  当初、水星の地形は望遠鏡によるアルベドの計測で予想された。地域によって反射率に差異があり、これは月の高地のようなリンクルリッジ山脈平野ルペス(絶壁)、ヴァリス()などがあるためと推測された
  1975年のマリナー10号による観測で得た情報から基本的な部分が明らかになった。水星の地表は月の地表と似ており、その特徴は、数十億年単位時間を経て形成される月の海のような滑らかな面や、全球を覆うさまざまな大きさのクレーターが数多く存在していることにある。その中でも最も目に付くものは、惑星直径の1/4以上に相当する直径1,300kmほどのクレーター群から成るカロリス盆地である。これは、46億年前に水星が形成されて間もなく始まり38億年前まで続いた後期重爆撃期彗星隕石が衝撃を和らげる大気が無い水星に衝突を繰り返すことでクレーターを形成し、当時まだ活発だった火山活動によって盆地マグマで埋まり形成されたと考えられる
  水星の表面はおおまかにいって異なる時代にできた二つの表面によって覆われている。若い方の表面は溶岩が流れ出して形成された軽い地表であり、古い地表よりクレーターが少ない。このような二分化された地形は月の高地-海の関係に似ているが、水星に見られる新旧の地表の違いは月の場合ほど明確ではない。
  水星の地表を特徴付けるもう一つの地形は、惑星の広い範囲に散在する高さ約2km、長いものでは500kmにもなる断崖(線構造)であり、リンクルリッジと呼ばれる。これは水星の内部が冷却され、半径が1-2kmほど縮む過程で形成された「しわ」であると考えられているが、太陽の潮汐力の影響という異説も存在する。断層のパターンについて詳細に分析できるようになれば、地形の正確な起源が明らかになると考えられている。また、太陽の潮汐力は地球が月に与える力の約17倍と推測され、そのために水星では赤道部分が膨らむ潮汐変形が起きている。
地殻物質
  水星の表面には、鉄酸化物の存在量が他の地球型惑星と比較しても少なく重量比1-3%程度しか無い。これが反射率の高さに繋がっている。代わって、ナトリウム分が多い斜長石や鉄をあまり含まない輝石(頑火輝石)が主に占める。
大気(詳細は「水星の大気」を参照)
  水星は重力が小さいため、長く大気を留めておくことは難しい。しかし、ごく薄く分子同士の衝突がほとんど無い無衝突大気の存在が確認されている。水星の気圧は10-7 Pa (10−12気圧) 程度と推測され、その成分は水素ヘリウムの主成分に加え、ナトリウムカリウムカルシウム酸素などが検出されている
  この大気組成は一定しておらず、絶えず供給と散逸を繰り返している。水素やヘリウムは太陽風の粒子を水星磁場が捕捉したものと考えられ、やがて宇宙空間に拡散されてゆく。地殻で生じる放射性崩壊もひとつのヘリウム供給源であり、ナトリウムやカリウムも地殻起源である。水蒸気も存在しており、これは水星の表面が崩壊して生じたものと、太陽風の水素と岩石由来の酸素がスパッタリングを起こして生成されるもの、永久影にある水の氷が昇華して発生するものがある。探査機メッセンジャーによる水の存在に関連するO+、OH、H2O+などのイオン発見は、驚きをもって受け止められた。これら発見されたイオンの量から、科学者らは水星の表面は太陽風に吹き晒されている状態にあると推測した
  大気中にナトリウム・カリウム・カルシウムがあることは1980-1990年代に発見され、当初は隕石衝突による地殻の蒸発がこれらを供給していると考えられた。さらに探査機メッセンジャーによってマグネシウムの存在が確認された。その時点での研究の結果、ナトリウムの供給領域は惑星磁場に対応する部分に絞られた。これは水星の表面と磁場が相互作用を起こしていることを示す。
温度
  表面の平均温度は 452K(179 ℃)であるが、温度変化は 90-100 K から 700 K におよぶ。水星は公転と自転が共鳴しているため、近日点において特定の2箇所が南中を迎え最高温度の700Kに達する。この場所は「熱極」と呼ばれ、カロリス盆地とその正反対側が当たる。遠日点では500K程度になる。日陰部の最低温度は平均110Kほどである。太陽光は地球の太陽定数の4.59-10.61倍に相当し、エネルギー総計では 3,566 W/m2 となる
  このような高温に晒されながら、水星には(=固体の水)の存在が確認されている。北極と南極に近く深いクレーターの中には太陽光が当たらない永久影となる部分があり、温度が102K以下に保たれている。これは1992年、ゴールドストーン深宇宙通信施設の70m電波望遠鏡超大型干渉電波望遠鏡群 (VLA)が、水の氷による強いレーダー反射を観測して確認された。この反射現象は他にも原因を考えうるが、天文学者は水の氷が存在する可能性が最も高いと考えている。2012年6月、メッセンジャーが撮影した極地の画像により、氷が存在する可能性が裏付けられたと、ジョンズ・ホプキンズ大学などの研究チームが発表した。この氷の量は 10×1014 - 10×1015 kg 程度でありレゴリスが覆うことで昇華から防がれていると考えられる。なお、地球の南極に存在する氷は4 ×1018kg、火星の南極には10×1016kg程度の水の氷があると言われる。水星の氷の起源は不明だが、彗星の衝突もしくは水星内部からの放出で生まれたという説が有力である
磁場
  水星は59日という遅い自転速度であるにもかかわらず、地球の磁気圏の約1.1%に相当する比較的強い4.9×1012T磁気圏を持つことがマリナー10号の観測で発見された。この磁場は、地球と同じく双極子であるが、地球にみられるような磁場の軸と自転軸とのずれはほとんど無い。探査機マリナー10号とメッセンジャーの観測によって、この磁場は安定的なものであることが分かった。
  詳しくは明らかにはなっていないが、この磁場は地球と同様に流体核の循環運動によるダイナモ効果で生まれている可能性がある。水星の核は純粋なニッケルや鉄が融解するほどの高温を維持していないと考えられているが、硫黄などの不純物が 0.2 - 5 % ほど核に混入すると融点が適度に低下し、地球と同様に固体の内核と液体の外核に分離する可能性がある。仮にこのメカニズムで磁場が発生しているならば、液体の外核はおよそ 500 km の厚さを持つと推定される[7]。また、水星の公転軌道の離心率が高いことから、太陽が及ぼす潮汐力の影響も考えられる。他にも、核とマントルの境界で生じる熱電作用や、過去に起きていたダイナモ効果が消えてしまった後も名残の磁場が固体の磁性体物質に「凍結」しているという理論もある。後者では核が液体である必要はないが、水星磁場は現在も生み出されていると考えられているため、21世紀初頭の時点ではこの説はあまり支持されていない。
磁気圏
  水星磁場は惑星の周囲で太陽風をそらして磁気圏をつくり、宇宙風化作用に抵抗する程度には強力だが、それは地球の大きさに収まる位の範囲でしかない。マリナー10号の観測では、夜側の磁場圏でエネルギーが低いプラズマが観測され、高エネルギー粒子の噴出も見つかった。これは、惑星磁気圏の高い活動を示している。2008年10月6日にメッセンジャーが2度目のフライバイを行った際、惑星磁場と繋がったまま水星半径の1/3に相当する800kmの長さに伸びた竜巻のようにねじれた磁気の束と遭遇した。これは、水星磁場が「漏れやすい」性質を持つことを示す。この竜巻は、太陽風が運んだ磁場と惑星磁場が接触した際に発生する。太陽風の通過とともに繋がった磁場は引き出され、渦のようなねじれ構造を持つ。このような、惑星磁場の磁力管が太陽風によって引っぱり出される現象(磁束輸送事象)は、磁場の壁に穴を空けてしまい、そこから水星表面に影響を及ぼす太陽風が吹き込む事態を起こす磁気再結合と呼ばれるこのような現象は珍しくなく、地球でも起こっている。ただし現在の観測では、これが生じる速度は地球よりも10倍も速く、水星が太陽に近いことでもこの速さの1/3程度しか説明できない。
座標系
  水星の経度は自転方向に従い、西に向かって増えるよう設定されている(つまり、水星の惑星面経度はすべて西経で表示される)。水星では フン・カル という名の小さなクレーターの経度が西経20度として定義され、測定の基準点になっている。
人類の水星に対する認識
古代
  水星について記述された最古の観測記録は、紀元前14世紀頃のアッシリア人によって作られたと考えられる星図表Mul.Apinである。この表における水星の楔形文字表記は、Udu.Idim.Gu\u4.Ud(the jumping planet、「跳ぶ星」)と訳された。バビロニアにも紀元前1000年代の記録があり、彼らは神話に登場する伝達する神ナブーになぞらえた名称をつけていた
  古代ギリシアではヘーシオドス(紀元前700年頃?)の時代には知られ、Στίλβων(Stilbon、「微かな光」の意)やἙρμάων (Hermaon) と呼ばれていたヘラクレイデスは、水星と金星が地球でなく太陽の周りを回っていると考えるに値する観測を行った。古代ギリシア世界では、宵の水星にヘルメース、明けの水星にはアポローンを対応させていたが、やがてこの2つの星が同一のものであることに気づいた。その後、最内周惑星で運行が速いことから、ヘルメースと同一視されていた他の神々の使いである俊足の神メルクリウスの名があてられ、これが英語のマーキュリー(Mercury = 水星)の語源となった。
  古代中国では水星は「辰星」の名で知られ、方角の「北」、五行思想の「水」と対比させていた。水を当てはめた理由は、流水を水星の公転速度の速さに見立てたためであり、西洋の俊足神メルクリウスと同じ着眼である。現代でも、中国、日本大韓民国ベトナムでは漢字で「水星」と書かれ、五行思想の反映が見られる。インド神話では、水星には水曜日を司る神ブダの名が与えられる。曜日との関連は、ゲルマン人の思想でも神オーディンが水星と水曜日を司るという考えがある
  マヤ文明では水星はフクロウに喩えられ、1羽という時と、朝夕それぞれ2羽の計4羽と考えられることもあった。彼らは地下世界からの使者と考えられた。
中世
  中世イスラム世界では、11世紀にアンダルスの天文学者ザルカーリーが水星の公転軌道が卵や松の実のような楕円形だと主張した。ただし彼の天文学理論や計算に、この考えは反映されなかった。12世紀にはイブン・バーッジャが「太陽面にある2つの黒い点」を観察した。13世紀には、マラーゲ天文台クトゥブッディーン・シーラーズィーが、これは水星金星の太陽面通過またはその両方だと述べた。なお現代では、この種類の中世の報告は太陽黒点を見ていたものとも取り扱われる。
  インドでは、15世紀にケーララ州ケーララ学派ニーラカンタ・ソーマヤージーが、16世紀デンマークティコ・ブラーエに先立ち、太陽の周囲を水星と地球が周回する太陽系モデルを構築した。
地上からの観測
望遠鏡を用いた水星観測は17世紀初めにガリレオ・ガリレイが手がけたが、天体のを確認するには充分な機能を発揮しなかった。しかし1631年にはピエール・ガッサンディが、ヨハネス・ケプラーが予告した天体の通過を望遠鏡で観測した。1639年にはイタリアジョヴァンニ・ズッピが望遠鏡を使って水星を観測し、金星や月と同様に満ち欠けがあることを発見した。これによって、水星が太陽の周りを回っていることが確実になった。惑星同士が交差する掩蔽は非常に稀な天体現象だが、1737年5月28日に水星と金星で起こった掩蔽はグリニッジ天文台ジョン・ベヴィスによって観察された。水星と金星が次に掩蔽を起こすのは2133年12月3日である。
  水星は太陽に接近しているため、観測するのは非常に困難である。水星軌道周期の約半分に相当する期間は、太陽の光に埋もれてしまって見ることができない。またそれ以外の時期でも、朝か夕方のごく短い時間しか観測できないニコラウス・コペルニクスが水星を生涯見られなかったという逸話は有名である。
  地球から見た水星にも、金星や月のような満ち欠けの相が見られる。内合の時に「新水星」、外合の時に「満水星」となるが、これらの時期には太陽と同時に上ったり沈んだりするために、見ることはできない。最大離角の時には半分欠けた形になる。西方最大離角の時には日の出前に最も早く上り、東方最大離角の時には日没後に最も遅く沈む。最大離角の値は、近日点ならば17.9度、遠日点ならば27.8度である。しかし金星とは異なり、最も明るくなるのは「半月」形と「満月」形の間の相である(金星では「新月」形と「半月」形の間で最も明るくなる)。この理由は各相にある時の地球からの距離による。水星では内合「新水星」と外合「満水星」の時の地球からの距離の差は3倍以下だが、金星では6.5倍にもなる。水星が内合になる周期は平均すると116日だが、軌道の離心率が大きいために実際には111日から121日まで変化する。同じ理由で、地球から見て逆行する期間も8日から15日まで変化する。

  このような観測の難しさから、水星の理解は他の惑星と比べて遅れた。1800年、ヨハン・シュレーターは水星表面の観察を行い。高さ20kmの山脈が存在すると主張した。フリードリヒ・ヴィルヘルム・ベッセルはシュレーターの観察結果から、自転時間を24時間、自転軸の傾斜が70度だという誤った見積もりを発表した。1880年代になって、ジョヴァンニ・スキアパレッリがより精確な惑星写像を取り、その結果から自転周期は88日であると示唆するとともに、公転も潮汐力から同期した状態にあると考えた。惑星写像への取り組みは引き続き行われ、1934年にはユジェーヌ・ミカエル・アントニアディが観測結果と地図を載せた本を出版した。そこには、数多いalbedo features(天体面の明暗模様)が反映され、「アントニアディ・マップ」と呼ばれた。
  1962年6月、ウラジーミル・コテルニコフ率いるソヴィエト連邦科学アカデミー情報通信研究所 (Institute of Radio-engineering and Electronics) は、水星にレーダー信号を発信し反射を利用した観測を初めて行った。これはレーダーを利用した惑星観測の皮切りとなった。3年後に、アメリカのゴードン・ペッティンギルらがプエルトリコアレシボ天文台300m径電波望遠鏡を用いた観測を行い、最終的に水星の自転周期が59日であることを突き止めた。水星の自転は公転と同期していると広く考えられていたため、この発見は驚きをもって受け止められた。同期していれば常に影となる半球は非常に冷たくなるはずだが、電波計測の結果は、予想よりもはるかに高い温度を示していた。それでも天文学者の中には風のような熱を分配する何かしら強力な機構を想定するなど、同期説を簡単には手放さない者もいた。
  公転と自転の比率が1対1ではないと提言したのはイタリアの天文学者ジュゼッペ・コロンボであり、彼は公転が自転周期の2/3に相当すると述べた。この証明は、マリナー10号から得られたデータで裏づけされた。これは、スキアパレッリとアントニアディの地図が正しいことを示すとともに、他の天文学者が観察した水星表面は2パターンある公転・自転関係のひとつだけを見ていたわけではなく、観測手段が未発達だったために彼らが目にした太陽方向に向けられた表面の違いをさしあたり無視していたことを示した
  地上からの観測は光を反射しない部分を知る手段に乏しく、水星の基本的な特性は探査機を打ち上げて初めて理解できた。しかしながら、20世紀末以降は技術的進歩が進み、地上観測からでも多くの情報を入手できるようになった。2000年、ウィルソン山天文台の1.5mヘール望遠鏡で高解像度のラッキーイメージング観測が行われ、マリナー10号では得られなかった水星表面部分の画像撮影に成功した。後の解析で、そこにはカロリス盆地を越え、スキナカス盆地の2倍に相当する大きさの巨大な二重クレーターが発見された。その後もアレシボ天文台による観測で、水星表面の大部分は5kmの解像度で撮影された。この中には、極にあり影に水の氷が存在する可能性を持つクレーターも含まれていた。
水星への到達
  地球から水星に到達するためには高い技術的ハードルがある。水星の軌道は地球に比べて3倍も太陽に近いため、地球から打ち上げた宇宙機を水星重力に捕らえさせるためには、太陽の重力井戸を 9100万 km 以上も下らなくてはならない。単純に、ホーマン遷移軌道によって遷移するとしても、ΔVが他の惑星探査よりも大きいことが問題となる。
  着陸や安定な水星周回軌道投入を実現するためには、水星に大気が存在しないために空力ブレーキを用いることができず、宇宙機のエンジンに頼らざるを得ない。なお、単純に力学的な比較として、水星への旅で必要なΔVとしては太陽系脱出速度のためのそれより大きい。これらが、水星探査機の実現回数が少ない理由である。
水星探査(詳細は「水星探査」を参照)
  水星に向けられた初の探査機は、1973年に打ち上げたアメリカ航空宇宙局 (NASA) のマリナー10号であった。同機は1974年から1975年にかけて3回にわたって水星に接近。写真撮影や表面温度の観測を行い、惑星表面の特徴的な地形を数多く知らしめた。しかし探査可能時間が短いことから惑星の夜の部分は撮影ができず、情報は全球の45%以下に止まった。
  2004年8月3日、アメリカ航空宇宙局のメッセンジャー が打ち上げられ、地球、金星をスイングバイ(フライバイ)しながら水星へ向かって航行し、2008年1月には水星での最初のスイングバイを行った。2011年3月18日に水星の周回軌道に入った。その結果、クレーターの縁や中心に穴があること、太陽系の内側には水が、ほぼ存在しなかったこと、南北の磁場が非対称なので、水星内部には薄い液体核しかないことが推測できるという。2015年5月1日に水星表面に落下してそのミッションを終了した。
計画中(「ベピ・コロンボ」も参照)
  ベピ・コロンボ宇宙航空研究開発機構 (JAXA) と欧州宇宙機関 (ESA) が共同で打ち上げを計画している探査機である。これは2機編成で、長楕円軌道には「水星磁気圏探査機 (MMO: Mercury Magnetospheric Orbiter)」を、低軌道には「水星表面探査機 (MPO: Mercury Planetary Orbiter)」を化学燃料ロケットで投入し、水星公転の数年に相当する期間をかけて探査を行う予定である。MPOは、メッセンジャーと同じく分光計を積載し、赤外線、紫外線、X線など複数の波長で惑星の調査を行う。当初は2013年には打ち上げられる予定であったが、ESAの開発遅れからスケジュールがたびたび延期されている。2014年時点では、2016年7月に打ち上げ、2024年に水星の周回軌道に入って観測をする計画であったが、2016年11月には2018年10月に打ち上げを延期し、水星到着が2025年12月になることがESAから発表されている


金星
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』


  金星英語: Venus )は、太陽系太陽に近い方から2番目の惑星。また、地球にもっとも近い公転軌道を持つ惑星である。
  地球型惑星であり、太陽系内で大きさと平均密度がもっとも地球に似た惑星であるため、「地球の姉妹惑星」と表現されることがある。また、太陽系の惑星の中で最も真円に近い公転軌道を持っている。地球から見ると、金星は明け方と夕方にのみ観測でき、太陽に次いで明るく見えるであることから、明け方に見えるものを「明けの明星」、夕方に見えるものを「宵の明星」という。
大気と温度(詳細は「金星の大気」を参照)
  金星には二酸化炭素(CO2)を主成分とし、わずかに窒素を含む大気が存在する。気圧は非常に高く、地表で約92気圧(atm)ある(地球での水深920に相当)。地表での気温は約730K(約460)に達する。高温となっている金星地表から雲層(高度45-70km)までの下層大気の温度勾配は、雲層の上端で有効温度になるような乾燥断熱温度勾配にほぼ従っており、高度50km付近では1気圧で約350K(75℃)、55km付近では0.5気圧で約300K(27℃)と、地球よりやや高い程度である。
  金星の自転は非常にゆっくりなものである(#自転を参照)が、熱による対流と大気の熱慣性のため、昼でも夜でも地表の温度にそれほどの差はない。大気上層部の「スーパーローテーション」と呼ばれる4日で金星を一周する高速風が、金星全体へ熱を分散するのをさらに助けている。
  高度45kmから70kmに硫酸(H2SO4)のが存在する。このH2SO4の粒は下層で分解して再び雲層に戻るため、地表に届くことはない。雲の最上部では350km/hもの速度でが吹いているが、地表では時速数kmの風が吹く程度である。しかし金星の大気圧が非常に高いため、地表の構造物に対して強力に風化作用が働く。
  2011年、ヨーロッパ宇宙機関(ESA)の探査機「ビーナス・エクスプレス」が大気の上層からオゾン層を発見した。2012年、ビーナス・エクスプレスの5年分のデータを解析した結果、上空125kmのところに、気温が-175℃の極低温の場所があることがわかった。この低温層は、2つの高温の層に挟まっており、夜の大気が優勢な部分が低温になっていると考えられている。この極低温から、二酸化炭素の氷が生じているとも考えられている。
二酸化炭素による温室効果
  金星の地表は太陽により近い水星の表面温度(平均442K(169℃))よりも高い。金星の地表の気温が高いのは、大気の主成分である CO2による温室効果のためである。
  金星の厚い雲は太陽光の80を宇宙空間へと反射するため、金星大気への実質的なエネルギー供給は、太陽から遠い地球よりも少ない。このエネルギー収支から予測される金星の放射平衡有効温度は227K(-46℃)と、実際の金星の地表温度に比べて約500Kも低温の氷点下となる。それが実際にそうならないのは、膨大な量のCO2によって大気中で温室効果が生じるためで、高密度のCO2による温室効果が510K分の温度上昇をもたらしている。
スーパーローテーション
  金星大気の上層部には4日で金星を一周するような強い風が吹いている。この風は自転速度を超えて吹く風という意味でスーパーローテーションといわれる。風速は100m/sに達し、243日で一周するという自転速度の60倍以上。このことが実際に確かめられるまでは、昼の面で暖められた大気が上昇して夜の面に向かい、そこで冷却して下降するという単純な循環の様式が予想されていた。この現象は多くの人々の興味を引くこととなりさまざまな理論が提示されてきたが、いまだに解明には至っておらず、金星最大の謎のひとつとされている。
  南北の両極付近で巨大な渦が観測されている。北極の渦は1978年にアメリカ航空宇宙局(NASA)の探査機「パイオニア・ヴィーナス」によって、南極の渦は2006年にヨーロッパ宇宙機関(ESA)の探査機「ビーナス・エクスプレス」によって発見された。ビーナス・エクスプレスは南極の渦の観測を続け、2011年までにその詳細な構造を明らかにした
金星と地球の大気
  一見したところ、金星の大気物質と地球上の大気はまったくの別物である。しかし両者とも、かつてはほとんど同じような大気からなっていたとする以下の説がある。
  ・太古の地球と金星はどちらも現在の金星に似た濃厚な二酸化炭素の大気を持っていた。
  ・惑星の形成段階が終わりに近づき大気が冷却されると、地球では海が形成されたため、そこに二酸化炭素が溶け込んだ。二酸化炭素はさらに炭酸塩として岩石に組み込まれ、地球上の大気中から二酸化炭素が取り除かれた。
  ・金星では海が形成されなかったか、形成されたとしてもその後に蒸発し消滅した。そのため大気中の二酸化炭素が取り除かれず、現在のような大気になった。
  もし地球の地殻に炭酸塩や炭素化合物として取り込まれた二酸化炭素をすべて大気に戻したとすると、地球の大気は約70気圧になると計算されている。また、その場合の大気の成分はおもに二酸化炭素で、これに1.5%程度の窒素が含まれるものになる。これは現在の金星の大気にかなり似たものであり、この説を裏付ける材料になっている。
  一方で、地球と金星の大気の違いは地球のを形成したような巨大衝突の有無によるという考え方があるが、金星の地軸の傾きの原因は巨大衝突だという説もあるため、これらは両立しない。
公転
  地球の公転周期と金星の公転周期の比をとると、365.2425... : 224.701... で、13 : 8 という単純な整数比にかなり近い。そのためスピログラフのような「美しい図形」などと話題にされることがあるが、金星と地球は共鳴関係にない(「尽数関係」ではない)。そのため、百万年あるいは億年の単位で見ると、それぞれに変化している。
自転
金星の赤道傾斜角は177度である。すなわち、金星は自転軸がほぼ完全に倒立しているため、ほかの惑星と逆方向に自転していることになる。地球など金星以外の惑星では太陽が東から昇り西に沈むが、(天球の同じ側を金星における北であるとして、東西南北の方角の順を同じとした場合)金星では太陽は西から昇って東に沈む。金星の自転がなぜ逆回転をしているのかはわかっていないが、おそらく大きな星との衝突の結果と考えられている。また、逆算すると金星の赤道傾斜角は3度ほどしか傾いておらず、自転軸が倒立しているとはいえ、軌道面に対してほぼ垂直になっていることになる。このため、地球などに見られるような、気象現象の季節変化はほとんどないと推測されている。
  金星の自転速度はきわめて遅く、地球の自転周期が1日であるのに対し、金星の自転周期は地球時間で約243日、すなわちおよそ地球の243日をかけて一回転していることになる。自転の向きは公転の向きと回転方向が逆であるため、自転で一回転する前に金星表面上の同一地点は太陽に正中してしまい、金星の1日は地球の約117日に相当することになる 
  金星の自転周期は、地球との会合周期とほぼ一致している。そのため、最接近の際に地球からはいつも金星の同じ側しか見ることができない(会合周期は金星の5.001日にあたる)。これが何らかの共振のような現象によるものなのか、単なる偶然によるものなのかは詳しくわかっていない。
   2012年、欧州宇宙機関(ESA)の探査機ビーナス・エクスプレスから得られたデータにより、16年前より6.5分遅い周期で自転していることが判明した
地形
  金星表面には地球にある大陸に似て大きな平野を持つ高地が3つ存在する。イシュタル大陸オーストラリア大陸ほどの大きさで北側に位置する。この大陸には金星最高峰であり、高さ11kmのマクスウェル山を含むラクシュミー高原などがある。南側の大陸はアフロディーテ大陸と呼ばれ、南アメリカ大陸ほどの大きさである。さらに南の南極地域にはラダ大陸がある。高地の面積は金星表面の13%を占めるが、このほかに金星表面は中程度の高度を持つ平原(金星表面の60%を占める)、もっとも低い低地(金星表面の27%を占める)の、計3つの区分に分類されている。

  金星には上記の大地形のほかに、コロナと呼ばれる円形に盛り上がった地域や、中心から放射状に盛り上がりを見せるノバ、パンケーキ状に丸くひろがった台地や、断層や褶曲が入り組むテセラなどの特徴的な小地形が数多く存在する。このうちコロナやノバ、パンケーキ状の地形は火山活動によって形成されたと考えられている。
  金星ができたのは約46億年前だが、表面の大半は数億年前に形成されたと見られており、過去に活発な火山活動があったことを示す地形が多く存在する。ヨーロッパ宇宙機関(ESA)の金星探査機ビーナス・エクスプレスの観測により、比較的最近(数百年から250万年前)にも火山活動が起きていたことを示す証拠が得られた
  有名な金星表面の立体画像としてマゼランが観測したデータに基づくものがある。しかしこの画像は、レーダーによって観測された地形データに着色し起伏を10倍に強調したコンピューター画像で、実際の金星の地表の様子からかけ離れたものであるため注意が必要である。実際の金星の表面は地球や火星と比較するとむしろ起伏に乏しいとされる。
地名(「金星の地形一覧」、「金星のコロナ地形一覧」、および「金星のクレーター一覧」を参照)
  金星の地形には大陸、地域、平原、裂溝帯、峡谷、モザイク状の地形、断崖、丘、線状地形、火山、溶岩流、火口、山などがあり、おもに各民族の神話における女神精霊の名が冠せられている。たとえばアフロディーテ大陸、メティス平原、フェーベ地域、ディオーネ地域、レダ平原、ニオベ平原、アルテミス谷(以上ギリシア神話)、ディアナ峡谷(ローマ神話)、イシュタル大陸(バビロニア神話)、ラクシュミー高原(インド神話)、セドナ平原(イヌイット神話)、ギネヴィア平原(アーサー王伝説の王妃)などがある。
  日本神話アイヌ神話、日本の民話などに由来するものとしては、ユキオンナ・テセラ(雪女)、ニンギョ・フルクトゥス(人魚)、ウズメ・フルクトゥス(天鈿女命)、ヤガミ・フルクトゥス(八上比売)、セオリツ・ファッラ瀬織津姫)、ベンテン・コロナ(弁天)、イナリ・コロナ(稲荷神)、カヤヌヒメ・コロナ(鹿屋野比売)、オオゲツ・コロナ(大宜都比売)、トヨウケ・コロナ(豊受大神)、ウケモチ・コロナ(保食神)、イズミ・パテラ(和泉式部)、オタフク台地(お多福)、オトヒメ台地(説話浦島太郎乙姫)、カムイフチ・コロナ(アイヌ神話の火の神カムイフチ)などがある。
  クレーターには各国語の女性名がつけられている。日本語および日本人に由来するものとしては、晶子(与謝野晶子)、千代女(加賀千代女)、林(林芙美子)、卑弥呼、市川(市川房枝)、政子(北条政子)、吉岡(吉岡彌生)、ふきこ、ひろみ、いさこ、まりこ、なみこ、のりこ、れいこ、せいこ、やすこ、ようこ、などがある。ヴァリス(峡谷)には川にちなむ女神の名のほか各言語によるこの惑星の名がつけられており、日本語にちなむものとしてキンセイ峡谷がある。
観測
  公転軌道が地球より内側にある金星は、天球上では太陽の近くに位置することが多い。地球から見た金星は、月のような満ち欠けが観測できる。これは内惑星共通の性質で、水星も同じである。内合のときに「新金星」、外合のときに「満金星」となる。なお、合とその前後は天球上で太陽に近すぎるため、太陽の強い光に紛れて肉眼で確認することはきわめて困難である。
  地球と金星の会合周期は583.92日(約1年7か月)であり、内合から外合までの約9か月半は日の出より早く金星が東の空に昇るため「明けの明星」となり、外合を過ぎると日没より遅く金星が西の空に沈むため「宵の明星」となる。その神秘的な明るい輝きは、古代より人々の心に強い印象を残していたようで、それぞれの民族における神話の中で象徴的な存在の名が与えられていることが多い。また地域によっては早くから、明けの明星と宵の明星が(金星という)同一の星であることも認識されていた。
  地球から見ると、外合から東方最大離角を経て最大光度までは、徐々に明るくなり、最大光度から内合にかけては暗くなり、内合から最大光度までは明るくなり、最大光度から西方最大離角を経て外合までは徐々に暗くなっていく。外合のときに視直径はもっとも小さく、内合のときにもっとも大きい[24]。外合のときは満月、最大離角のときは半月、内合のときは新月、最大光度のときは三日月のような形に見える
  西方最大離角のときには日の出前にもっとも早く昇り、東方最大離角のときには日没後にもっとも遅く沈む。
  明けの明星の見かけ上の明るさがもっとも明るくなるのは内合から約5週間後である。そのときの離角は約40度、光度は-4.87で、1等星の約170倍の明るさになり、明るくなりかけた空にあってもひときわ明るく輝いて見える。内合から約10週間後に西方最大離角(約47度)となる。
  内合のときに完全に太陽と同じ方向に見える場合、金星の太陽面通過と呼ばれる現象がまれに起こる。
金星による影
  金星がもっとも明るく輝く時期には、金星の光による影ができることがある。オーストラリアの砂漠では地面に映る自分の影が見えたり、日本でも白い紙の上に手をかざすと影ができたりする。なお、過去には SN 1006 のような超新星が地球上の物体に影を生じさせた記録も残っているが、現在観測できるそれほど明るい天体は太陽、金星、天の川のみである。
人類と金星
  歴史と神話
    欧米ではローマ神話よりウェヌス(ヴィーナス)と呼ばれている。メソポタミアでその美しさ(明るさ)ゆえに美の女神イシュタルアッカド語)、イナンナシュメール語)の名を得て以来、ギリシャではアフロディーテなど、世界各国で金星の名前には女性名が当てられていることが多い。
    日本でも古くから知られており、日本書紀に出てくる天津甕星(あまつみかぼし)、別名香香背男(かがせお)と言う星神は、金星を神格化した神とされている。時代が下って、平安時代には宵の明星を「夕星(ゆうづつ / ゆうつづ)」と呼んでいた。清少納言随筆枕草子」第254段「星はすばるひこぼしゆふづつよばひ星、すこしをかし。」にあるように、夜を彩る美しい星のひとつとしての名が残されている。
    ヨーロッパでは、明けの明星の何にも勝る輝きを美と愛の女神アプロディーテーにたとえ、そのローマ名ウェヌス(ヴィーナス)が明けの明星、すなわち金星を指す名となった。
    キリスト教においては、ラテン語で「光をもたらす者」ひいては明けの明星(金星)を意味する言葉「ルシフェル(Lucifer)」は、他を圧倒する光と気高さから、唯一神に仕えるもっとも高位の天使(そしてのちに地獄の闇に堕とされる堕天使の総帥)の名として与えられた。
    聖書黙示録中では、イエスのことが「輝く明けの明星」と呼ばれている。
    仏教伝承では、釈迦は明けの明星が輝くのを見て真理を見つけたという。また弘法大師空海も明けの明星が口中に飛び込み悟りを開いたとされ、虚空蔵菩薩明星天子は仏格化された金星の現れとされている。
    アステカ神話では、ケツァルコアトルテスカトリポカに敗れ、金星に姿を変えたとされている。
    マヤ創世神話内では、金星は太陽と双子の英雄であるとされ、金星を「戦争の守護星」と位置づけ、特定位置に達したときに戦を仕掛けると勝てると考えられた(一種の軍事占星術であり、金星の動きと戦争がつながっていた)。

    近代に入ると、金星の太陽面通過に大きな関心が寄せられるようになった。太陽系の大きさを測定する過程において、金星の太陽面通過で得られるデータは重要な役割を果たすと考えられたためである。1761年1769年の太陽面通過観測は世界中に観測隊を派遣して行われたが、中でも1768年から太平洋に派遣されたジェームズ・クックの探検隊[30]は、太平洋各地で重要な地理的発見を行った。また、1874年の金星の太陽面通過においてはすでに産業化時代に入っていたこともあり、世界各国が各地に観測隊を派遣した。この時は日本も観測可能な地域に含まれており、フランスアメリカメキシコの3か国が日本に観測隊を派遣した
  占星術
    金星は七曜九曜のひとつで、10大天体のひとつである。
    「金星」の名は中国で戦国時代 (中国)に起こった五行思想と関わりがある。また、中国ではかつて金星を太白とも呼んだ
    西洋占星術では、金牛宮天秤宮支配星で、吉星である。財産芸術を示し、恋愛結婚アクセサリーに当てはまる
近代における金星像
  近代の科学者は、金星の姿を推測し続けた。ノーベル賞受賞者であるスヴァンテ・アレニウスは、金星は石炭紀の湿原のようであると主張した。これは当時、相当程度の学者から支持されたが、1920年代には、光学分析などの研究調査結果により金星の大気に大量の水が含まれてはいないことが明らかになった。それでもなお、石炭紀的な金星像を支持する学者も少なからずいた。こうした金星理解を背景に、金星への植民が構想された。たとえばカール・セーガンは、金星の雲の中に藍藻類を投下して金星の大気中の二酸化炭素を酸素に置き換える案を提案している。しかしこうした推測は、1960年代以降に金星探査機が続々と打ち上げられ、データが集積されて金星がとても人類の生息できる環境ではないことが判明するとともに姿を消していった。
  それでもなお、重力が地球とほぼ同じである点や、高度50kmほどの上層大気においては地球と気圧や温度がほぼ同一となるなどの利点があるため、宇宙移民計画の一端として金星への植民計画はいくつか構想されている。こうした計画においては、地表部分の高熱や高い大気圧、大気の成分が人類の呼吸に適していないなどの難点を克服する必要があり、フローティングシティを上層大気に浮かべて居住地とする案や、金星の周囲にソーラーシールドを張り巡らせて強制的に気温を下げ、テラフォーミングを行うなどの案が提案されているが、いずれも21世紀の技術ではほぼ実現不可能な案であり、仮に可能となったとしても実現に数百年は要すると考えられている



出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』

  : Mond: Lune: Moon: Luna ルーナ)は、地球の唯一の衛星である。太陽系の衛星中で5番目に大きい。地球から見て太陽に次いで明るい。古くは太陽に対して太陰とも、また日輪( = 太陽)に対して月輪(げつりん)とも言った。
概要
  太陽系の中で地球に最も近い自然の天体であり、人類が到達したことのある唯一の地球外天体でもある(「アポロ計画」を参照)。地球から見える天体の中では太陽の次に明るく、白色に光って見えるが、これは自ら発光しているのではなく、太陽光を反射したものである。
 。古くは太陽に対して太陰ともいった。漢字の「月」は三日月の形状から生まれた象形文字が変化したものである。日本語では「ツキ」というが、奈良時代以前は「ツク」という語形だったと推定されている。また「月」は、広義には「ある惑星から見てその周りを回る衛星」を指す。例えば、「フォボス火星の月である」などと表現する
  月は天球上の白道と呼ばれる通り道をほぼ4週間の周期で運行する。白道は19年周期で揺らいでいるが、黄道帯とよばれる黄道周辺8度の範囲に収まる。月はほぼ2週間ごとに黄道を横切る。恒星が月に隠される現象を掩蔽、あるいは星食という。惑星や小惑星が隠されることもある。一等星や惑星の掩蔽はめったに起こらない。天球上での月の移動速度は毎時0.5度(月の視直径)程度であるから、掩蔽の継続時間は長くても1時間程度である。
  と月の関係は近代に至るまで密接であった。月の《満ち欠け》をもとに決めた暦は太陰暦と言い、地球から月を見ると月の明るい部分の形は毎日変化し約29.5日周期で同じ形となっており、この変化の周期をもとに暦を決めたものである。歴史的に見ればもともと太陰暦を採用していた地域のほうが多かったのであり、現代でも太陽暦と太陰暦を併用している文化圏はある。月を基準に決めた暦というのは、漁師など自然を相手に仕事をする人々にとっては日付がそのまま有用な情報をもたらしてくれるものである。日本でも、明治5年までは太陽太陰暦を主として使用していた。明治5年に公的な制度を変えた段階でこれを「旧暦」と呼ぶようになったが、その後も長らく旧暦のカレンダーは販売され、両方を併用する人々は多かった。今でも一般の太陽暦のカレンダーに旧暦を掲載したものは広く使われる。
  日本語では暦を読むことを「月を読む」「ツキヨミ(ツクヨミ)」「月読」と言った。暦と言えば近代まで太陽太陰暦であったため、暦を読むとはすなわち月を読むことであった。(「太陰暦」および「月 (暦)」も参照)
月の性質
  月の直径 (3,474km) は、木星の衛星ガニメデ (5,262km)、土星の衛星タイタン (5,150km)、木星の衛星カリスト (4,800km)、イオ (3,630km) に次ぎ、太陽系の衛星の中で5番目に大きい。また、惑星に対する衛星の直径比率で言えば、月は地球の約1/4であり、ガニメデが木星の約1/27、タイタンが土星の約1/23であるのに比べて桁違いに大きい。かつては、衛星が主星の大きさの50%を超える冥王星カロンの組に次いで2番目だったが、冥王星が準惑星に分類変更されたので、地球と月の組が1番となった。
  月はその規模や構造といった物理的性質から、星そのものは地球型惑星だと考えられている。ただし軌道の観点ではあくまで「衛星」の範疇であるため、太陽系の8惑星を分類する意味で「地球型惑星」と言った場合、月は含めないのが普通である。
  従来、地球に対する月は、衛星としては不釣合いに大きいので、二重惑星とみなす意見もあった。月の直径は地球の4分の1強であり、質量でも81分の1に及ぶからである。月と太陽の見た目の大きさ(視直径)はほぼ等しく、約0.5度である。したがって、他の惑星の場合とは異なり、太陽が完全に月に覆い隠される皆既日食や、太陽の縁がわずかに隠されずに環状に残る金環日食が起こる。
  月の形状はほぼ球形だが、厳密にはわずかにセイヨウナシ形をしている。月面の最高点は平均高度より+10.75km、最低点は-9.06kmで、共に裏側にある。質量はおよそ地球の0.0123倍 (1/81)。表面積(3793万km2)は地球の表面積の7.4%に相当し、アフリカ大陸オーストラリア大陸を合わせた面積よりもわずかに小さい

  アメリカ合衆国のアポロ計画やソ連のルナ計画で月面に設置された反射鏡に地球からレーザー光線を照射し、光が戻ってくるのに要する時間を計れば月までの距離を正確に測定できる。この測定は月レーザー測距(LLR)と呼ばれ、1969年にアメリカのマクドナルド天文台で初めて行われた。地球中心から月の中心までの平均距離は38万4,403km(約1.3光秒)であり、地球の赤道半径の約60.27倍である。21世紀に入ってからも各国の天文台で測定が続けられており、月は平均して1年あたり3.8cmの速さで地球から遠ざかっていることが明らかになっている

  月は、太陽系の惑星やほとんどの衛星と同じく、天の北極から見て反時計周り(地球の自転、公転と同じ)の方向に公転している。軌道は円に近い楕円形。自転周期は27.32日で、地球の周りを回る公転周期と完全に同期している(自転と公転の同期)。つまり地球上から月の裏側を直接観測することは永久にできない。これはそれほど珍しい現象ではなく、火星の2衛星、木星のガリレオ衛星であるイオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト、土星の最大の衛星タイタンなどにも見られる。ただし、一致してはいても、月の自転軸が傾いていて軌道離心率が0ではないので、地球から見た月は秤動と呼ばれるゆっくりとした振動運動を行なっており、月面の59%が地上から観測可能である。逆に、月面からは地球は天空のある狭い範囲(秤動に応じて東西南北およそ±7°程度の範囲)に留まって見える(一点に静止して見えるわけではない)。特に、スミス海東の海のように地球から見て月の縁に位置する地点では、秤動によって地球から見えたり隠れたりするのに応じて、逆に地球が月の地平線から昇ったり沈んだりして見える[注 3](「地球の出」の画像は月周回軌道を回る宇宙船や観測機から撮られた物である)。
  2014年5月に発表された研究成果によれば、40億年前の月の自転軸は現在の自転軸と比べると数十度ずれていた事が分かったと発表された。
  月内部の構造はアポロ計画の際に設置された月震計で明らかになった。中心から700 - 800kmの部分は液体の性質を帯びており、液体と固体境界付近などでマグニチュード1 - 2程度の深発月震が多発している。また、浅発月震と呼ばれる地下300km前後を震源とする地震は、マグニチュード3 - 4にもなるが、発生原因の特定はできていない。表面から60kmの部分が地球の地殻に相当し、長石の比率が高い。いわゆる地球型惑星と同様に岩石金属からなり、深さによって成分が異なる(分化した)天体である。
  月はナトリウムカリウムなどからなる大気を持つが、地球の大気に比べると1017分の1(10京分の1)ほどの希薄さであり、表面は実質的に真空であるといえる。したがって、気象現象が発生しない。月面着陸以前の望遠鏡観測からも月には大気がないと推定されていたが、1980年代アメリカ航空宇宙局(NASA)によって実際は希薄ながらも大気が存在することが確認された。
  の存在も21世紀初頭まで確認されていなかったが、2009年11月にNASAによって南極に相当量の水が含まれることが確認された。ただし、水は極地の形で存在するだけであって、熱水(鉱化溶液)による元素の集積は起きないとされていて、鉱脈は存在しないと推定されている。また現在は地質学的にも死んでいて、マントル対流も存在しないが、少なくとも25億年前までは火山活動があったことが確認されている。チタンなどの含有量は非常に多い。地球のような液体の金属核は存在しないと考えられている。
  磁場は地球の約1/10,000ときわめて微弱である。月全体では磁場が存在せず、局所的に、磁場が異常に強い地域と弱い地域が混在している。月はかつて全体的に磁場をもっていたが、液体の金属核の凝固に伴って、全体的な磁場もなくなり、局所的な磁場だけが残ったと考えられている。2014年5月に発表された研究成果によれば、現在の月には大規模な磁場はないが、約40億年前の月中心部では溶けた鉄が活発に運動し磁場を発生させていたことがわかった
月の表面
  月の表側(地球から観測される側)の北緯60度 - 南緯30度にわたる領域は光をあまり反射せず黒く見えることから、と呼ばれている。海は月表面の35パーセントを占めるが、月の裏側にはほとんど存在せず、高地と呼ばれる急峻な地形からなる。月の海は、まだ内部が熱く溶け、地表の下に溶岩がある時代に隕石の衝突によって生じたクレーターの底から玄武岩質の溶岩がにじみ出てクレーターが埋められたものとされている。約20kmの厚みがある冷えて固まった黒っぽい玄武岩の層で覆われているために光をあまり反射せず、他と比べて暗く見える。表側にのみ海が存在するのは、そちら側に集中して熱を生み出す放射性物質が存在したためであるとか、また、地球からの重力の影響により、より強い重力の働く地球側でのみ溶岩が噴出したためとする説も存在するが、現在のところ定説はない。
  海以外の部分は、小石が集まった角礫岩から構成されている。これは太陽系初期から残った微惑星の衝突によって生じたものである。月には大気や水がほとんど存在しないため、地球では大気の断熱圧縮流星となって燃え尽き、地表に到達しない微小な隕石も、月ではそのまま月面に衝突してクレーターをつくる。また水や風による浸食地殻変動の影響を受けることもないので、数多くのクレーターがそのまま残る。
  宇宙線太陽風なども大気や磁場にさえぎられることなく月面に到達するため、月面の有人探査やあるいは将来の月面基地建設、月の植民に際しては、これらを防ぐ必要がある。大気がほとんどないため、赤道付近で昼は110℃、夜は-170℃と温度の変化が大きい。なお、月の公転周期が約27.3日であるのに対して、満ち欠けが約29.5日となっているのは、月が公転する間地球も太陽の周りを公転しており、その分余計に公転しなければならないためである。

  月面は砂(レゴリス)によって覆われている。レゴリスは隕石などによって細かく砕かれた石が積もったものであり、月面のほぼ全体を数十cmから数十mの厚さで覆っている。より新しいクレーターなどの若い地形ほど層が浅い。その粒子は非常に細かく、宇宙服や精密機械などに入り込みやすく、問題を起こす。しかしその一方でレゴリスの約半分は酸素で構成されており、酸素の供給源や建築材料としても期待されている。また太陽風によって運ばれた水素ヘリウム3が分布密度は小さいものの吸着されており、核融合燃料になると考えられている。
  付近のクレーター内には「永久影」と呼ばれる常に日陰となる領域があるため、氷が存在している可能性が高いと言われている。
  2009年9月、無人月探査機チャンドラヤーン1号ISROインド)および土星探査機カッシーニと彗星探査機ディープ・インパクト(いずれもNASAアメリカ)の3探査機によって、月に水もしくは水の基となるヒドロキシ基が存在していることが確認されたと発表された。存在範囲は月面全体に薄く広がっている状態で、月において水もしくはヒドロキシ基を約1リットル集めるのに、月の土壌約0.76立方メートルが必要だと試算されている。確認された水もしくはヒドロキシ基は、太陽風によって運ばれた水素イオンが月面にある酸素を含んだ鉱物やガラス様物質に衝突した結果生じたものと考えられ、将来の月面探査・月面基地計画において、抽出して水素と結合すれば真水を生成可能とされている。

  同年10月9日、NASAの月探査機エルクロスが月の南極付近にあるカベウスクレーターに衝突した。衝突による閃光や噴出物を観測したところ、上層部分からは細かい塵や水蒸気が、下層部分の土砂からも水分が確認された。合計水分量は約95リットルだという。
  同年10月24日、日本の宇宙航空研究開発機構 (JAXA) は、月探査機かぐやが撮影した画像の解析で、月の表側にある平地「嵐の大洋」の中央部にあるマリウス丘に月面初となる地下溶岩トンネルに通じる縦穴を発見したと発表した。今回発見された縦穴は「嵐の大洋」において火山活動が活発だったことが分かっている地点に存在しており、直径約70m、深さ約90mの垂直な穴で、穴底部分は少なくとも横幅400m、内高20mを超えるトンネルになっているとしている。JAXAは、今回の発見は将来的な有人探査において天然の基地としての有力候補になったとしている
  2010年9月7日、NASAによって、月面において初となる「天然の橋」が確認された。NASAのルナー・リコネサンス・オービター (LRO) のカメラ (LROC) が撮影に成功し、その画像が公開された。画像では、橋の右側くぼみから橋下を通過した光が、左側くぼみの底に三日月形に映っている姿をとらえている。地球上においては風や水による浸食現象で形成される自然橋だが、月面で見られるこのような地形は、通常、太古の火山活動によってできた溶岩洞が崩落した結果と考えられている。ただし、今回発見されたケースでは、この天然の橋は溶岩洞の崩落によるものではなく、クレーターを形成した隕石の衝突熱で岩が融解して形成されたものと考えられている
TLP
  月面に一時的な発光現象が起こることがあり、一時的月面現象 (英語: TLP, Transient Lunar phenomena) と呼ぶ。過去数百年の間に地球上からおよそ1500件の観測報告がなされているが、錯覚によるものや望遠鏡の鏡筒内異物による乱反射であったり、レンズの色収差など観測者側に何らかの原因があったりする場合の誤認が多いとされている。
  実際に生じている月面での発光現象の原因として明らかになっているものが幾つかある。
  隕石の衝突 - 規模や持続時間の点からTLPは隕石衝突と区別される
  月、太陽、地球の位置関係 - 月面斜面に横から太陽光線が当たると、地形・高低差によりそれまでは太陽光を反射していなかった場所で反射が生じ発光しているように見える
  レゴリス - 太陽風によって帯電したレゴリスが舞い上がる
  ガス噴出 - 月の地殻に含有されているウラン(238U)が核分裂を起こし、分裂生成物であるラドン(222Rn)ガス噴出に伴う発光(第18族元素の特徴的性質)。特にアリスタルコス・クレーター付近で顕著な現象。ガスの噴出は地表近くに溜まったガスが突発的に月面の砂を巻き上げるもので、アポロ計画で発見された月面上のガスの漏出地点と、TLPが頻発に報告される地域が一致するという研究がある
月の影響
  月の重力は地球に影響を及ぼし、潮の満ち引きを起こす(潮汐作用)。なお、月よりも格段に大きい質量を持つ太陽も潮汐作用を起こし地球に潮汐力を及ぼすが、地球からの距離が月より遠距離にあるため、その影響力は月の力の半分程度である(潮汐力は距離の3乗に反比例する)。
  月の潮汐作用により、主に海洋海底との摩擦海水同士、地殻同士の摩擦などもある)による熱損失から、地球の自転速度がおよそ10万年に1秒の割合で遅くなっている。また、重力による地殻の変形を介して、地球-月系の角運動量は月に移動しており、これにより、月と地球の距離は年間約3.8cmずつ離れつつある[27]。この角運動量の移動は、地球の自転周期と月の公転周期が一致するまで続くと考えられるが、そこに至るまでにはおよそ50億年を要する
  逆に言えば、かつて月は現在よりも地球の近くにあり、より強力な重力・潮汐力の影響を及ぼしており、また地球(および月)はより早く回転していた。サンゴ化石の調査によれば、そこに刻まれた日輪(年輪の日版)により、4億年程前には1日は約22時間で、1は400日程あったとされる
月の影響
  月の重力は地球に影響を及ぼし、潮の満ち引きを起こす(潮汐作用)。なお、月よりも格段に大きい質量を持つ太陽も潮汐作用を起こし地球に潮汐力を及ぼすが、地球からの距離が月より遠距離にあるため、その影響力は月の力の半分程度である(潮汐力は距離の3乗に反比例する)。
  月の潮汐作用により、主に海洋海底との摩擦海水同士、地殻同士の摩擦などもある)による熱損失から、地球の自転速度がおよそ10万年に1秒の割合で遅くなっている。また、重力による地殻の変形を介して、地球-月系の角運動量は月に移動しており、これにより、月と地球の距離は年間約3.8cmずつ離れつつある。この角運動量の移動は、地球の自転周期と月の公転周期が一致するまで続くと考えられるが、そこに至るまでにはおよそ50億年を要する
  逆に言えば、かつて月は現在よりも地球の近くにあり、より強力な重力・潮汐力の影響を及ぼしており、また地球(および月)はより早く回転していた。サンゴ化石の調査によれば、そこに刻まれた日輪(年輪の日版)により、4億年程前には1日は約22時間で、1は400日程あったとされる
視覚敵象徴
  月の明るさは満月で-12.7、半月でも-10等前後に達し、夜間における最も明るい天然光源である。
  地球上から月を観察すると、月の大きさが変わっているように見えることがある。空高くに位置する場合と地平線または水平線近くに位置する場合とは、明らかに大きさに変化があり、前者の場合は小さく見え、後者の場合は大きく見える。
  この現象は人間の目の錯覚によるものである。カメラとは異なり、人間の目は視界に入るすべての物体を鮮明に見るべく、常に焦点位置を調節し、脳で画像を合成している。このため近場から遠方に連なる風景の先端に月が見える場合,ズームレンズを動かしながら見るように、人の認識する月が巨大化する。逆に空高くに位置する場合は、比較となる対象物が存在しないために、小さく(実質的な目視上のサイズとして)見えるのである。
  実際の月の視直径は、腕を伸ばして持つ五円玉の穴の大きさとほぼ同じである。空高くに位置する時の小さな姿は、五円玉の穴にその全てが収まってしまいそうに見える。地平線近くにある大きな月の場合は、五円玉の穴に入りそうもなく思えるが、実際は小さな月と同じように五円玉の穴に全てが収まってしまう。
  なお、月の公転軌道は楕円形であり、近地点約36万kmに対して遠地点約40万kmであるため、見かけの大きさは月の軌道上の位置により実際に変わる。また、赤道上の地上から見ると一日のうちでも厳密には距離が変化する。月を天頂付近に見る時が一日のうちで最も月に近く、月を地平線付近に見るときは、それよりもおよそ地球の半径(約6,000km)離れるので、それだけ僅かに小さく見える。
  月は一時間あたり、恒星に対して東へ0.5度強だけ動いていき、24時間では13度である。つまり、毎夜、月は前の夜より13度だけ東へ動いていく

  太陽光が当たっていない、欠けた部分も肉眼でも薄っすらと見えることがあるが、これは地球照と呼ばれるもので、地球で反射した太陽光が月を照らすことによって生じるものである。月は大気や雲がなく岩石のみであり、満月が明るく見えるといっても、月のアルベド(太陽光を反射する割合)は7%程である。それに対して地球(満地球)は面積で約16倍大きく、また、アルベドが20-30%(雲や氷雪が良く光を反射する)であり、地球の方がずっと強い光を放っている。肉眼での確認が容易な期間は、新月を挟む月齢27から2(三日月)前後の、月の輪郭が小さな時である。ただし新月の際には目印となるものがなく、発見が困難である。もっとも、皆既日食の際には地球照の確認が可能で、写真撮影すれば地球照で地形の見える月の周囲に太陽のコロナが写る。また、半月くらいになれば肉眼で地球照を確認することは難しいが、露出時間を長くして影の部分を写真撮影すれば地球照が写る。
  月の出・月の入りの頃などに赤い月が観測されることがあるが、これは朝焼けや夕焼けと同様の原理で、月が地平近くにあることから月からの光が大気の中を長く通り、赤以外の散乱してしまうことによる。月食によっても発生することがある。
  月の公転軌道は地球の公転軌道に対して5度ほど傾いている。この傾きが周期的に月食・日食を引き起こしている
月の起源
 古典的学説
  月がどの様につくられ、地球を巡る様になったかについて古くは3つの説が唱えられてきた。
    親子説(分裂説・出産説・娘説)-自転による遠心力で、地球の一部が飛び出して月になったとする説。
    兄弟説(双子集積説・共成長説)-月と地球は同じガスの塊から、同時に作られたとする説。
    他人説(捕獲説・配偶者説)-別の場所で形成された月と地球が偶然接近した際、月が地球の引力に捉えられたとする説。
  だが、いずれの説も現在の月の力学的・物質的な特徴を矛盾なく説明することができなかった。まず、親子説では地球-月系の現在の全角運動量を原始の地球だけが持っていたとは考えにくかったし、他人説では広い宇宙空間を行く月が地球から丁度良い距離に接近して引力に捉えられる可能性が低かった。アポロ計画により採取された月の石の分析結果から地球のマントルと月の石の化学組成や酸素同位体比が似ている事が判明したが、兄弟説や他人説ではそうなる理由を説明できなかった。一方で、月の石放射性炭素年代測定により、月は約45億5000万年前に誕生し、また35億年前までは小天体の衝突が多発していたことが判明した。それらを踏まえ、有力とされるようになったのが巨大衝突説である。
  巨大衝突説
    巨大衝突説ジャイアント・インパクト説)は、月は地球と他の天体との衝突によって飛散した物質が地球周回軌道上で集積してできたとする説である。この説は、地球がほぼ現在の大きさになった頃、火星程の大きさの天体 (テイア) が斜めに地球へ衝突し、その衝撃で蒸発・飛散した両天体のマントル物質の一部が地球周回軌道上で集積して月が形成されたとする。
  この説を用いると、以下のことが説明できる。
    月の質量が現在程度になること。
    地球・月系の全角運動量が現在程度でも不思議はないこと。
    月の比重 (3.34) が地球の大陸地殻を構成する花崗岩(比重1.7 - 2.8)よりも大きく、海洋地殻を構成する玄武岩(比重2.9 - 3.2)に近いこと。
     地球と比べて揮発性元素が欠乏していること。月形成環境が高温であったことで説明できる。
     月のコアが小さいこと。地球やテイアのマントルを主とする軽い物質が集積したとすれば説明できる。
  一方で、詳細な計算によると月岩石の同位体比は巨大衝突説で説明しづらいことが示されている。巨大衝突説の数値計算結果から、月の成分の5分の1は地球に由来し、残る5分の4は衝突天体の物質が寄与することが分かっている。しかしながら、実際には、地球と月の岩石の酸素等の同位体比はほぼ同一であることが知られていて、巨大衝突説には物質科学的な困難が存在する。
  これに対して、衝突時の原始地球はマグマに覆われており、それが月の主成分になったとすることで説明できるという仮説が提唱されている。
  このほか、次の複数衝突説が提唱されている。
  複数衝突説
    複数衝突説は、月は巨大衝突説が唱えるように1回の大規模衝突によって形成されたのではなく、微惑星の小さな衝突が20回程度繰り返されて月形成がなされたとする説である。このシナリオでは、衝突のたびに原始地球の周囲にデブリ円盤が形成され、円盤物質の集積で小衛星が形成される。こうした小衛星の数々は最終的に合体し、単一の月が形成される。
    複数衝突説によると、単独の衝突よりも地球から多くの物質がえぐり取るような衝突が考慮できる。これに加えて、多数の小衛星組成の平均が最終的な月組成となることから、単一衝突シナリオよりも月組成を地球に類似させやすいとされる。また、月質量以上の周地球デブリ円盤を作る必要がないため、単一の衝突で月を作るよりも緩い条件で月形成を達成できるという利点もある。
    なお、巨大衝突説や複数衝突説以外の月の形成に関する新たな学説として「月は2つあった」とする学説が提示されている。
月齢と呼び名
  地球から見て、太陽と月が同じ方向にある瞬間を、(さく)又は新月という。日本や中国の旧暦で用いられた太陰暦太陰太陽暦では、朔を含む日を月初(第1日)とする。
  朔からの経過時間を日単位で表した数値を月齢という。朔の瞬間を月齢0として、朔を含む日(朔日)を「1日」とするため、日本で用いられる旧暦の日付は、その日の午前0時の月齢に1を足したものとなる。なお、通常、カレンダー等で示される月齢は、当日正午時点の数値である。例えば、2009年9月19日は日本標準時午前3時44分に朔となるため、この時点が月齢0となり、同日は旧暦8月1日となる。朔から24時間後の同年9月20日午前3時44分には月齢1となる。カレンダー等で示される月齢は、それぞれ正午時点での数値となるため、2009年9月19日は月齢0.3、翌20日の月齢は1.3となる。
  月には、月相(月の満ち欠け)に応じて、様々な名称がある。まず、天文学的に用いられる名称としては、「上弦下弦」の4つがある。太陽と月の黄経差が、それぞれ0度の状態を朔、90度を上弦、180度を望、270度を下弦と呼ぶ。なお、月相は通常0度から360度までの角度で示されるが、月齢との比較を容易にするため、0度から360度までの角度を0から28までの整数の値に換算して示すことがある。この場合、朔は0、上弦は7、望は14、下弦は21となる。この月相の数値と月齢は必ずしも一致しない(詳細は月相を参照)。
  このほか日本では、旧暦の日付に対応する名称(三日月、十三夜の月、十五夜の月、十六夜の月など)や月が見える時間帯に関する名称(立待月、居待月、寝待月、夕月、有明月など)、形状に対応する名称(満月弦月、半月、弓張月など)、年中行事に関連する名称(芋名月、栗名月)など、月には多くの名称(月名、げつめい)がある。
  旧暦15日の月(ほぼ満月)は日没頃に昇り、以後数日間も夜間に上るため月見に適しており、特に様々な名称が付された。日没後しばらくしてから上る旧暦16日の月は「いざよい」(ためらう、なかなか進まないの意)、以後、「立待」(立って待っていると出てくる)、「居待」(座って待っていると出てくる)、「寝待」(寝て待っていると出てくる)、「更待」(ふけまち。夜が更けてから出てくる、あるいは更に待つと出てくる)と、月の出が遅くなるごとにふさわしい名称が付けられている。なお、「夕月」は日没前後に見える月の総称であり、「有明の月」は明け方になってもまだ残っている月の総称である。
  月は毎日平均約50分ずつ遅れて出るため、「月の出」がない日や1日に2回起こる日がある。そのため、月の呼び名は、旧暦の日付ではなく朔日を1とする「月の出」の回数(月の出数)によって決められる。そうしないと欠番が出たり、同じ月でも地域により呼び名が異なったりするからである。なお、月の出の時刻が0時前後になる旧暦の24日ごろ以降は、旧暦の日付と月の呼び名が1日ずれるので注意が必要である。「月の出がない日」といっても、その日に「月の出」がないだけで月が見えないわけではない。その日が始まる午前0時には既に月が出ているので、東から月が出る「月の出」がないのである。

  和暦中国暦太陰太陽暦では、月の約29.5日の周期を大の月(30日間)と小の月(29日間)で調整する。このため、毎年月ごとの日数が異なり、煩雑で記憶できない。そこで、毎年、暦(大小暦)を作成して参照した。日本では、大小暦に絵を描いたものが、後に浮世絵になった。
  月の初日( 1日)は「朔日(ついたち、さくじつ)」と呼び、月の最終日(29日又は30日)は「晦日(みそか、つごもり)」と呼ぶ。「ついたち」とは「月立ち(つきたち)」、「つごもり」は「月隠り(つきこもり)」が音変化した語である。また、一年の最終月の最終日(29日又は30日)は、「大晦日(おおみそか、おおつごもり)」である。
  日本の童謡の「お月さん幾つ、十三ななつ」はこれだけでは意味不明であるが、沖縄民謡の童謡『月ぬ美しゃ』に由来するとの見方がある。そこでは「月ぬかいしゃ、10日3日。みやらびかいしゃ10ななつ」とあり、13日の月、つまり成熟前が美しいとの意とされ、月齢を年齢になぞらえている。
月齢と人間的事象の関連の有無
  現代においても、詳細なデータなど明確な根拠を示さず、テレビ・雑誌等々で、月齢が、人間の生理的、精神的な事象(例えば出産や、自殺殺人交通事故の起こりやすさ等)に影響を及ぼしているのではと語られることがある。
  月齢と暴力行為の因果関係については、2007年初頭にポーランドの科学者Michal Zimeckiが確認したとされるが、その一方でシドニー大学ニューサウスウェールズ州のManly病院の研究者らが、心理学専門誌に1998年に発表した内容では「両者間に特別な関連性はみられない」とされたという。2007年6月5日、「満月の日には犯罪が増える」とイギリスの英南部サセックス州警察のある警察署が発表し、満月の日に警察官を多めに配置すべきだとの見解を表明したというが、懐疑的に見る人が多かったという。
人間と月の関係の歴史
 古代ギリシア
   古代ギリシアの人々は、月食が起きるのは満月の時であること、また月食時に月の表面に丸い影が徐々に現れることを観察して、それらのことからその影というのは自分たちの住む地の影で、地は球体であると推定したといい、アリストテレースの時代(紀元前4世紀)には、その知識はギリシア世界では広く行き渡っていたという。
アリストテレースも地球の周りを月、太陽、および他の惑星が回っているという宇宙論を説いた(地球中心説)。(「宇宙論」も参照)
  ギリシア神話の月の女神は元々セレーネーであるが、後にアルテミスヘカテーと同一視され、月が満ちて欠けるように3つの顔を持つ女神とされるようになった。ローマ神話ではルーナがセレーネーと、ディアーナがアルテミスと同一視されたので、ここでも月神は2つの顔を持つとされた。これらの神々は一般にあまり区別されない。ルーナ Luna の名はロマンス語ではそのまま月を表す普通名詞となった。また、英語などではセレーネーから派生したという月を表す語根接頭辞が存在する。元素周期表テルル(地球)の真上に位置し、あとから発見されたセレンはこの語根から命名された。
ヨーロッパの伝統文化
  古来より月は太陽と並んで神秘的な意味を付加されてきた。ヨーロッパ文化圏では太陽が金色黄色で表現されるのに対し、月は銀色で表されることが多い。西洋では月が人間を狂気に引き込むと考えられ、英語で "lunatic"(ルナティック)とは気が狂っていることを表す。また満月の日に人狼は人から変身し、魔女たちは黒ミサを開くと考えられていた。
西洋占星術
  月は七曜九曜の1つで、10大天体の1つである。西洋占星術では、巨蟹宮の支配星で、吉星である。感受性を示し、母親女性に当てはまる
イスラム文化
  トルコ共和国パキスタンモルディブマレーシアなどの国では国旗新月(一般的には三日月と認識されることが多いが、地球の北半球から見る月の向きから考えると新月直前の27 - 28日月である)が描かれている。これらの国ではムスリムが国民の圧倒的多数を占める、ないしイスラム教国教としているため、新月はイスラム教の意匠であると思われることが多いが誤解である(偶像崇拝の禁止が定められているため、月の崇拝も禁じられる)。コンスタンティノープルにおいては古くから新月がシンボルとして用いられており、オスマン帝国によってイスラム教共通の意匠として広めようと試みられた。今日、月を国旗に採用しているイスラム国家がそれほど多くはないのは、帝国の衰退とともに独立した諸国が、新月を採用しなかったためとされる。太陰暦であるイスラム暦との関連性を指摘する説もある。
  また、赤十字社の十字の意匠は偶像崇拝を禁ずるイスラム教ではキリスト教信徒のイエス崇拝に繋がるという理由から長らく忌避され続けてきたため、イスラム圏では赤新月が用いられ、名称も赤新月社としている。
パラオ
  パラオの国旗は、明るい青の上に黄金色の満月を描いている。シンプルなデザインではあるが、パラオの人々にとっては特別な意味を含んでいる。黄金色の月は、パラオ人の機が熟し独立国となったことを表し、また月はパラオの人々にとって収穫や、自然の循環、年中行事に重要な役割を果たしている。
東洋の伝統文化
  中国の伝説では、月にはの木が生えているとされ、呉剛という男が切ろうとしているとも言われる。また、夫の羿を裏切った嫦娥の変じた蝦蟇(ヒキガエル)が住んでいるともいわれる。そのほか、中国でも月の模様をウサギの姿とする見方がある。また、月の通り道にそって28の星座を作り、これを「二十八宿」と呼び、月は1日にこの星座を1つずつ訪ねて天空を旅していくと考えられていた。
  東洋では月はの象徴となり、女性と連関すると考えられていた。故に月経と呼ばれた
日本の伝統
  『古事記』では黄泉の国から戻ったイザナギが禊を行った時に右目を洗った際に生まれたツクヨミ(月読の命)が月の神格であり、夜を治めるとされている。同時に左目から生まれたのがアマテラスで、太陽の女神である。
  『竹取物語』ではから生まれた絶世の美女かぐや姫は、月の出身と明かし、月に帰っていった。他に、『今昔物語集』の天竺部に記されている「三獣、菩薩の道を修行し、兎が身を焼く語(こと)」という説話の結末で、帝釈天が火の中に飛び込んだウサギを月の中に移したとされており]日本では月にはウサギが住んでいるという言い伝えがある(なおタイには、月の町と呼ばれるチャンタブリー県があり、その県章には月とウサギが描かれている)。
月見(詳細は「月見」を参照)
  主に秋、月を愛でる行事。代表的なものとして、中秋の名月・十五夜がある。なお中秋の名月は満月とは限らない。旧暦8月(グレゴリオ暦9月頃)は乾燥して月が鮮やかに見え、また月の昇る高さもほどよく、気候的にも快適なため観月に良い時節とされた。
季語としての月
  俳句の世界で単に「月」と言った場合、それは秋の月をだし、それ以外の季節の月は「春の月」「夏の月」「梅雨の月」「盆の月」「冬の月」などと呼び区別する。秋の月は、に対して、とともに雪月花とよばれる「三大季語」の一つである。「木の間よりもりくる月のかげ見れば心づくしの秋は来にけりよみ人しらず(『古今和歌集』)、「月見れば千々にものこそかなしけれ我が身ひとつの秋にはあらねど大江千里(同)など、秋の月を賞し、月に物思うこころは古くから和歌に作られている。
月の模様のみたての伝統
  日本では、月の海をウサギが餅つきをしている姿に見立てることがある(月の兎)。古代中国でも月の模様をウサギの姿とする見方があり、月のことを玉兎(ぎょくと)と呼ぶ。月とウサギとの由来はインド仏教説話集『ジャータカ』からとされる。また、玉兎の他に仙女(嫦娥)や蟾蜍(ヒキガエル)だという言い伝えもある。西洋においては、月の模様をカニの姿や編み物をする老婦人とみたものがある。また、ネイティブアメリカン(インディアン)には、月の模様を女性の顔と見る慣習がある。北アメリカ東欧では白い部分を女性の横顔に見たてている。 北ヨーロッパでは呪われて月に送られた男と見立てられており、『マザー・グース』に収録されたThe man in the moonは、その伝承を基にしたものである[40]安息日を無視して薪を背負っていた、キャベツを盗んだなど、男が呪われた理由は地域によって異なる。
月を見ることに関する伝承
  北欧において「妊娠した女性は月を見てはいけない」、あるいは「イヌイットの娘は月を見ると妊娠するから月を見ない」、アイスランドにおいて「子供精神障害になるから妊婦が月に顔を向けてはいけない」など、女性が月を見ることを禁忌とした伝承はいくつかある。
17世紀以降の月理学の発展(「月理学」も参照)
  「月の研究は望遠鏡による観察と、月面図の作成という形で始まった。これを月理学と呼ぶ。
  最初の月面図を作成したのはイギリスのウィリアム・ギルバートだと考えられているウィリアム・ギルバート1603年に亡くなっており、観察自体は1600年頃のものだと考えられている。月面図自体が出版されたのは1651年と遅かった。ギルバートの観察は裸眼によるものであり、月理学のさきがけと言える。最初に望遠鏡で月面を観測したのは、イギリスのトーマス・ハリオットであった。ハリオットの月面図は1609年7月に作成された。ガリレオ・ガリレイによる有名なスケッチは1610年に描かれ、同年3月13日に出版された「星界の報告」で発表されている。先駆者の仕事と比較すると、特徴的な地形を精密に描いたこと、「山」の影の長さを計測し、「標高」を推定したことにおいて優れている。彼の計測により、月面の山が地球上の山よりも高いことが分かった。
月旅行を描いた小説
  ギリシャ時代に書かれたルキアノスの『イカロ・メニッパス』では、翼をつけてオリンポス山から飛び上がることで月に行く様子が描かれている。
  シラノ・ド・ベルジュラック1656年に『月世界旅行記』を書いている。ムルタ・マクダーモットは1728年に『A Trip to the Moon』を出版した。
  1865年1870年にはフランスの作家ジュール・ヴェルヌは小説『月世界旅行』を発表した。これは、南北戦争終了後のアメリカ合衆国において、「大砲クラブ」なる火器の専門家集団が巨大な大砲を製造して、人間が入った大きな砲弾に着陸・帰還用のロケットエンジンを搭載して月に撃ち込むことで人を送り込もうとする、という物語である[注 8] 1901年には『月世界最初の人間』がハーバート・ジョージ・ウェルズによって著された。 そのほかにも、ジョン・W・キャンベル『月は地獄だ!』やロバート・A・ハインライン『月を売った男』のように初の月面到達を描いた小説はいくつも書かれている。
  日本では1882年6月に貫名駿一が『星世界旅行 千万無量』、1888年井口元一郎が『夢幻現象政海之破裂』、1906年羽化仙史が『月世界探検』、1915年には石松夢人が『怪飛行艇月世界旅行』を著した。
冷戦時代の無人探査と有人探査(詳細は「月探査」および「月にある人工物の一覧」を参照)
  冷戦の影響下で、有人探査にむけてアメリカ合衆国ソビエト連邦の間で熾烈な競争(宇宙開発競争、スペース・レース)が行われた。当初宇宙開発競争はソ連が先行しており、人類初の有人宇宙飛行は1961年4月12日、ソ連のボストーク1号に乗るユーリ・ガガーリンにより行われ、初めて地球周回軌道に入った。これに対抗してアメリカも宇宙開発を進めており、有人宇宙飛行計画としてマーキュリー計画が進められていた。
  月に接近した最初の人工物体は、ソビエト連邦のルナ計画によって打ち上げられた無人探査機ルナ1号で、1959年1月に月近傍5,995 kmを通過した。ソビエト連邦は引き続き無人探査機ルナ2号で月面到達に成功した。ルナ2号は1959年9月13日に月面へ着陸・衝突している。月の裏側を初めて観測したのは1959年10月7日に裏側の写真を撮影したルナ3号。初めて軟着陸に成功したのはルナ9号で、1966年2月3日に着陸し月面からの写真を送信してきた。1966年3月31日に打ち上げられたルナ10号は初めて月の周回軌道に乗った。

  しかし、人間を月に送ることに成功したのはアメリカである。アメリカは1959年3月3日に打ち上げられたパイオニア4号で初めて月の無人探査に成功し、1961年5月25日に行なわれた「アメリカは10年以内にアメリカ人を月に送り、無事地球に帰還させることを約束すべきだと信じます。」というケネディ大統領の声明もあって、ジェミニ計画を経てアポロ計画が行われることとなった。レインジャー計画(衝突)、サーベイヤー計画(軟着陸)、ルナ・オービター計画(周回)などにより有人機の着陸に適した場所が選ばれ、1969年7月20日アポロ11号が静かの海に着陸しニール・アームストロング船長が人類で初めて月面に降り立った。このアポロ計画は1972年アポロ17号まで続けられた。なお、アポロ13号は事故(液化酸素タンクの爆発)により、月面に着陸せずに、月軌道を周回して不要になったロケットパーツを月に落下させて人工地震を起こさせただけで、地球に帰還した(帰還のミッションは非常に困難なものであった)。
  しかしこのような探査には高度な技術と莫大な費用が必要であり、アメリカではアポロ20号まで予定されていたが、予算の削減で17号で終わった。ソ連は1970年から1974年にかけて、ルナ16号20号24号で月の土壌を採取し地球へ持ち帰ることに成功、ルナ17号21号で無人月面車を送り込んだが、有人月面探査計画であるソユーズL3計画は1974年6月23日、正式に中止が決定した。
  俗説として月面着陸は捏造であった、あるいは宇宙飛行士は月面で宇宙人に遭遇していたとする、アポロ計画陰謀論も存在するが、捏造の証拠とされるものはことごとく反証されている。また日本の月探査衛星が月面に残るロケット噴射跡を確認したため、少なくとも月に到着したことは事実と確認されている。
アポロ計画終了以後(「月面基地」および「月の植民」も参照)
  アポロ計画終了以後人類は月面を歩いていないが、各国による無人探査が行われている。2004年2月、アメリカ大統領ジョージ・W・ブッシュ2020年までに再び月に人類を送り込む計画を発表し、NASAによりコンステレーション計画が発表されたが、後に予算の圧迫などを理由に中止されている。その他には、欧州宇宙機関 (ESA)、中国国家航天局 (CNSA)、日本宇宙航空研究開発機構 (JAXA)、インド宇宙研究機関 (ISRO) でも月探査計画がある。
  中国は月面探査に積極的な姿勢をとっており、特に月面でヘリウム同位体であるヘリウム3の発掘を行い地球でエネルギー資源として用いることを狙っていると言われる。2019年には探査機嫦娥4号が月の裏側に着陸した。
  日本ではLUNAR-ASELENE(かぐや)の2つの計画があり、月探査計画LUNAR-Aではペネトレータと呼ばれる槍状の探査機器を月面に打ち込み、月の内部構造を探る計画だったが、2007年に計画中止が決まった。月探査周回衛星計画SELENEは月の起源と進化の解明のためのデータを取得することと、将来の月探査に向けての技術の取得を目的としている。2007年9月14日に打ち上げられ、2009年6月11日まで月を周回してデータを集めた。
  なお2006年には、それまで解析されずに放置されていたアポロ観測データが発掘された[46]。この観測データの解析の結果、従来の知見を覆すような結果が得られ始めている。このアポロ観測データと日本のかぐやなど、世界の月周回探査衛星による観測データを合わせた解析によって、より月の起源について理解が深まることが期待される。
  また、より長期の計画として月面基地建設の構想もある。NASAは2006年12月、上記のコンステレーション計画の一つとして2020年までに月面基地の建設を開始し、2024年頃には長期滞在を可能とする計画を発表したが、こちらも中止されている。またロシア連邦宇宙局は2007年8月、2025年までの有人月面着陸と、2028年 - 2032年の月面基地建設を柱とした長期計画を発表した。JAXAの長期計画にも有人の月面基地が含まれる。


宇宙
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』


宇宙とは、以下のように定義される。

  ・コスモス。時間空間内に秩序をもって存在する「こと」や「もの」の総体。何らかの観点から見て、秩序をもつ完結した世界体系。
  ・全ての時間と空間、およびそこに含まれるエネルギーと物質。あらゆる物質放射を包容する空間。あらゆる物事(森羅万象)を含む全ての存在。
  ・ビッグバン理論等で統一的に説明されうる、現実的、現在的に我々が暮らすひとつの広大な世界。ユニバース。もしくはその外側に仮想されるユニバースの複合体全体。(「ユニバース」という語には「ひとつ」という意味が込められているが、最近では、宇宙について論じる時、3次元的につながった空間だけではなく、平行宇宙も含めて論じられることがある。複合的宇宙もしくは多元的宇宙という意味で「マルチバース」と呼ばれる。単一宇宙と区別して複合宇宙全体を指す場合には特に「オムニバース」ともいう。)
  ・3次元空間的に繋がった広大な宇宙全体を指すこともある。
  ・宇宙空間地球の地上約100km以上、上空の空間を指す便宜的な定義。この意味を明示する「outer space」を「外宇宙」と訳す場合も有る。
 (本項では主に、1~4の意味での宇宙について解説する。)

意味
  「宇宙」という言葉確定した起源意味は不明だが、次のような説がある。
  「宇」は「天地四方上下」(つまり上下前後左右、三次元空間全体)「宙」は「往古来今」(つまり過去現在未来時間全体)を意味し(中国の戦国時代の書物・「尸子巻下」)、「宇宙」で時空(時間と空間)の全体を意味する(代の書物・「淮南子斉俗訓」)。「宇」は「天」、「宙」は「地」を意味し、「宇宙」で「天地」のことを表す。

  いずれにせよ、古代中国の漢字文化で、「宇」と「宙」を組み合わせて生まれた言葉であると、言われている。
  それぞれの観点から見た場合の「宇宙」の定義には、以下のようなものがある。
  哲学的・宗教的観点から見た場合、宇宙全体の一部でありながら全体と類似したものを「小宇宙」と呼ぶのに対して、宇宙全体のことを「大宇宙」と呼ぶ。
  天文学的観点から見た場合、「宇宙」はすべての天体・空間を含む領域をいう。銀河のことを「小宇宙」と呼ぶのに対して「大宇宙」ともいう。
  一説には観測できる領域は宇宙の地平線の内側に限定されるが、大宇宙はそれよりはるかに大きいと考えられている。
  最近の物理学的観点から見た場合、「宇宙」は物質・エネルギーを含む時空連続体のまとまりである。
  現代物理学における「宇宙」は、「物理学的な世界全体」ではなく、生成・膨張・収縮・消滅する物理系の一つである。理論的には無数の宇宙が生成・消滅を繰り返しているとも考えられている。
  「地球の大気圏外の空間」という意味では、国際航空連盟 (FAI) の規定によると空気抵抗がほぼ無視できる真空である高度 100 km 以上のことを指す。アメリカ軍では高度50ノーチカルマイル (92.6 km) 以上の高空を「宇宙」と定めている。
宇宙論
  宇宙について説明するにあたり、まず人類がどのように宇宙の理解を深めてきたか、おおまかな流れを解説する。
  宇宙がいかに始まったかについての議論は宗教哲学上の問題として語られて続けている宇宙に関する説・研究などは宇宙論と呼ばれている。 古代インドのヴェーダでは無からの発生、原初の原人の犠牲による創造、苦行の熱からの創造、といった宇宙生成論があった。
  古代ギリシャではヘシオドスの『神統記』に宇宙の根源のカオスがあったとする記述があったが、ピタゴラス学派は宇宙をコスモスと見なし、天文現象の背後にひそむ的な秩序を説明することを追究した。秩序の説明の追究は、やがてエウドクソスによる、地球を27の層からなる天球が囲んでいる、とする説へとつながり、それはまたアリストテレスへの説へと継承された。
  2世紀ころのクラウディオス・プトレマイオスは『アルマゲスト』において、天球上における天体の動き(軌道)の数学的な分析を解説した。これによって天動説は大成され、ヨーロッパ中世においてもアリストテレスの説に基づいて宇宙は説明された。しかし天球を用いた天体の説明は、その精緻化とともに、そこにおける天球の数が増えていき、非常に複雑なものとなっていった。
  こうした状況に対し、ニコラウス・コペルニクスは従来の地球を中心とする説(地球中心説)に対して、太陽中心説を唱えた。この太陽中心説(地動説は、当初は惑星軌道が楕円を描いていることが知られていなかったために周転円を用いた天動説よりも精度が低いものであったが、やがてヨハネス・ケプラーによる楕円軌道の発見などにより地動説の精度が増していき、天動説に代わって中心的な学説となった。宇宙は始まりも終わりも無い同じ状態であるものとアイザック・ニュートンは考え、『自然哲学の数学的諸原理』の第3巻「世界の体系について」において、宇宙の数学的なしくみを説明し、地球上の物体も太陽の周りをまわる惑星も、それまで知られなかった万有引力というものを導入すれば数学的原理を用いて統一的に説明できる、ということを示してみせた。こうした理論体系を構築した背景には神学的な意図があったとも指摘されている。ニュートンが同著でユークリッド幾何学を用いつつ絶対空間・絶対時間という概念を導入したため、その後の西欧では多くの人々が宇宙を無限に均一に広がる空間だと見なし、静的で安定的なものだと考えていた。
  科学的な分析が始まった20世紀初頭でも科学者も含めてほとんどの人は宇宙は静的だと見なしていた。20世紀になりアルベルト・アインシュタインにより絶対時間・絶対空間を否定し、宇宙の不安定なモデル(宇宙方程式)が提示され、1927年ベルギーの司祭ジョルジュ・ルメートルが「宇宙は“原始的原子”の“爆発”から始まった」とする説を提唱し、この説が後に「ビッグバン」と呼ばれるようになった。その説は最初は科学者などからも反発されたものの、やがて徐々に受け入れられるようになり、今日では多くの科学者が支持する「標準的宇宙論モデル」を構成する要素になっている。
現代宇宙論
宇宙の大きさ
  宇宙の大きさについてはまだ分かっていないことが多いが、「宇宙の果て」と言えば2種類の意味がある。ひとつは、数百年前でも議論されていたことで、物理的な空間に端があるのか、相対性理論が提唱されて以降は空間は曲がってつながっていて端は無いのか、という問題として扱う場合。「宇宙の果て」は、もうひとつの意味としては、観測可能な限界ライン(宇宙の地平線)を指す。
  地球から理論上観測可能な領域(観測可能な宇宙)に限って問題にすれば半径約450億光年の球状の範囲である。ただしこの大きさは赤方偏移から計算された理論上の値であり、直接の観測によって正確に分かっているわけではない。
  典型的な銀河の直径でも3万光年であり、隣どうしの銀河の間の典型的な距離は300万光年にすぎない。例えば、我々人類が属している天の川銀河はざっと10万光年の直径であり、我々の銀河に最も近い銀河のアンドロメダ銀河はおよそ250万光年離れている。観測可能な宇宙の範囲内だけでもおそらく1000億個(1011個)の銀河が存在している 
 《地球上から見ることができる宇宙の大きさ》とは、人間が物理的に観測可能な宇宙の時空の最大範囲を指す表現である。宇宙は膨張し続けているため、宇宙の大きさを表現するにはいくつかの単位がある。(距離測度も参照のこと) 「光を含む電磁波により人類が地球から観測可能な宇宙の果て」と言うと、観測できる光のなかでも、最も古い時代に光が放たれた空間のことを指している。この空間から光が放たれたとき、つまり約138億年前(宇宙の晴れ上がり直後)、この空間(観測可能な宇宙の果て)は地球がある位置から(地球を中心とする全方向に宇宙論的固有距離において)約4100万光年離れたところにあった。そしてこの空間は、地球の位置から、光の約60倍の速度で遠ざかっていた、とされる。この空間までの現在の距離である共動距離は、約450億光年と推定されている

  「天体から放たれたが地球にたどり着くまでの時間に光速をかけたもの」は光行距離と呼ばれている。これは光が地球に届くまでの間に、光の旅した道のりを表す。光行距離では、電磁波により観測される宇宙の果てから地球までの光の旅した道のりは約138億光年と推定されている。これは光速に宇宙の年齢をかけたものだが、この値は先に述べた2つの距離(450億光年、4100万光年)と値が異なっている。光が地球に届く間に宇宙が膨張し、そのため光の道のりが延び、また光を放った空間が遠ざかるからである。つまり、光行距離はある時刻における空間上の2点間の距離を指し示すものではない。天文学では光行距離を天体までの距離とみなすことが多いが、それは我々に届く光が旅した道のりであり、現在の天体までの距離や、天体が光を放ったときの天体までの距離を示すものではない。
  現在の我々が観測することができる最も古い時代に放たれた光は、約138億年前に約4100万光年離れた空間から放たれた光である。そしてその光源がある空間は、現在450億光年の彼方にあり、光は138億年かけて138億光年の道のりを旅してきた。わずか4100万光年の距離を光が進むのに138億年もの時間を費やしたのは宇宙の膨張が地球への接近を阻んだためである(これは、流れの速い川を上流へ向かう船がなかなか前に進めないことと似ている。宇宙空間の膨張は一般相対性理論より導かれる。よって電磁波の媒質である空間の膨張により地球を基点としたときの、地球から離れた場所にある光の速度が変化しても特殊相対性理論における「光速度不変の法則」とは矛盾しない)
  我々の観測可能な領域を超える宇宙は、共動距離的な意味の場合、インフレーション理論に基づき、より広大であろうと予想されている。宇宙の大きさは、誕生から現在までの膨張速度にもよるが、レオナルド・サスキンドはインフレーション直後の宇宙の大きさは有限ながらも、メガパーセクという非常に大きな値を解の1つに得ている。宇宙の大きさが有限の場合、空間は閉じており、直進すれば宇宙を1周することになる。無限であるとすれば永久に元の場所に戻ることはない。
宇宙の年齢
  宇宙の誕生からどれだけの時間が経っているのかという疑問については古くから様々な考えが提言され、始まりも終わりも無い不変なものと考えられた時もあった。しかしハッブルが宇宙の膨張を発見すると、その始まりの時期について科学的な議論が行われるようになった。ハッブルが膨張を逆算して導いた最初の計算結果による年齢は約20億年であり、地球の年齢より若くなったが、後に多くの間違いが見つかった。その後の観測などで100億年以上という帰結には至っていた
  2003年NASAの宇宙探査機WMAPによる宇宙マイクロ波背景放射の観測値を根拠に計算したものによると、約137億歳(正確には、13.772 ± 0.059 Gyr)と、正確な推定が行われた 。この値は、他の放射年代測定を根拠に計算された110–200億歳や130–150億歳とする大雑把な推定値とも矛盾していない。2013年3月21日、欧州宇宙機関(ESA)は「宇宙の誕生時期がこれまでの通説より1億年古い、約138億年前(正確には、13.798 ± 0.037 Gyr)である」と発表した。これはESAの人工衛星プランクにより、これまでで最高の精度で宇宙マイクロ波背景放射を観測し、そのデータから作成した初期の宇宙の温度分布をもとに結果を算出した結果である。今後も観測精度の向上による年齢の詳細判明が期待される
宇宙の成分
  宇宙は何でできているか、またその占める割合については、かつては光を含む電磁波による観測から求められていた。ところが、様々な研究を通じて必ずしも観測できるものだけが宇宙を構成しているとは考えられなくなった。やがて宇宙の成分は原子である物質ではなく、エネルギーの比で表されるようになり、むしろ未だ正体が判明しないダークマターとダークエネルギーとの割合が多数を占めるようになった宇宙マイクロ波背景放射の観測で得た宇宙初期のむらから当初試算されたエネルギー比は、ダークエネルギー72.8%・ダークマター22.7%・物質(原子)4.5%だったが、宇宙探査機WMAP人工衛星プランクの観測によって、2003年以降、精度が高められ、以下の数値になった。
ダークエネルギー: 68.3%  暗黒物質(ダークマター): 26.8%  原子: 4.9%
  人類はその目に映る物質の根源や力の法則を明らかにする研究を続け素粒子物理学を構築している。それは宇宙開闢の様子さえ理論化に成功した。ところが、宇宙の研究においてこれらの考察が宇宙全エネルギーの4.9%程度にしかならず、残りの95%は、そのようなものがあるという程度しか理解が及んでいない。この分野への科学的探究が求められている。
  宇宙にある元素は、水素原子が93.3%を、ヘリウム原子が6.49%を占める。また、観測可能宇宙内の原子の総数は、足し合わせると10の80乗個程度となる。
宇宙の膨張
  20世紀に入り行われた観測から、宇宙は膨張をしていると見なされている。だが過去には様々な考えがあった。アイザック・ニュートン絶対時間絶対空間の前提から導かれたニュートン力学が支持され、人々は宇宙は静的定常であると見なしていた。
  1915年アルベルト・アインシュタインが発表した一般相対性理論では、エネルギー時空曲率の間の関係を記述する重力場方程式アインシュタイン方程式)があった。この方程式が導き出す宇宙の未来は、星々の重力によって宇宙は収縮に転じ、やがて一点に潰れるというものだった。この解は、アインシュタイン自身やウィレム・ド・ジッターアレクサンドル・フリードマンジョルジュ・ルメートルらによって導かれた。当初アインシュタインは、宇宙は定常であると考えていたため自分が見つけた解に定数宇宙定数)を加えることで宇宙が定常になるように式に手直しを加えた。
  1929年エドウィン・ハッブルが、すべての銀河が遠ざかっている事を発見し、さらに距離が遠い銀河ほど遠ざかる速度が早いことを見出した(ハッブルの法則)。この観測結果から「膨張する宇宙」という概念が生じ、アインシュタインも「人生最大の誤り」と述べ重力場方程式から宇宙定数を外した

膨張の中心
  すべての天体を含む宇宙全体が膨張しているため、無数の銀河がほぼ一様に分布していて、その距離に比例した速度で遠ざかっている。そのため、いずれかの銀河から見たとしても、同じ速度に見える(膨張宇宙論)。「宇宙原理を採用すれば、宇宙には果てがない」と言うため、これを信じれば宇宙膨張の中心は存在しない。銀河の後退速度が光速に等しくなる距離は、宇宙論的固有距離において地球から約150億光年のところとなる。宇宙年齢に光速をかけた距離とこの距離が近似するのは偶然である。これはハッブルが発見したため、ここまでの距離はハッブル距離、あるいはハッブル半径と呼ばれるが、これは宇宙の地平面(宇宙の事象の地平面、あるいは粒子的地平面)ではない。光速を超えて遠ざかる天体は赤方偏移Z=1.6程度の天体と考えられるが、この値を超える天体はすでに1000個程度観測されている。
宇宙の誕生
  ビッグバン理論(ビッグバン仮説)では、宇宙の始まりはビッグバンと呼ばれる大爆発であったとされている。ハッブルの法則によると、地球から遠ざかる天体の速さは地球からの距離に比例している。そのため、逆に時間を遡れば、過去のある時点ではすべての天体は1点に集まっていた、つまり宇宙全体が非常に小さく高温・高密度の状態にあった、と推定される。このような初期宇宙のモデルは「ビッグバン・モデル」と呼ばれ、1940年代にジョージ・ガモフが物理学の理論へ纏め上げた
  ガモフはビッグバンの時に発せられた光がマイクロ波として観測されるはずと予言した。その後、1965年アーノ・ペンジアスロバート・W・ウィルソンによって、宇宙のあらゆる方角から放射される絶対温度3度の黒体放射に相当するマイクロ波(宇宙背景放射)が発見された。これは宇宙初期の高温な時代に放たれた熱放射の名残とみなされ、予言の正しさを裏付ける証拠とされた。

  ビッグバン・モデルの研究は進み、例えばその温度についてガモフは100億度程度と考えたが、後に1031度と試算されている。ビッグバン直後の宇宙には物資は存在せず、エネルギーのみが満ちた世界だったと考えられている。理論によると、物質の基礎になる素粒子は100万分の1秒が経過した頃に生じ、その時には温度が10兆度程度まで下がった。1万分の1秒後に温度は1兆度になり、陽子中性子が出来上がった宇宙は膨張しながらさらに冷え、3分後には水素・ヘリウム・リチウムなどの原子核や電子が生じ、温度は10億度になった。38万年が経過すると温度3800度程度になり、電子が原子核に囚われて原子となって、ビッグバンが起こった時に生じた光子が素粒子に邪魔されずに真っ直ぐ進めるようになった。これは「宇宙の晴れ上がり」と呼ばれ、この光が宇宙背景放射である。原子は電気的に中性で反発しないため、やがて重力で纏まり始めて、約1~1.5億年後にはファーストスターが、約9億年後には星や銀河を形成するようになった
  しかしその後、宇宙の地平線問題平坦性問題といった、初期の単純なビッグバン理論では説明できない問題が出てきた。これらを解決する理論として1980年代にインフレーション理論が提唱され、ビッグバン以前に急激な膨張(インフレーション)が起こった、とされるようになった。この理論では宇宙の真の誕生はビッグバンの前に無から生じ、急激な膨張(インフレーション)を経てからビッグバンが起こったという。インフレーション時に内包するエネルギーにはわずかなムラがあり、このムラが原子の集積を呼び込んだ事、またムラが一様だったため宇宙が平坦になったとしている。提唱当時のインフレーション理論には観測結果が伴っていなかったが、後に精密な宇宙背景放射の測定が理論と一致する事が判明し、信頼性が高まった
宇宙の未来(詳細は「宇宙の終焉」を参照)
  宇宙定数を取り除いたアインシュタイン方程式の解が示す宇宙の未来は、膨張がやがて収縮し、最終的に一点につぶれるビッグクランチと呼ばれるモデルであった。地球表面でボールを空に投げると高く上がるが、やがて勢いが無くなり落ちて来る。同様に、膨張の原動力である熱や光の放出の力が低下し、重力が優勢になると宇宙は膨張速度を落とし、収縮に転じる。ほとんどの科学者はこのモデルを支持していた
  ところが1998年に膨張速度を観測した2つのグループが、宇宙誕生後70億年頃から加速膨張が始まったと発表し、未来モデルは書き換えられた。宇宙を加速膨張させる原動力は謎のままダークエネルギーと名付けられ、将来的にこの量がどのように推移するかによって2つのモデルが作られた。ダークエネルギーの増加が続き膨張が加速され続けてやがて無限大になると、宇宙は素粒子レベルまでばらばらに引き裂かれて終焉を迎える。これはビッグリップと呼ばれる。ダークエネルギーによる膨張が無限大に達しなければ、宇宙は緩やかに膨張を続けながらも破綻しない可能性もある。
宇宙の歴史(詳細は「宇宙の年表」を参照)

宇宙の階層構造
  地球惑星のひとつであり、いくつかの惑星が太陽の周りを回っている太陽とその周りを回る惑星、その周りを回る衛星、そして準惑星小惑星彗星太陽系を構成している。
  太陽のように自ら光っている星を恒星という。恒星が集まって星団を形成し、恒星や星団が集まって銀河を形成している。銀河に含まれる恒星の数は、小さい銀河で1000万程度、巨大な銀河では100兆個に達するものもあると見られている
  銀河は単独で存在することもあるし、集団で存在することもある。銀河の集団は、銀河群銀河団と呼ばれる。それらがさらに集まったものは超銀河団と呼ばれる。さらに巨視的には、いくつもの超銀河団が壁状あるいは柱状に連なったようになっていて、これを銀河フィラメントと呼ぶ。壁状のものは特に銀河ウォールもしくはグレートウォール等とも呼ぶ。銀河ウォールや銀河フィラメントの周囲には銀河がほとんど存在しないような空虚な大空間が広がっていて、この空間を超空洞(ボイド)と呼ぶ。現在の科学で観測されうる最大の宇宙の構造がこの超空洞と銀河フィラメントの重層構造であり、これを宇宙の大規模構造と呼ぶ。この構造は面と空洞から成ることから「宇宙の泡構造」としてよく表現される。

  我々の住む銀河は、銀河系あるいは天の川銀河と呼ばれ、2000億~4000億個の恒星が存在している天の川銀河は直径10万光年ほどの大きさで、地球から見ると文字通り天の川となって見える。星座を形づくるような明るい星は地球の近傍にある星であり、ほとんどは数光年から千数百光年ほどの距離にある。
  天の川銀河の所属する銀河群は局部銀河群と呼ばれ、局部銀河群はおとめ座超銀河団の一員である。また、おとめ座超銀河団は、「うお座・くじら座超銀河団Complex」という名の長さ10億光年の銀河フィラメントの一部である。 なお、超銀河団の枠組みとしては、おとめ座超銀河団より大きな範囲となるラニアケア超銀河団を設定すべきとの考えもある。ラニアケア超銀河団の中心には、グレートアトラクターと呼ばれる巨大な重力源が存在し、おとめ座超銀河団も、それにより引きつけられている。ただし、宇宙膨張によって引き離される力のほうが大きいので近づいているわけではない。
  地球から観測可能な範囲(光が届く範囲)には、少なくとも1700億個の銀河が存在すると考えられている。

メガパーセク
  天文的な距離を表すのには光年がよく用いられるが、銀河団間の距離や宇宙の構造を取り扱う場合にはメガパーセク (Mpc) が使われることがある。1メガパーセクは326万光年。
  ・宇宙膨張を考慮した最大観測可能距離(共動距離):14000 Mpc  ・見かけ上の最大観測可能距離:4200 Mpc  ・各クエーサーまでの距離:600〜4000 Mpc  ・ヘルクレス座・かんむり座グレートウォールの大きさ:3000 Mpc  ・うお座・くじら座超銀河団Complexの全長:300 Mpc  ・シャプレー超銀河団までの距離:200 Mpc  ・かみのけ座銀河団までの距離:90 Mpc  ・グレートアトラクターまでの距離:68 Mpc  ・ケンタウルス座銀河団までの距離:48 Mpc  ・晴れ上がり時の宇宙の大きさ(観測可能宇宙の直径):25Mpc  ・おとめ座銀河団までの平均距離:20 Mpc  ・アンドロメダ銀河までの距離:0.7 Mpc  ・銀河系の直径:0.03 Mpc  ・ハッブル定数:67 km/s/Mpc
解説
おとめ座超銀河団の隣の超銀河団は、うみへび座ケンタウルス座超銀河団であるが、両者は非常に近い関係にある。
クエーサーは、天体の中でも最も明るいものであるが、宇宙が若い頃(20億〜30億歳の頃)に多く形成された天体であるため、遠くに見えている。(遠くの天体は過去の事象が見えている)
  ・ヘルクレス座かんむり座グレートウォールは、今までに観測された中で最も大きな宇宙の大規模構造
  ・かみのけ座銀河団を核とするかみのけ座超銀河団も、おとめ座超銀河団の隣の超銀河団であるが、所属するフィラメントは異なる。かみのけ座超銀河団   ・はかみのけ座ウォールの中心部である。
  ・ハッブルの法則をおとめ座銀河団に当てはめてみると、20Mpc x 67km/s/Mpc = 1340km/s となり、おとめ座銀河団は、1340km/sという速度で、我々から遠ざかっている。ここから、おとめ座銀河団の重力による銀河系がおとめ座方向へ近づく速度 185km/sを引くことにより、実際の相対速度1155km/sが導かれる。
  ・シャプレー超銀河団は、ラニアケア超銀河団の隣の超銀河団
人類の宇宙観
  人類の宇宙観は、ここ百年ほどの間で大きく進展してきた。学問的には、静的な宇宙観から動的な宇宙観へと移行し、科学技術的には、人類は有人宇宙飛行を実現し、地球以外の天体である月に降り立ち、国際宇宙ステーションも建造した。宇宙に関するSFや映画などの創作物も啓蒙的な意義を持っていた。
宇宙人および地球外生命体
  星に人が住んでるという着想は古来より見られる。日本最古の物語とされる竹取物語においても、かぐや姫は月の住人であり、ローマ帝国時代の作家の作品には太陽の住人や金星の住人の話が出てくるという。 文化の大衆化が進んだ近現代においては、UFOの目撃情報等がまことしやかに流れ、宇宙人の存在は観測されていないものの十分に科学的か現実的な考えである。 また一方で、宇宙人から地球人へのコンタクトがなされた形跡やその証拠がないものも事実であり、これを論理的矛盾と見ることも出来る。この問題をフェルミのパラドックスと呼ぶ。


KAGRA(かぐら)
出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』


LCGT(英: Large-scale Cryogenic Gravitational wave Telescope、愛称かぐら (KAGRA))は、日本が建設中の重力波望遠鏡である岐阜県の神岡鉱山内にスーパーカミオカンデやカムランド、XMASSと同じ地下に建設され、レーザー干渉計の基線長は3,000mである。特徴は低い地面振動、長い基線長、鏡の冷却である。平成22年度「最先端研究基盤事業」(文部科学省)に選定されている。愛称は、神岡の「KA」と重力波 (Gravitational wave) の「GRA」を合わせている

概要
  アルベルト・アインシュタインが提唱した重力波を観測で捉えようとする試みの中で、現在はレーザー干渉計を用いる手法が主流となっている。日本では、1999年に基線長300mのTAMA300が稼動を始めたが、これは天の川銀河内で中性子星が衝突した場合に生じる重力波を捉える感度しか持たず、その確率は数十万年に1度程度と考えられる。そのため、東京大学宇宙線研究所 (Institute for Cosmic Ray Research (ICRR)) の重力波グループが中心となって高い感度を持つ観測装置が構想された。

  重力波による空間の伸び縮みを測定するレーザー干渉計では、ノイズを除く事が重要になる。新しい設備は、7億光年の範囲で起こる中性子星衝突を感知できるよう構想され、そのために地面振動の影響が少ない神岡鉱山が選ばれた。さらに高さ14mの振り子構造を持たせて外部振動の影響を減らした反射鏡を、による分子レベルの運動を極力除くために約-253℃まで冷却する装置を4つ連結させる。このような改良によってKAGRAは稼動から1年以内に重力波を観測できると期待されている
   KAGRAは2014年3月末に総延長7kmを越えるトンネル掘削工事が完成した
   2016年3月-4月と2018年4月-5月には稼働実験を実施、本格観測は2019年後半に始める予定

  KAGRAは世界最高精度の重力波望遠鏡となる。現在世界では、アメリカLIGOイタリアVIRGOがそれぞれ Advanced LIGO と Advanced VIRGO 計画で観測精度をKAGRAと同等に引き上げる改良を進めている。2016年2月には、LIGOグループは、ブラックホール連星からの重力波をはじめて捉えることに成功した、と発表した。しかし、レーザー干渉計による測定では、少なくとも3台以上の干渉計の同時観測がないと、どの位置から重力波が来たのかは特定できない。これら複数の設備が協調すれば、到達時間の差から重力波源天体の方向を割り出すことができる
  2018年8月21日サファイア製のレーザー反射鏡が4基全て完成し、報道陣に公開された。現在、2019年中の最終構成での観測開始を目指して準備が進められている。








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