第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 1 ある恒星の年周視差を精密に計測したところ、0.1秒角であった。この恒星に直径30AU（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。 ② 年周視差が0.1秒角であったことから、この恒星での1AUを地上から見込む角度は0.1秒角となる。したがって、30AUの惑星系は30×0.1＝3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= 1 [AU]、つまりD = 1÷(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 = 30AU、θ= 0.1秒角だから、φ＝3秒角となる。 ① 2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、1216Å×（1＋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。 ③ 「ボイジャー1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、2012年7月4日時点で120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2号」は2012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。 ①33秒角 ②3秒角 ③0.3秒角 ④30秒角 2 次の図は赤方偏移3付近の銀河のスペクトルである。この銀河を U，G，Rの3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。 ①U－Gが大きく正の値、かつ、G－Rが0等程度 ②U－Gが大きく負の値、かつ、G－Rが0等程度 ③U－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 3 1976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1号」は、現在太陽圏を脱出しつつあると考えられている。2012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。 ①1兆8000億km ②1800億km ③180億km ④18億km 1 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 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、 ②と③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/(c2 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1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。 ② 水星の太陽面通過は、1822年に渋川景佑と間重新が、1832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、1607年、1682年、1759年、1835年に観測されている。海王星が発見された1846年は幕末であったが、日本での観測記録はない。 ① 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17光時（ブラックホール半径の1400 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３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。 ③ 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。 ①水星の太陽面通過 ②海王星 ③太陽黒点 ④ハレー彗星 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、4.3× 106M◉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。 ①ブラックホール周辺の恒星の運動 ②重力レンズ効果による背景の星像の歪み ③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 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。 ①火星 ②月 ③流れ星 ④金星参考：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）。 2 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 8 太陽のコロナは100万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。 ② 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100万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、100万Ｋのコロナの存在を示すものではない。 ② 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12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。 ③ ①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。 ②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。 ③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、3つの星座が同時に登場する見方はされない。 ①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） ②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） ③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 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１つ選べ。 ①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 ②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 ③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 10 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、1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。 ①ヘルクレス座、うみへび座、かに座 ②アンドロメダ座、ペガスス座、ケフェウス座 ③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 3 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 11 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。 ② ①「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。③「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。③④ともに渋川春海の考究によるもの。①③④のいずれも作中に登場する。②「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18世紀と言われている。写真のものは 19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。 12 K2V型とG0V型の２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①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。K2V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K2V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。 13 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。 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（1L=約1000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。 ①キセノンは，イオン化しやすい気体で、また１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 ②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 ③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 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 14 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。 ② 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 0.1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0.2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2乗と温度の4 乗の積に比例するためである。 ③ 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(NGC5139)はケンタウルス座にある最大の球状星団である。 ③ 恒星サイズとして太陽程度の星（直径150×104ｋｍ）、恒星間距離として5光年（＝150×1012ｋｍ）を考えると「恒星間距離／恒星サイズ」＝108。これに対し銀河サイズ（20万光年）、銀河間距離（200万光年）と考えると「銀河間距離／銀河サイズ」＝10。したがって両者の比は107＝1000万倍違う。 ①星が最も小さく収縮した時が最も明るい ②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 ③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 15 次の図は天の川に沿って３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。 ©NASA ①オメガ星団 ②銀河中心 ③ほ座超新星残骸 ④アンドロメダ銀河 16 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。 ①1000倍 ②10万倍 ③1000万倍 ④10億倍 5 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 17 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を導入した理由はなんであったか。 ④ 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。 ① 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=1とする）と表すなら、宇宙初期では、（X, Y, Z）≒(0.76, 0.24, 0.00) と予測される。一方、現在の銀河系のディスクでは、(0.71, 0.27, 0.02）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。 ④ 超新星爆発にはI型とII型の2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10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1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。 ② 藤原定家の日記である『明月記』には1054年の超新星（かに星雲）についての記載があるが、『明月記』は1180年（18歳）から1235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1006年のおおかみ座超新星や1181 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2世紀、中国のものである。 ② 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、2011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1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。 ①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 ②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 ③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 18 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。 ①ヘリウム ②炭素 ③窒素 ④酸素 19 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 1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1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。 ①放射性元素の放射性崩壊 ②衝撃波による加熱 ③星周物質との衝突 ④核融合反応 20 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。 ①185年、ケンタウルス座に出現、『後漢書』に記述あり ②1054年、おうし座に出現、藤原定家により観測される ③1572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 ④1604年、へびつかい座に出現、ケプラーにより観測される 21 2012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、1つも運営されていないのは次のうちどれか。 ①佐賀県 ②高知県 ③秋田県 ④山梨県 6 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 22 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 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1/100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 10-6以下の星は見つかっていない。その理由としては、(1)金属量が太陽の10-6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、(2)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。 ① 半径100m、表面重力を10ｇとすると、質量は約15 兆ｔになる。密度は、1ｃｍ3あたり、約3.5ｔ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、1cm3あたり、約10億ｔ。 ① 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。 ①金属量が太陽の1/10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1/10となるあたりで変わっているためである ②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 ③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10-6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 23 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 100m程度しかなさそうだが、表面重力は地球の10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。 ①白色矮星 ②中性子星 ③マグネター ④クォーク星 24 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。 ①カタリーナ ②ビアンカ ③オフィーリア ④ジュリエット 7 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 25 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。 ③ ニュートン重力の元での2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１世紀あたり約43秒角ととても小さな効果であるので、②のように楕円の方向が大きく変化するわけではない。 26 静止衛星は地球の周りを周期約1日で公転するが、月は約27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。 ① 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 3/P 2 = 一定　が成り立つので、これを利用する。 ①9倍 ②27倍 ③90倍 ④140倍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 42164km (地球半径6378km＋地上からの高度 35786km)の円軌道であり、軌道周期は23時間56分である。月の平均公転半径は384400kmであるので、月の軌道半径は静止衛星の軌道半径の9.12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 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 27 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。 ③ 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。 ② 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2MASS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 ①図中の矢印aの位置付近 ②図中の矢印bの位置付近 ③図中の矢印cの位置付近 ④この図中にはない 28 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。 ①等級で表した色指数 B-V ②オングストロームで表したスペクトル線の等価幅 ③角度で表した年間の固有運動 ④km/sで表した視線速度 29 次の図は2MASS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。 ©NASA ①大部分が太陽ぐらいの質量の星 ②大部分が太陽よりも質量が小さな星 ③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 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 30 イギリスの天文学者エドモンド・ハレー(1656-1742)の業績でないものはどれか。 ① 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２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。 ① 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3次元＋1次元）なのか、という問題は解決されていない。 ① 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。 ③ 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、③が正解。 ①金星の太陽面通過を観測して、１天文単位を高い精度で決定した ②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 ③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 31 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。 ①時空の次元問題 ②宇宙の地平線問題 ③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 32 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。 ①0.5 ②1 ③2 ④この図だけではわからない 33 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。 ①大気 ②地球の重力 ③地球の自転 ④太陽光 10 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答解説 34 「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。 ② 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。 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。 ② 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30～40億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。 ① 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。 ① 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、①が正解。 ①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 ②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 ③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 35 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。 ①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 ②高温で電離した水素ガスが、再結合線を放射している ③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 36 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。 ①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 ②太陽が白色矮星になる ③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 37 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。 ①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 ②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 ③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 38 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。 ①0.1μmかそれ以下 ②1μm程度 ③1ｍｍ程度 ④1ｃｍ程度 11 第2回天文宇宙検定　1級問題・解答 No. 問題正答 39 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2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 Me、地球の半径を Reとする。 ② 解説探査機の質量をmとすれば、地表で運動エネルギー(m (v2)2)/2、位置エネルギー - GMe m/Re 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 (v2)2 GMe m − =0 2 Re これを v2 について解けば、 v2 = 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。 ①アルミニウム合金 ②チタン ③プラスチック ④ステンレス 12 ③ 2GMe Re 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。