第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題正答解説 1 超新星にはいくつかの型があるが、極大時の光度がほぼ一定であることから銀河の距離の指標に使われ、宇宙論の研究上でも重要な超新星の型は以下のうちのどれか。 ① Ia型超新星は、白色矮星にガスが積もることで質量が「チャンドラセカール限界」に達すると起こる爆発現象である。この限界質量が存在するため、生み出されるエネルギーは、どの超新星もほぼ一定の値をとると考えられている。それ以外の型は、全て大質量星が進化の最期に起こす重力崩壊型の超新星である。重力崩壊型超新星の場合、親星の質量や性質にばらつきがあり、光度はIa型ほどには一定値にならない。 ③ シリウスのふらつき運動から、シリウスに伴星が存在することを1944年にベッセルが推測し、クラークが1862年に伴星を発見した。アダムスによる1915年のスペクトル観測から、シリウス主星と伴星の表面温度がほぼ同じであることがわかり、それらの結果、太陽と同じくらいの質量がありながら、半径は100分の１くらいしかない天体が存在することが判明し、白色矮星と名付けられた。1920年代にエディントンやファウラーによって、このような高密度天体の理論的研究が進められ、最終的にチャンドラセカールが白色矮星の内部構造を理論的に解明した。なお、中性子星の限界質量が太陽質量の2～3倍くらいになると考えられている。 ③ 情報が伝わる速度は光速度c を超えることができないので、サイズがR の天体の明るさは、R /c より早く変化できない。ミリ秒で時間変動するなら、そのサイズはミリ秒×光速度ぐらいとなり（上限）、300kmぐらいである。はくちょう座X1のブラックホールは10太陽質量程度なので、その10倍ほどになる。 ③ この広い宇宙の中で、生命が育まれる“第2の地球”は存在しないのだろうか？　系外惑星の調査が最近盛んである。これまでに確定された系外惑星総数は1779個に及ぶ（2014年3月現在）。そのうち715個は、2009年から2011年にかけて行ったアメリカ/NASAの系外惑星探査衛星「ケプラー」の初期観測データにより確認された。今後も観測が続けられれば、さらに多くの系外惑星が発見され、“第2の地球”も特定されるかもしれない。 ①Ia型 ②Ib型 ③IIp型 ④IIn型 2 電子の縮退圧で支えられている白色矮星には、質量の上限（限界質量）が存在する。その限界質量の記述として正しいものはどれか。 ①エディントン質量は約1.44太陽質量になる ②エディントン質量は2～3太陽質量ぐらいである ③チャンドラセカール質量は約1.44太陽質量になる ④チャンドラセカール質量は2～3太陽質量ぐらいである 3 図は、はくちょう座X-1のX線光度曲線である。X線の時間変動がミリ秒で起こるとすると、X線変動を起こしている領域の広がりはどれぐらいになるか。 ①3 km ②30 km ③300 km ④3000 km 4 系外惑星とは、太陽以外の恒星を周回している天体のことを指す。「ホットジュピター」（灼熱の、木星の半分程度の惑星）や「スーパーアース」（地球の数倍程度の惑星）など、様々な形態の系外惑星が見つかっている。これまでに確認された系外惑星の数として最も近いものはどれか。 ①10個 ②100個 ③1000個 ④10000個 1 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題正答解説 5 月のクレーターには、日本人の名前が付けられているものがあり、日本人の科学者、数学者の名前も見られる。では、次の日本人天文学者の中で、月のクレーター名に付けられていないのは誰か。 ② ①の木村栄（1870-1943）は、Z項を発見した人で、クレーター「キムラ」がある。 ③は平山信（1867-1945）と平山清次（1874-1943）という、小惑星の研究で知られた2人にちなんだクレーター「ヒラヤマ」がある。 ④の山本一清（1889-1959）は元京都帝国大学教授、東亜天文学会を創設した人物で、クレーター「ヤマモト」がある。 ②の寺尾寿（1855-1923）は初代東京天文台長であるが、クレーターの名前にはなっていない。天文学者にちなんだクレーター名としては、他には、江戸時代の天文学者麻田剛立にちなんだクレーター「アサダ」などもある。 ② ブラックホールや中性子星連星の合体で発生する重力波を直接とらえようとする重力波干渉計は、基線長が数kmを要する大きなレーザー干渉計である。微弱な重力波をとらえるためには、少しでもノイズを下げる必要がある。ノイズの原因のひとつは、数Hz帯の地面振動である。山の中（地下）に干渉計をつくった第一の理由は地面振動が少ないことだ。①のニュートリノは重力波観測にはまったく影響しない。また、KAGRAは全体を低温にして装置の熱雑音を抑える工夫もする。したがって、地下にあることで温度調整をするわけではない。 ① 英語のアルファベットは、そもそもギリシャ語のアルファとベータからきている。ギリシャ語のアルファベット24字（異体字を入れるともう少し多い）は、星の名前（バイエル符号）だけでなく、様々な変数で用いられる。小文字だけでも、ぜひ、スラスラと書けるようになってほしい。 ③ 星間ガスの相は、温度や密度の状態によって、非常に希薄で約100万Kの温度をもつ高温ガス（コロナルガス）、温度が 1万K前後の中性水素ガス、同じく温度は1万K程度だが電離している電離水素領域・HII 領域、温度が100Kぐらいでやや密度が高くなった星間雲、そして10Kぐらいで星間ガスとしては比較的密度が高い分子雲、などに分けられる。 ③ 条件より、曲げられる角度は、 δ ＝2×3/700000＝0.000008571ラジアン＝（180/π を掛けて）＝0.0004911°＝（3600を掛けて）＝1.768秒角 ①木村栄 ②寺尾寿 ③平山信 ④山本一清 6 2014年6月、日本が岐阜県に建設している重力波干渉計KAGRA （かぐら）のトンネルが貫通し、マスコミに公開された。KAGRAは、一辺が３kmもあるレーザー干渉計だが、岐阜県神岡鉱山跡の山中にわざわざ建設した理由は何か。 ①近くにはスーパーカミオカンデというニュートリノ観測装置があり、実験装置の調整にニュートリノを使うから ②山の中だと地面の振動が少なく、干渉計装置のゆれを押さえることができるから ③山の中だと温度調整が少なくて済むので、レーザー光源のメンテナンスに都合がよいから ④強力なレーザー光の発生や、真空ポンプの稼働で、騒音が激しいから 7 ギリシャ語のμ はどう読むか。 ①ミュー ②ニュー ③ミクロン ④エータ 8 星間ガスの諸相について、電離水素領域は図のどこにあたるか。 ①ア ②イ ③ウ ④エ 9 質量M の天体の重力場によって光線が曲げられるとき、天体のシュバルツシルト半径をr g 、光線が最も天体に近づく距離をa とすると、弱い重力場近似における曲げられる角度δ は、δ ＝2 r g /a ［ラジアン］となる。太陽の縁をかすめる光線が曲げられる角度を秒角で表すと、どの値になるか。なお、太陽のシュバルツシルト半径を3 km、太陽半径を70万kmとせよ。 ①1.55秒角 ②1.61秒角 ③1.77秒角 ④1.98秒角 2 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題 10 銀河系中心のいて座Aまでの距離はおよそ8.1kpcであり、波長 90cmの電波で見ると、そのサイズは約42pcである。このときの「いて座A」の見かけの大きさは、満月のみかけの直径に比べてどの程度になるか。正答解説 ③ 以下の図を参照されたい。満月の見かけの大きさは、約 0.5°であるが、いて座A のサイズはこれよりも若干小さい様子がわかる。距離と大きさの比より視角度を計算して求め月のサイズと比較しても良いが、私たちの住む銀河系の中心領域についての知識として覚えておいてほしい。夏の天の川（いて座方向）を見る際には、可視光線で見た銀河系中心の姿に重ねて、電波で観た銀河系中心の構造を想像してもらいたい。 ①満月の１/10000倍くらいの大きさである ②満月の１/100倍くらいの大きさである ③ほぼ同じくらいの大きさとなる ④満月の10倍くらいに広がっている『超・宇宙を解く』P.195、図４４.１より 11 地球上において、地上に光源をおき、高さH のところで光源からの光の波長を測定すると、光の波長は重力赤方偏移を示す（波長が長い方にシフトする）。この重力赤方偏移を測定する際に、以下のどの効果が利用されるか。 ① 「メスバウアー効果」とは、結晶体状のガンマ線放射線源とその吸収体の間に発生する共鳴吸収現象である。放射線源と吸収体の間に相対的な運動があると、ドップラー効果により波長が変化するが、たとえわずかな相対運動であっても、この共鳴吸収現象は発生しなくなる。この性質を利用して、重力赤方偏移の検出が可能である。たとえば、地上から高さH に向かう電磁波の波長が伸びる程度を、吸収体を下向きに運動させることで吸収するのである。吸収体の速度を測定することで、重力による赤方偏移を精度よく検出することができる。メスバウアー効果は、横ドップラー効果の測定にも利用される。「ゼーマン効果」は、原子から放出される電磁波スペクトルにおいて、磁場がないときには単一波長であったスペクトル線が、磁場が存在する場合には複数のスペクトル線に分裂するという現象である。「トンネル効果」は、粒子が量子力学的な効果で、ポテンシャル障壁を乗り越える現象である。「サニャック効果」は、回転座標系の下で、移動経路および移動方向に依存する形で生じる時間のずれを指す。この時間のずれとは、相対論的な固有時のずれ（時間の遅れ）に相当する。 ③ 望遠鏡の角度分解能は観測する光の波長をλ 、望遠鏡口径をD とすると、λ /D に比例する。したがって、口径D を大きくすると分解できる角度は小さくなるが、波長λ が長くなると逆に角度は大きくなる。すばる望遠鏡とALMAの口径の比は（18.5 km)/(8 m) ~ 2300 だが、すばる望遠鏡は波長約 5.5×10－9 m の可視光を、ALMAは波長約1e －4m のサブミリ波（電波）を観測するため、この波長の違いによって ALMAの角度分解能はすばる望遠鏡の10倍程度になる。 ③ 金星には固有の磁場が存在せず、電離層は太陽風に直接さらされている。ただし、（惑星固有の磁場はないものの）不定形のオーロラが発生する。水星には固有の磁場が存在する。ただし、大気が無いので電離層がつくられることはなく、その意味で磁気圏と電離層の相互作用は存在しない。木星や土星には、ハッブル望遠鏡により明瞭なオーロラが観測されている。天王星や海王星でもオーロラは観測されるが、磁場の中心が惑星中心から離れており、磁場の軸自体も自転軸から大きく傾いているので、地球や木星のような姿とは異なっている。 ①メスバウアー効果 ②ゼーマン効果 ③トンネル効果 ④サニャック効果 12 電波望遠鏡「ALMA」では複数の望遠鏡を組み合わせて、口径18.5 kmの巨大な望遠鏡として使用する。しかし、実際にはALMAの角度分解能は口径8mの「すばる望遠鏡」よりも10倍程度上がるだけである。この理由として最も適切なものを選べ。 ①地球大気の影響で星の像がゆらぐため ②角度分解能には理論上の限界が存在するため ③すばる望遠鏡とALMAとでは観測する電磁波の波長が異なるため ④すばる望遠鏡では補償光学システムを用いることで限界以上に角度分解能が上がっているため 13 惑星磁気圏に関する以下の文のうち、正しいものを選べ。 ①金星は地球と同程度の規模の磁気圏をもち、オーロラも発生する ②水星には固有の磁場は存在せず、磁気圏と電離層の相互作用というものは生じない ③天王星の磁場はボイジャー2号によって確認されており、強さは地球と同程度である ④木星や土星も大きな磁気圏をもつが、オーロラが観測されているのは木星のみである 3 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題 14 ロッシュポテンシャルにおいて、ラグランジュ点は何個存在するか。正答解説 ③ ラグランジュ点とは、ロッシュポテンシャルにおいて、ポテンシャルの極値となる点であり、力が0となる点である。連星を結ぶ線上に、連星の間に1個、連星の外側にそれぞれ1 個の合計3個、それに、連星の軌道面内で、連星と正三角形をつくる位置に2ヵ所存在する。したがって、合計5個存在する。 ③ 太陽の見えている本体を光球（図のA）と呼ぶ。光球の外側の上空へ向けて温度が増加する領域が彩層（図のB）である。彩層上層で、コロナ（図のD）へ向けて急激に温度が上昇する領域が遷移層（図のC）である。 ③ アーサー・Ｃ・クラーク作の①は1979年。チャールズ・シェフィールド作の②は1979年で、奇しくも独立して同じ題材を扱ったSFがほぼ同時期に出版された。キム・スタンリー・ロビンソン作の④は1992年で、クライマックスで火星の宇宙エレベータがテロで倒壊する場面を描く。小松左京作の③は 1966年。アルツターノフによる軌道エレベータの実証的考察が1959年であり、欧米での軌道エレベータに関する情報普及が1975年のピアソン以降であることを考えると、既にこの時期に宇宙エレベータ（軌道エレベータ）を登場させていた小松の先見性は驚異的である。 ④ IKAROS（イカロス）は小型ソーラー電力セイル実証機であり、全てのミッションを完了した後、現在も太陽のまわりを公転し、運用が続けられている。IKAROSは、宇宙空間でのセイルの展開やソーラーセイルによる加速、航行技術の獲得など、世界初の挑戦を見事に成功させた。今後の後継機が期待されている。 ③ 地球史において、生物の大量絶滅が何回か記録されているが、中でも規模の大きな５つを５大絶滅と呼ぶ。オルドビス紀末（4億4400万年前、85％絶滅）、デボン紀末（3億7400 万年前、82％絶滅）、ペルム紀末（2億5100万年前、96％絶滅）、三畳紀末（1億9900万年前、76％絶滅）、白亜紀末（6500万年前、70％絶滅）である。 ①1個 ②3個 ③5個 ④7個 15 図は太陽表層の温度分布と密度分布を示したものである。図のC の領域を何と呼ぶか。 ①彩層 ②変位層 ③遷移層 ④境界層 16 次のSF作品には、いずれも宇宙エレベータが登場する。このうち最も早く宇宙エレベータを登場させた作品はどれか。 ①楽園の泉 ②星々に架ける橋 ③果しなき流れの果に ④レッド・マーズ 17 2010年5月に日本が打ち上げたIKAROS（イカロス）は世界初の宇宙帆船である。その概要について間違っているものはどれか。 ①太陽の光の力（太陽輻射圧）を利用して進む ②セイル（帆）は14 m四方の正方形である ③薄膜太陽電池をセイル（帆）に貼り付け発電する ④2014年7月現在運用は終了している 18 小惑星の衝突は、生物の大量絶滅の原因になったという説がある。実際の大量絶滅ではプルームの活動など他の要因も大きいと考えられるが、次の大量絶滅の中で最も絶滅した生物種の割合が大きいのはどれか。 ①オルドビス紀末 ②デボン紀末 ③ペルム紀末 ④白亜紀末 4 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題正答解説 19 太陽のまわりをある天体が離心率e の楕円軌道で運動している。近日点における公転速度v 1と遠日点における公転速度v 2にはどんな関係が成り立つか。 ② ケプラーの第2法則により、面積速度は一定である。近日点距離をr 1、遠日点距離をr 2 とすると、面積速度は一定であるから、1/2 r 1v 1＝1/2 r 2v 2 が成り立つ。また、r 1、r 2 は、軌道長半径をa とすれば、それぞれr 1＝ a (1−e )、r 2＝ a （1 ＋e ）で与えられる。したがって、これらの関係から②が正解であることがわかる。 20 系外惑星の探査方法として利用できない方法はどれか。 ③ ①は、ドップラー効果を利用したもので、恒星のまわりを公転する惑星の重力によって、恒星がふらつく様子を観測する方法（ドップラー法）。②は、恒星の手前を惑星が通過することで、恒星の明るさが減光される様子を観測する方法（トランジット法）。④は、遠方の天体の手前を、惑星系が横切る際に生じる重力レンズ効果による増光の様子を調べる方法（重力レンズ法）。恒星が惑星を伴っている場合には、明るくなるときと暗くなるときで、明るさの変化の仕方が時間的に非対称になる。③は、セファイド変光星の絶対光度を推定するのに利用される。 ① 視線速度v は、銀河中心からの距離をR 、そこでの銀河回転角速度をω （R ）、太陽の銀河中心からの距離をR 0、太陽の銀河回転角速度をω 0とすると、v = {ω (R ) − ω 0} R 0 sinl で与えられる。銀河系は内側ほど回転角速度が大きい差動回転をしており、銀経l が第1象限（0°＜ l ＜ 90°）の場合、太陽軌道の内側（R ＜R 0）では視線速度は正（v ＞ 0）、太陽軌道の外側（R ＞R 0）では視線速度は負（v ＜ 0) となる。l ＝40°は第1象限であるから、B、C、D はいずれも太陽軌道の内側にあり、Aだけが太陽軌道の外側にある。したがって、太陽から最も遠いのはAとなる。なお、B、 C、D の電波を出すガスの位置は視線上に手前と遠方の 2ヶ所に存在するため（距離の不確定性）、この3 つの距離の大小関係は、このデータからは決まらない変化を表す。 ③ 渋川春海は、1798年に『天文瓊統』という本を著し、その中に「天文成象図」として、オリジナルの星座を加えた星図を発表している。翌年には、この本の星図だけを抜き出して、長男の渋川昔尹の名義で『天文成象』を出版している。　① と④は、それ以前の渋川春海の星図で、①は1677年、④は 1670年の刊行。両者とも描かれているのは中国星座だけである。②の『天文図解』は、1688年に井口常範が表した天文書で、渋川春海とは関係がない。 ④ 国際宇宙ステーションの軌道高度は約400kmで、その高度での気圧は大体10－5[kPa]程度と言われている。地上での気圧は1気圧で約100[kPa]。よって、高度400kmで既に地上気圧の10－7倍。高度1000kmではさらに圧力が格段に低くなり、真空度が増す。 ①視線速度の周期的変化を測定する方法 ②光度曲線における周期的な減光を測定する方法 ③周期光度関係を利用する方法 ④重力レンズ効果による増光を調べる方法 21 図は、銀河面内の銀経l ＝40°方向を、水素の21cm線の電波輝線で観測した結果得られた電波強度分布図である。横軸には視線速度v を、縦軸には電波強度をアンテナ温度 I で示してある。図中の矢印で示したA、B、C、Dの４つの視線速度の電波を発する星間ガスのうち、太陽からの距離が最も遠いものはどれか。 ①A ②B ③C ④D 22 江戸時代の天文学者渋川春海は、当時日本で使われていた中国星座に加えて、自ら61の星座をつくって追加した。その成果は、オリジナルの星図として発表されている。では、その星図のタイトルは何か。 ①「天文分野之図」 ②「天文図解」 ③「天文成象」 ④「天象列次之図」 23 地球において、高度1000kmを宇宙空間のはじまりとすると、そこでの気圧は地上（高度0 m）と比べてどれくらいだろうか。最も近いものを選べ。 ①10－3倍 ②10－5倍 ③10－7倍 ④10－9倍 5 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題 24 2013年12月、中国の嫦娥３号が月面に軟着陸をした。これで中国はアメリカ、ソ連（現ロシア）に次いで月面に探査機を送り込んだ３番目の国になった。さて、この月面着陸は何年ぶりのことだろうか。正答解説 ③ 1976年8月にソ連の打ち上げた無人月面探査機ルナ24号が月面に着陸して、月の土を地球に持ち帰った。ソ連のルナ計画はこれで終了した。 ④ トムソン散乱は自由電子による光子の弾性散乱で、光子の運動方向は変わるが、光子のエネルギーは変化しない。めったに見ることはできないが、皆既日食中に見られる乳白色の太陽コロナは、高温コロナ中の自由電子が太陽光をトムソン散乱したものである。ミー散乱は塵など比較的サイズの大きな微粒子による光子の散乱で、あらゆる波長の光をほぼ均等に散乱する。朝焼けや特に、夕焼け時の地平線方向が黄色っぽく見えるのが、ミー散乱によるものである。黄砂による散乱もミー散乱になる。レイリー散乱は、空気分子など光の波長よりも小さな粒子による散乱で、青い光がより強く散乱される。青空の色がレイリー散乱の結果である。コンプトン散乱は光子による電子の非弾性散乱で、光子の運動量だけでなくエネルギーも変化する。自然現象で人間が直接に見ることはまずない。 ② ビッグバン以前の宇宙は、真空から宇宙が急激に膨張するインフレーション期だったと、現代宇宙論研究者の多くは考えている。インフレーションとは、光速以上の速さで時空自体が膨張する時期を指す。素粒子理論では、真空状態は、正と負のエネルギーが絡み合い、粒子の生成・消滅が絶え間なく生じる空間である。水を沸騰させると泡が多数生じるように、我々の宇宙のはじまりも真空中に生じた１つの泡であり（この泡の生じる現象が相転移と言われる）、その泡が大きく成長したものと考えられている。泡は多数生じていたはずであり、したがって我々の宇宙以外にも、宇宙が多数存在することになる。それぞれの宇宙は互いに繫がっていないから証明できない理論だが、１つの宇宙（ユニバース）ではなく、多重宇宙（マルチバース）が存在するという考えは、物理学ではごく自然な論理的帰結である。 ①14年 ②25年 ③37年 ④41年 25 自然界にはいろいろな原因で光が散乱される現象がある。以下のうち、自然現象の中で肉眼で見ることができない散乱はどれか。 ①トムソン散乱 ②ミー散乱 ③レイリー散乱 ④コンプトン散乱 26 インフレーション宇宙モデルによると、我々の宇宙だけではなく、他にも宇宙が存在する可能性がある。このような多重宇宙論が導かれる根拠は何か。 ①インフレーション期は、光速以上の速度で膨張するので、同じ宇宙でも見えない場所があるから ②インフレーションは、真空の相転移で宇宙が生じたとするので、他にも無数に宇宙が生じる可能性があるから ③インフレーション膨張は、宇宙を一様で等方なものにするが、現在の宇宙は非一様で非等方だから ④我々の宇宙は、物質と反物質の割合がわずかに異なっていたため物質宇宙になったが、逆の可能性もあるから 6 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題正答解説 27 主系列星の質量光度関係を表す図はどれか。なお、横軸は太陽の質量を１としたときの恒星の質量を、縦軸は太陽の光度を１としたときの恒星の光度を、いずれも対数スケールで示してある。 ④ 主系列星の質量光度関係は、光度が質量の3～4乗に比例するという関係である。したがって、図では右上がりのほぼ直線的な分布図となり、①と③は不正解であることがわかる。②と④はかなり傾向が似ているが、②は質量が10近辺でほぼ垂直に、質量が0.1近辺でも傾きが大きくなっており、曲線的に変化している。これに対して、④は質量が1より大きいときと小さいときで傾きは少し異なるが、ほぼ直線的に分布しており、この④が実際のデータから作成した質量光度関係である。なお、①は、横軸に色指数から太陽の色指数を引いた値（B −V −0.65）を、縦軸に光度をとってプロットした主系列星の分布（HR図での主系列星の分布）である。主系列星の色指数も質量と密接な関係があるため、よく似た分布を示すが、その分布の形状は少し異なる。②は、① の左右を入れ替えたもの、③は④の左右を入れ替えたものである。 28 イギリスの天文学者、ウィリアム・ハーシェルの４つの業績を、年代順に古いものから並べよ。 A. 赤外線放射の発見 B. 天王星の発見 C. 天の川を構成する星々が円盤状に分布する説を提唱 D. 土星の衛星エンケラドスの発見 ② 赤外線の発見は1800年、天王星の発見は1781年、天の川を構成する星々が円盤状に分布する説を提唱した論文を発表したのは1785年、土星の衛星エンケラドスを発見したのは1789年である。 ④ 銀河系は進化とともに金属量が増えていく。したがって、金属の含有量が少ない星は、銀河系の初期を知るうえで重要な天体である。しかし、このような星を多くの星の中から見つけ出すこと自体、大変な労力を要する。この星は6000 光年の距離にある星であるが、観測によると鉄の含有量の上限は太陽の1/1000万以下と見積もられている。推定年齢は約136億歳である。 ② 星１（レグルス）と星２（ベガ）の吸収線の位置がよく一致しているが、これらは水素のバルマー線である。水素のバルマー線はF型からA型で顕著になるが、星２のピークが 430nm付近に位置し、星１（レグルス）の連続スペクトルのピークが星２（ベガ）のピークより短波長側に位置することなどから、星２（ベガ）はA型だと判断される。太陽は、表面温度が6000K程度で、スペクトルのピークは600nm付近にある。星３（アンタレス）はピークが長波長域に位置し、分子による吸収帯（バンド）も見られる低温度のM型である。 ①A→B→D→C ②B→C→D→A ③A→C→B→D ④B→A→D→C 29 2014年2月、銀河系の中で最も古い星SMSS J031300.36-670829.3 の発見が発表された。太陽と比べたときの鉄の含有量が、その古さの決め手となったが、この星の鉄の含有量は太陽と比べたときどの程度であったか。 ①１万倍以上 ②100倍程度 ③1000分の１程度 ④1000万分の１以下 30 図は3つの星のスペクトル図である。星２のスペクトル型はどれになるか。 ①B型 ②A型 ③G型 ④M型 7 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題正答解説 ④ 経緯台は、鉛直方向に設定した「方位軸」と、水平方向に設定した「高度軸」の二軸で望遠鏡筒を支え、この二軸のまわりに鏡筒を回転させることで、望遠鏡を任意の天域に指向させ、天体追尾を行う形式の望遠鏡架台である。回転軸が、天体の日周運動（地球の自転）とは無関係に設定されているため、天体追尾には一般に二軸を同時に非等速回転させることが必要である。このように追尾制御は複雑となるが、機械的には単純かつ堅牢なため、大型望遠鏡ではほとんどが経緯台を採用している。（注）経緯台でも、たとえば南極点に設置した場合は、高度軸を固定して方位軸のみを等速回転させれば天体追尾ができる。ただし、それは特殊な場合であって、一般的な説明としては適切ではない。 32 半径R 、全質量M 、厚さ無限小の球殻内部の重力は次のどれか。 ① 一様密度の球殻内部では、重力はどこでも0となる。②は一様密度の球内部の重力。③は球殻内部の位置エネルギー（重力エネルギー）の分布。④はダミー。 33 『スタートレック』の物質転送技術は、物質を瞬間的に遠隔地に送り届けるための架空の技術だが、近い将来、「量子テレポーテーション」技術として現実的に可能になるかもしれないと考えられている。これはどのような効果・方式を利用したものか。 ① 『スタートレック』の転送技術では、“転送ビーム”なるものを照射することで物質を“フェイズド・マター”というエネルギー状態に分解し、“パターンバッファー”に蓄え、それを“放射器”により目的地に送信し、そこで再び物質に戻す、というものだ（もちろん、架空の技術）。ワームホール方式は、SF 映画『スターゲイト』の「ホームダイアル装置」で採用されている。ドラえもんの「どこでもドア」もこれだろう。「量子テレポーテーション」は物理学の分野で真面目に議論されていて、量子通信や量子コンピュータの分野でも盛んに研究されている。現在は、原子レベルでの転送でしか実現されていないが、近い将来、物質転送装置が開発されるかもしれない。 ③ 現時点で認証された「宇宙日本食」は12品目28種類に及ぶ。その中には「さばの味噌煮」をはじめ、野口宇宙飛行士が宇宙で食べて話題になったラーメン、カレーなどが含まれる。ようかんは、小倉ようかんと栗ようかんが認定されている。キシリトールガムも認定宇宙食に含まれている。 (参考) http://iss.jaxa.jp/spacefood/about/japanese/ 31 経緯台式の望遠鏡による天体追尾について述べた以下の文のうち、最も適切なものはどれか。 ①一方の軸を固定し、他方の軸を等速回転させることで天体追尾を行う ②一方の軸を固定し、他方の軸を非等速回転させることで天体追尾を行う ③二軸を共に等速回転させることで天体追尾を行う ④二軸を共に非等速回転させることで天体追尾を行う ①量子もつれ効果 ②ワームホール方式 ③フェイズド・マター方式 ④トンネル効果 34 日本人宇宙飛行士が数多く宇宙に行くようになり、宇宙飛行士たちのために、JAXAは「宇宙日本食」を認定している。以下のうち、現時点（2014年８月）で認定宇宙食になっていないものはどれか。 ①おかゆ ②ようかん ③あんみつ ④おこわ 8 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題正答解説 35 有効温度T 、半径R の恒星から距離d 離れた場所で、その法線と恒星が角度θ をなす面が受ける放射流束（フラックス）を表す式は次のうちどれか。ただし、σ はステファン・ボルツマン定数とする。 ② この恒星の単位面積あたりの放射流束はステファン・ボルツマンの法則からσ T 4であるから、この恒星の光度L は、恒星の表面積が4πR 2であることから、L ＝4πR 2 σ T 4となる。一方、光度L の天体から距離d 離れた場所で、法線が恒星を向く面（つまりθ ＝0）が受ける放射流束F は、L /（4π d 2）で与えられる。今、考える面は法線が恒星と角度θ をなすので、恒星から面を見込む面積はcosθ 倍となる。ゆえに、放射流束F ＝L /(4πd 2) cosθ ＝(R /d )2σ T 4cosθ となる。 36 恒星のスペクトル分類について、以下の記述から正しいものを選べ。 ② スペクトルの特徴について、①はG型星、③はM型星、④は O型星のものである。 ④ 可視光領域では主として水素のバルマー系列（Hα 、 Hβ 、Hγ …）の線スペクトルが見られ、波長からはHβ 線になる。また恒星の連続光に対して、黒い線であることから、吸収線である。通常の星のように、内部ほど温度が高いガス球のスペクトルには、通常は吸収線が見られる。輝線が見られる星は輝線星と呼ばれ、しばしば周辺に輝線を発する希薄な大気をまとっている。 ③ ロシアのロケット研究者コンスタンチン・ツィオルコフスキー（1857-1935）が書簡の中で述べたとされる。①のヘルマン・オーベルト（1894-1989）はドイツのロケット工学者。②のドイツのオイゲン・ゼンガー（1905-1964）は光子ロケットを提唱した。④のロバート・バサード（1928-2007）はアメリカの物理学者で、ラムジェット推進の研究に貢献した。 ② 波長の長い光は赤く、短い光は青い。波長の短い青い光ほど多く減光するため、星間減光を受けると恒星の色は本来のものより赤くなる。色指数では値が小さいほど青く、大きいほど赤い色に対応するため、星間減光を受けると、恒星の色指数は値が大きくなる。 ①O型星のスペクトルには電離カルシウムのH、K線が水素の吸収線より強い。分子による吸収帯も見える ②A型星のスペクトルでは他の型と比べて水素の吸収線が最も強い ③G型星のスペクトルでは中性の重元素の吸収線が非常に強く現れる。酸化チタンの吸収帯も強い ④M型星のスペクトルでは電離ヘリウムや高階電離の酸素、炭素、窒素の線が見られる 37 図はベガ（こと座α 星）のスペクトルである。矢印の線は以下のどれか。 ①Hα ②Hα ③Hβ ④Hβ の輝線の吸収線の輝線の吸収線 38 「地球は人類の揺りかごだが、我々は揺りかごの中に永遠に留まることはできない」と述べたのは誰か。 ①ヘルマン・オーベルト ②オイゲン・ゼンガー ③コンスタンチン・ツィオルコフスキー ④ロバート・バサード 39 恒星からの光は、星間空間に存在するダストによって吸収・散乱を受けて減光する。これを星間減光という。可視光から近赤外線では、波長の長い光よりも短い光の方が星間減光を多く受ける。星間減光と色指数について述べた以下の記述のうち、正しいものを選べ。 ①星間減光を受けても恒星の色指数には変化はない ②星間減光を受けると恒星の色指数は本来の値よりも大きくなる ③星間減光を受けると恒星の色指数は本来の値よりも小さくなる ④星間減光を受けると恒星の色指数は変化するが、変化量は恒星の温度に依存する 9 第４回天文宇宙検定１級問題・解答 No. 問題 40 もしも、太陽が石炭でできているとすると、そのときの太陽の寿命τ はどれほどになるか。太陽の質量はM Sun＝2.0×1030kgで、石炭は１kgあたり約E ＝2.5×107J/kgのエネルギーを生み出すことができ、太陽光度はL Sun＝3.85×1026J/sである。正答解説 ② 太陽の寿命をτとすれば、太陽質量の石炭が全てエネルギーに変わると EM Sun ＝ 2.5 × 107 × 2.0 × 1030 ＝ 5.0 × 1037Jのエネルギーに換算される。このエネルギーを1秒あたり光度 L Sun で消費していくのであるから、 τ ＝ EM Sun/L Sun ＝5.0 × 1037/3.85 × 1026＝1.3×1011s ＝4.1 × 103 yr ①約40年 ②約4000年 ③約400000年 ④約40000000年となる。よって約4000年である。 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