論証：

１　宇宙には、銀河系と同じような星の集団である多数の銀河が存在しているが、これらの銀河のスペクトル線の波長を計ると、静止している場合と違っている。

２　これは銀河が運動していて、視線速度（私たちに対する測道の視線方向の成分）を持つことによって、ドップラー効果により波長がずれるためであると説明することができる。

３　さらにこの波長のずれから視線速度を求めることができる。

４　ハッブルは１９２９年に次のようなことを発見した。

５　大部分の銀河は我々から遠ざかっており、しかもその視線速度vと銀河までの距離dの間には、次の比例関係が成立する。
　　　　　　　ハッブルの法則　v=Hd    比例定数はＨはハッブル定数と呼ばれる。

論証：

銀河の距離の測定には誤差があるので、ハッブル定数は正確には決められないが、おおよそ50〜100km/s/Mpcの範囲と推定されている。

仮に75km/s/Mpcとすれば、視線速度は1Mpc（１００万パーセク）遠ざかるごとに75ｋｍ/sの割合で増えていく。

論証：

ハッブルの法則は一見すると「われわれを中心にして銀河が遠ざかっている」ようにも解釈されるがそれは違っている。

宇宙にはただ１つの中心というものがないので、どの銀河から見ても他の銀河はハッブルの法則に従って膨張している。

これは銀河が高速で遠ざかっているというよりも、宇宙空間自体が膨張していることを示している。

論証：

宇宙空間が現在でも膨張しているとすれば、時間を過去にさかのぼると天体は互いに近づいて密度が高くなり、最終的には密度無限大の時期があったことになる。

論証：

宇宙が始まってからどのくらい時間がたっているかはハッブル定数から計算できる。

現在、距離ｄにある銀河が一定の早さvで遠ざかるとすると、距離dを速さvで割ったd/vの時間をさかのぼると距離がゼロだったことになるので、これが宇宙の年齢tとなる。

t=d/v=1/H

ただし、ハッブル定数を75km/s/Mpc

1パーセクは3.08×1013km

１年は3.16×107s　　　　　とする。

論証：

実際には天体間の重力により宇宙の膨張は減速されるので、１３０億年よりも若い。

いずれにしても減速の程度、ハッブル定数自体がまだ決められていないので、ほぼ１００億から１５０億年位前と推定される。

ハッブルの法則によれば、観測できる距離には限りがあることになる。

ハッブル定数を75km/s/Mpcとしてvが光の速度になる距離を求めると、（光速度は3.00×105km/sとする。）

ハッブルの法則　3.00×105km/s =75km/s/Mpc×　d

　　d=3.00×105km/s / 75km/s/Mpc

dは４０億パーセクと求められる。

ということは、４０億パーセクの距離にある天体は光速度で遠ざかっているので、それよりも遠いところにある（仮にあるとしても）その光は我々には絶対に届くことはない。

論証：

遠い天体からくる光ほど、我々に届くのに時間がかかるので、それだけ過去の姿（過去の光）を見ていることになる。

つまり１０光年かかる天体の光は１０年前に発せられた光を今見ているということになる。

論証：

宇宙には数千億個もの銀河が存在すると推定されている。そして銀河の距離と位置の観測の結果、銀河は宇宙に均等に分布はしているわけではなく、様々な規模でまとまって存在していることが判明した。

論証：

局所銀河群

我々の銀河系から２５０万光年の範囲には大小のマゼラン雲やアンドロメダ銀河をはじめとして２０個ほどの銀河が集まっている。これを局所銀河群と言う。これらはお互いの重力によって引き合っている。

銀河群

このような数十個程度の銀河の集団を銀河群と呼ぶ。

銀河団

さらに銀河群はより規模の大きい銀河団という集団を形成している。銀河団は数百から数千の銀河を含んでいる。大きさは数百万から数千万年光年に達する。

超銀河団

銀河団はさらに集まって超銀河団という構造を持つ。超銀河団は連なって直径１億光年ほどの空洞（ボイド）を囲んでいる。宇宙は泡のような構造をもっており、泡である空洞を囲む膜の部分に超銀河団が存在している。

論証：

我々の銀河から３億光年の距離のところに、多数の銀河が壁状に連なっているところがある。

壁の厚さ数千万光年、高さ２億光年、長さ５億光年以上もある。（＝グレートウォールと呼ぶ）

論証：

１９６５年にアメリカのペンジャスとウィルソンがとても重大な発見をした。すなわち、

天球上のあらゆる方向から等しい強さの電波がやってくる。

この電波の波長別エネルギー分布は、ちょうど約3ｋ程の黒体放射のエネルギーに等しいものだった。

この放射を宇宙背景放射（＝宇宙黒体放射）と言う。（観測事実：宇宙には3k程の黒体放射がある。）

では、一体なぜ宇宙には3k程の黒体放射があるのだろうか？

これは宇宙は過去において高密度であっただけでなく、高温でもあったことを示していると解釈されている。

何故かというと、過去にさかのぼると空間が縮んで宇宙背景放射のエネルギーが狭い空間に存在し、その分だけ高温になると考えられるから。

ビッグバン

こういう事実と推論から、宇宙は想像を絶するような超高密度で超高温でもある状態から急激に膨張を始めたと考えられる。

これを宇宙の始まりと考え、ビッグバン（宇宙の大爆発）と呼んでいる。

論証：

現在、この世の中には１００種類を越える元素が存在する。例えば、

             空気の成分　　窒素、酸素

             地殻の成分　ケイ素、アルミニウム

             生物体の成分　炭素

             原子力発電の燃料　ウラン

等であるが、これらは、はじめから宇宙に存在した訳ではない。

ビッグバンという宇宙の始まりから現在に至るまでの宇宙の進化の過程で生成され、宇宙にばらまかれてきた。

論証：

夜空を見上げると天の川が見える。これは天の川を構成する星が円盤状に集まっており、太陽系が円盤内にあることを示している。

この円盤を含む星の集団を銀河系と呼ぶ。銀河系の星の分布を調べたのはイギリスのハーシェルである。

ハーシェルの銀河系モデル（１７８５年）

どらやきの形の銀河系で、彼のモデルでは太陽系は銀河の中心に位置している。星の距離を求めることはできなかったので、相対的な大きさしかわからなかった。

シャプレーの銀河系モデル（１９１８年）

年収視差が１８３８年から１８３９年にかけて観測され、はじめて恒星間の距離を求めることが可能になった。そこでシャプレーは銀河系の中心が太陽系からずっと離れたところにあることを突き止めた。銀河系の直径が３０万光年で太陽系と銀河系の中心との距離が５万光年と計算した。

シャプレーもモデルの欠点

星の間がまったく真空ではなく、星間物質が存在していることを計算に入れていなかったため大きく銀河系の大きさを見積もりすぎた。

ダストの性質

ダストの総重量はガスの１％にしか満たないが、星間物質の中でも特にダストが遠方からくる光を散乱や吸収をして弱める。（この減少を星間吸収と言う）

シャプレーは星間吸収を考慮に入れなかったので、球状星団の距離を大きく見積もり過ぎた。

星間物質は特に天の川に集中しているので、星間吸収も特に強い。

そこで天の川に沿った方向では遠方まで見通しがきかないため、観測者を中心にして星が分布しているかのように見える。

論証：

銀河系は星の密度が大きい中心部（バルジ）、天の川の星が集まって銀河面を作っている円盤部、それをとりまく外包（ハロー）の３つの構造から成っている。

円盤の直径は１０万光年、ハローは１５万光年以上ある。太陽系は円盤部内にあり銀河の中心から２，８万光年離れたところにある。

バルジやハローには種族IＩの星が多く、円盤部には種族Iの星が多い。また星間物質が集中している。

電波で観測すると可視光よりもダストに妨げられることがなく遠くまで観測できる。それによれば銀河系円盤部の星間ガスは渦巻きの腕の部分に集中している。渦巻きの腕の部分は恒星の誕生の場である。太陽系も渦巻きの腕の１つオリオンの腕に位置している。

星間物質について

星間物質は銀河系円盤部に主に存在し銀河系の質量の１０％。平均密度は低い。（１cm3に水素原子１個程度）

星間雲

星間物質は平均的に一様に広がっているわけではなく、大半は平均密度の数十倍ほどの密度で数十光年程度の大きさのかたまりとして漂っている。これを星間雲という。

分子雲

星間雲の温度は100K以下であるが、その中でも特に温度が低く（10K程度）密度の大きい（平均密度の数万倍から数十万倍）ものがある。これらの星間雲では原子がH2やCOなどの分子に結合しているので分子雲と呼ばれる。

星間雲のまわりには何が存在するか？

星間雲の周りは数千K〜数十万K以上の高温で希薄なガスに囲まれている。

星と星間雲はかなりの部分が以下のような状態を循環させている。すなわち、

　　星間雲（温度が高く、密度が低いもの）
　　　↓
　　分子雲（温度が低く、密度が高いもの）
　　　↓
　　　星　
　　　↓
　星は放射を出して周囲をあたためるので、周りの星間物質はHII領域となって圧力をまして膨張する。
　　　↓
　星間雲・分子雲になる


　　星が超新星爆発を起こす
　　　↓
　急激に膨張して超新星残骸のガス雲を残す。
　　　↓
　これが広がって希薄なガスになる。
　　　↓
　冷えて圧縮された部分は分子雲になる
　　　↓
　分子雲からまた星が生まれる

論証：

論証：

論証：

論証：

銀河系の中心は赤外線で観測されている。銀河系の中心はガスのリングが何重にも取り囲まれている。その中心にはいて座Aと呼ばれる電波源が存在する。

　いて座Aには半径１０光年ほどの分子雲のリングがあり、そのリングの中には星や電離ガスが密集している。

　分子雲リングは中心のまわりを高速で回転しており、一部のガスは中心に落ち込んでいる。「落ち込む」ということはリングの中心に強い引力があることを示している。計算によれば太陽の数百万倍の質量を持つと推定されている。これが銀河系の中心核本体として太陽の数百万倍の質量を持つブラックホールがあると推定されている。

　それでこのブラックホールがまわりの物質を吸い込んで、そのときに解放される重力エネルギーが銀河系中心核の活動源であり、吸い込む量によっては大規模な爆発を起こす。この爆発のあとが幾重にも取り囲むリングの正体である。

論証：

宇宙には数千億個の銀河が存在する。それらは次の２つにほぼ分類できる。

　　楕円銀河　銀河系、アンドロメダ銀河

　　渦巻銀河　円盤がない。星間物質がほとんど見られず古い星が多い。

他に不規則銀河な銀河もある。　

　活発な銀河　太陽の１億倍以上の質量のブラックホールが中心核にある。

　電波銀河　楕円銀河の１種、数千倍の電波を出している。

　セイファート銀河　

　スターバースト銀河

さらに活発な銀河

　クエーサー（準恒星状天体　Quasi steller objectの略称）

論証：

銀河系内の恒星や天体は種族Iと種族IＩに大別される。

　　種族I（若い天体）　　太陽と似た化学組成、銀河面に集中、円運動、重元素の割合が多い

　　種族II　（古い天体）　　赤色巨星など、バルジやハローに分布、細長い軌道、重元素が少ない

古い天体ほど重元素量が少ない。

どの年齢の天体でも水素とヘリウムが元素の大部分を占めている。

水素とヘリウムの割合も一定（ヘリウムが４分の１の質量を占めている）

以上のことから、水素とヘリウムは重元素と異なり、宇宙の初期から存在していた。

１　宇宙が作られ始める　　ビッグバン　　今から１５０億年前

宇宙は陽子や中性子、あるいはそれらを構成するクォーク、電子、ニュートリノ、ガンマ線に満ちた超高温・超高密度の世界。

２　ビッグバンから１秒後

膨張をし続けるにつれて、温度や密度が急減少。

１秒後には１００億Kにまで低下。

その間に陽子、中性子のほとんどは反粒子と衝突して消滅。

３　ビッグバンから数分後　　　ヘリウムと重水素の元素が生成

温度は10億Kにまで低下。

電子の多くは陽電子と衝突して消滅。

陽子や中性子が結合したヘリウムや重水素などの原子核が形成。

しかし、恒星内部と異なり、それ以上重い元素は形成されない。

恒星内部と異なり、この当時の宇宙は密度が低かったので、こうした元素の原子核同士の衝突はまれで、重い元素に核融合する反応が起きなかったから。

ここでの結論：宇宙が生まれてから数分後にはヘリウムや重水素が生成されたが、重元素は生成されなかった。

４　ビッグバンから数十万年後  　　　宇宙の晴れ上がり

宇宙は膨張をし続け、温度と密度は低下し続ける。

数十万年後には３０００Ｋまで温度が低下

このころの物質は、

反粒子との消滅反応を逃れた陽子（＝水素原子核）

ヘリウムの原子核や電子

放射

温度が３０００Ｋ程度になるとばらばらだった電子と陽子が結びついて水素原子になった。

結果として、放射を散乱していた電子が激減し、放射は物質との結びつきを離れて自由に進むことになった。

　宇宙はちょうど霧がはれたように遠くまで見通すことができるようになった。

ここでの結論：宇宙は数十万年後に温度が低下して３０００ｋになり、ヘリウムと水素で満ちていた。

宇宙背景放射の正体は、こうして宇宙が透明になった時期に出発した３０００ｋ程度の黒体放射が宇宙の年齢に近い時間（約１３０億から１５０億年）がかかって我々に到達したもの。

　放射の強さが方向を持たないのは、その源が３０００ｋという同じ温度の黒体放射だったから。またその放射は我々から見て光速度に近い速度で遠ざかっている場所から来たものなので、ドップラー効果により波長が千倍も長くなり温度が約１０００分の１になって（ウィーンの変位法則による計算）３ｋの黒体放射として観測されている。

５　ビッグバンから数億年後　　銀河やクエーサーの形成　

宇宙がはれる前は、放射の働きのために物質は集まることができなかった　。

宇宙が晴れ上がると物質は放射の圧力を受けなくなるので、重力により凝縮することが可能になった。

最初の星や銀河が形成されたのは、宇宙の晴れ上がりから１０億年後ほどの間に起きたと考えられている。なぜなら現在見つかっている最も遠くて最も古いクエーサーや銀河は宇宙のはじまりから１０億年後ごろに存在していたのものだから。

　どのようにできたのかはまだわかっていない。次の２つの説がある。

１　球状星団＜銀河＜銀河団＜超銀河団という大きなスケールへの集合説

２　超銀河団程度のガスのかたまり＜収縮と分裂による銀河団のガスのかたまり＜銀河への分裂という小さなスケールへの分裂説

ここでの結論：　最初の星や銀河は、宇宙の晴れ上がりから１０億年後のこと

６　ビッグバンから数十億年後　　　われわれのこの銀河系の形成

　銀河系が生まれ恒星が誕生した。そして恒星内部で起きる核融合反応により水素やヘリウムから重元素が作り出された。

ここでの結論：重元素は宇宙が誕生して数十億年後にはじめて恒星内部の核融合反応によって生成された。

どうやって恒星内部の重元素は、我々に届いたのか？

その後、重元素のとむ内部物質は、星の老年期である超巨星の段階ではゆっくりと、死滅の時である超新星爆発では一気に宇宙空間にばらまかれることとなった。

その結果、時間があとになればなるだけ星間物質に含まれる重元素の割合は増大した。

種族IIの星は、銀河系形成の頃に生まれた古い星と考えられており、重元素量が少ない時期の星間物質を素材して生まれたので結果として重元素が少ない。

一方、種族Iの星は円盤の形成後に生まれた新しい星なので、円盤部の回転運動に従っており、重元素量も多い。

７　ビッグバンから約５０億年後　太陽系の形成

太陽および太陽系も今から４６億年ほど前（ビッグバンから数えて約５０億年後）に銀河系の円盤部で誕生した。

そしてどこかよその星の内部で作られた重元素が集まって地球が形成され、その中で生命が誕生した。