国立天文台・特別公開 
国立天文台・特別公開
＜スーパーコンピューターで探る宇宙＞
 | ジャイアント・インパクト説のシミュレーション 右から火星大の惑星が衝突し、微惑星が散らばる。 回転して行くうちに、塊（月）が形成されて行く。 右上の数字が回転数。100回転（約700時間）で月が、 ほぼ、出来上がる。1000回転まで表示。 |
左が地球。縦の線は、ロッシュ限界。これより外側に月ができる。地球を真横から見たところ。 （図の出所） 小久保先生の著書 「一億個の地球」 の図を、アニメーションにしてみました。 ※ 地球の北極方向からの眺めは、こちらをクリックして下さい。 このページに戻るには、ブラウザーの［もどる］をクリックして下さい。 |
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講演 ＜スーパーコンピューターで探る宇宙＞ 会場：三鷹市大沢2-21-1 国立天文台 解析研究棟 大セミナー室 日時：2000年11月11日 14:00-16:30 司会 渡部潤一助教授 国立天文台 天文情報公開センター  「スーパーコンピューターで宇宙を創る」 観山正見教授（国立天文台副台長）宇宙を観測するには、”すばる望遠鏡”のように、光や赤外線で見るのが一般的だが、空気があるため像が揺らいでしまう。そのために、ハワイ・マウナケ山の山頂４２００ｍに８．２ｍの反射望遠鏡を建設した。 その他に、電波望遠鏡で観測する方法があります。野辺山宇宙電波観測所の４５ｍの電波望遠鏡は、２０年前に作られ、ミリ波で観測しています。いまだに世界一です。オリオン座のＭ４２では星が誕生しているのが見えるし、おおぐま座のＭ８２では、ジェット（水素ガス）が噴出しているのがわかる。その他、１０ｍの干渉計が５基あります。 馬頭星雲は、光学望遠鏡では馬の首のように黒く見えますが、電波望遠鏡では、暗黒部分のガスも写っています。 Ｍ５７の「子持ち銀河」の腕も良く見えます。 天体望遠鏡の特徴について話ましょう。 （望遠鏡観測の弱みかもしれませんが、別にケナしている訳ではありません。） ①動きが無い。所謂、スナップショット。一億個以上の円盤銀河が見えるが、進化の道筋が分からない。 ②いろいろな方向から見えない。 ③化学などと違って、実験が出来ない。ブラックホールは作れないし、別の宇宙もできない。 そこで、これまでの観測天文学や理論天文学に続いて、第三の道が生まれてきた。 シミュレーション天文学で、別の言葉でいうと「模擬実験」。ここで、スーパーコンピューターのお世話になる。スーパーコンピューターと言うと、大きなものを想像するかも知れませんが、実は小さいのです。電気抵抗を減らすため、より小さい方が良いんです。回りが大きいのは冷却するためです。 ○コンピューターに、「物理法則」をプログラムする。 ○様々な材料や、初期の状態を仮定して入れる。 そして、①星を作る。②様々な宇宙を創る。③新たな発見を予言する。というようなことが行えます。 （宇宙を創る実験として） 宇宙の始まり … 宇宙は平面（二次元）にしか見えないが、丹念に銀河の奥行きを調べた人がいる。そして、一様でないことがわかった。銀河がある所と無い所があり、どうして出来たのだろうか？ そこで最初の条件を仮定して、コンピューターで計算してみる。（シミュレーションをビデオで紹介。確かに時間の経過とともに、一様でなくなる。銀河が泡状に偏って行く） 宇宙はガスだけではないらしい。何か他のものがあるらしい。（これをダークマターと呼んでいる。） 星、惑星の誕生 … 暗黒星雲の中での出来事を解明してみる。サンプル（初期条件）として、おうし座のもの（宇宙）を使う。（これをもとにシミュレーションすると、塊（惑星）が出来ていくのがわかる。） 連星が誕生してくる。驚くことに、８０％～９０％は連れ合いがある。太陽は、どうして一人ぼっちなの？だろうか、初期のガスの温度や回転速度を変えてやっても、二つ（二重性＝連星）、三つ（三重星）になるケースが殆どだ。二重星からは、軌道が安定しないので惑星はできないようだ。（太陽が一つだったから、地球も安定的なところに誕生できた。） 良くＳＦ映画（スターウォーズ？）で、太陽が二つ見えている宇宙の惑星に下り立った場面があるが、あれは、有り得ないのではないかと思う。（観山先生談） スーパーコンピューターで宇宙を創る。宇宙を研究する第三の方法で、①天体の進化を明らかにする。②実験的に宇宙が出きる。③計算結果をもとに予言する。ことが出きる。 「地球と月の起源～スーパーコンピューターが解き明かす誕生の秘密～」 小久保英一郎氏（国立天文台助手） 国立天文台に、今年の四月、理論天文学を研究するシミュレーション天文学部ができました。興味深い写真をお見せします。1998年、ＮＥＡＲ衛星が撮った地球と月が一緒入った写真です。コンピューター・グラフィックスではありません。他にはガリレオ探査機が撮った位で、非常に貴重な写真です。 今日は、①地球はどのようにして生まれたか？ ②月はどのようにして生まれたか？ ③地球のように生命が存在できる惑星は銀河系にどれ位あるか？ をお話しましょう。 (1) 太陽系の起源 太陽は内側から火星までの岩石をもった地球型惑星、木星、土星の主に水素、ヘリウムのガスからできている木星型惑星、天王星、海王星、冥王星の様にガスが少なく固体型のカイパーベルト天体から成っています。太陽系の特徴として、 ①大きさは、水星から冥王星まで、0.4～40天文単位（ＡＵ）の間に９個の惑星がある。 ②惑星の全部の質量を合わせても、太陽のそれの1/1000 ③惑星の軌道は、ほぼ同一平面上で同心円。太陽から離れる程、間隔が広くなっている。（ボーデの法則） 太陽は、原始太陽系円盤から生まれたと仮定した。（京都大学 林教授）これが「京都モデル」として認知された。大きさは太陽系の大きさに広がり、円盤状に回転しており、質量は全体の1/100。９９％が水素ガス、残り１％がチリ（Ｄｕｓｔ） この仮説通り、１９９５年にハッブル宇宙望遠鏡（ＨＳＴ）がオリオン星雲の中に、いくつもの原始太陽系を見つけた。 回転するうちに、重力不安定を起こし衝突しあい、１０００億個もの微惑星が出来た。そして、衝突・合体を繰り返して原始惑星が出来たというものだ。
Ｎ体シミュレーション（重力多体問題計算）によって解く。微惑星間の重力公式から、力づくで解く。二個の天体間だけの場合は簡単だが、Ｎ個あるとすると、Ｎの自乗の重力計算が必要になる。そのためにだけ使うスーパーコンピューター（ＧＲＡＰＥ：GRAvity PipE計算機 ）を自分達で作り上げた。 これを作っただけでも偉いと思う（笑） 何しろ、４５億年もの事象を調べなければならないのだから、 微惑星がぶつかり合って惑星ができる場合、暴走的成長と秩序的成長のケースがある。太陽系の惑星は、暴走成長だった。シミュレーションしてみると、２０万年で１００億個の微惑星を回転させていくと、内側から塊が成長して行く。１００億個から１０個の原始惑星ができる。ただし、１０個から１個になるためには、「巨大衝突」しかないようだ。 (2) 月の起源 力学的な特徴として、質量が地球の1/80しかないのに角速度が大きい。化学的特徴は気化するものが無い。鉄分が少ない。地球の中心には鉄コア全体の３～４割だが、月は全体の２％しかない。これは、月の・分裂説（親娘説）、・捕獲説（他人説）、・共生説（姉妹説）では考えにくく、１９７０年代中頃に考えられた巨大衝突説しかないだろう。火星程度の原始惑星がぶつかって、岩石などが地球の周りにバラ撒かれたのだ。（Ｇｉａｎｔ Ｉｍｐａｃｔ説） （地球に原始惑星が衝突し、月ができるまでのシミュレーション映像を映す） 回転しているうちに、微惑星同士がぶつかり合いながら一つの塊（月）になって行く。ロッシュ限界以内のものは、地球に落下。塊にぶつかって、あるものは宇宙へはじき飛ばされている。塊がスイパーの役目にもなっている。どういう方向に打ち込んでも、結局一つの塊（月）になって行くという。シミュレーションでは、１００回転で月ができた。１回転が７時間で約７００時間。つまり、一ヶ月程度で月が出きる。ということが分かった。 （このビデオ映像は、迫力があるもので、衝突するたびに火花を散らして合体し、大きく成長していくのがわかる。） 「つまり、ひと月（時間）で、ひと月（個数）が出来た。」というわけです。（小久保先生の駄洒落が入ってます。） (3) 「地球」のような天体が、太陽系外にどれ位あるか？ 第二の地球はあるのか？ここからの話は、やや大胆であるので、異論もあるところだが、… :現在、５０個の原始円盤型天体が見つかっている。その半分位は原始惑星をもっているのではないかと思われる。そのための条件として、○長生きの星、○海があること、○優しい気候なことが必要だ。 細かい条件は、 ① 単一星であること。連星では不安定なので誕生は無理だろう。 ② 原始惑星は太陽の重さの０．３～１．５であること。 ③ 水が液体としてあること。（ハビタブル・ゾーンと言う）。 ④ 円軌道で安定していること。質量は地球の０．１～１０。 ⑤ 月のような大きな衛星を持っていること。向きが振れない。 Ｐ０を、単一星かつ、その中で原始惑星系円盤がある確率とすると、これは、１／６位だ。 ①～⑤までの確率を、Ｐ①～Ｐ⑤とすると、「地球」のような天体のある確率 Ｐは、Ｐ＝Ｐ０X①Ｘ②Ｘ③Ｘ④Ｘ⑤ で算出できる。（詳しいことは省くが著書にあり） Ｐは、１／１０００～１／１００と見積もられる。今、１０００億個の銀河があるとすると、１０００億個×（１／１０００）で、１億個の地球がある計算になる。 地球型惑星が見つかるのは、あと２０年、…いや、３０年後には見つかるのではないか（笑）と、個人的には思っている。 著書：一億個の地球 星くずからの誕生 井田茂・小久保英一郎著 岩波科学ライブラリー７１ ￥1000税抜き |