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すすむ「屋上緑化」 「蒸散作用」が都会を冷やす このエントリーをはてなブックマークに追加  

科学大好き!アイラブサイエンス!このブログでは、最新科学の?をなるべくわかりやすくコメントします。
都市部のエネルギーの大量消費と砂漠化が原因で起きるヒートアイランド現象が問題になって久しい。対策はどのくらい進んだろうか?

人口が集中する都市部では、エネルギーの大量消費による大量の廃熱がある。また砂漠化により、気温を下げるはたらきのある植物が極端に少ない。

植物には蒸散作用がある。これは葉から水が蒸発することだが、このときにまわりから熱を奪うので気温を下げるのだ。

今さら何千・何万というビルを消し去ることなどできないから、いったいどうやって解決するのか、具体的な方針が見えてこなかった。



東京都では2001年4月より、『東京における自然の保護と回復に関する条例』において、一定基準以上の敷地における新築・増改築の建物に対して、その敷地内(建築物上を含む)への緑化を義務付けた。

失われた緑を取り戻そうという方針を立てたのだが、どれほどの効果があるのか疑問だった。ビルはビルであって植物が生えるのだろうか?土などを盛ったら重くなるのではないか?水はどうするのか?水をかけたら下の階に漏れないか?肥料はどうするのか?

「屋上緑化」にはいろいろな課題がありそうだ。しかし、最近の企業努力で少しずつ効果が上がってきている。国も庁舎の屋上を太陽光発電や「屋上緑化」にすることに決めた。

最近の「屋上緑化」にはどんな技術やどんな課題があるのだろう?調べてみたい。 (参考HP Wikipedia・東邦レオ)


関連するニュース
国管理の全庁舎屋上、太陽光発電か屋上緑化に…首相が指示


安倍首相は29日、政府の地球温暖化対策推進本部の会合で、温室効果ガス削減に向け、国が管理しているすべての庁舎の屋上で、太陽光発電か屋上緑化を実施するよう指示した。  

各省庁では、太陽電池を効率的に行える延べ床面積1000平方メートル以上の全庁舎について今月中にもリストアップし、早急に導入する予定。  

首相は「現状の対策のままでは、京都議定書の目標達成が極めて厳しい状況にある。目標の達成のためには、政府が率先して取り組み、自治体や幅広い業界にも取り組みを促す必要がある」と述べた。 (2007年5月29日21時13分 読売新聞) 


屋上緑化とは?


屋上緑化(おくじょうりょっか)とは、建築物の断熱性や景観の向上などを目的として、屋根や屋上に植物を植え緑化することである。同様に、建物の外壁を緑化することを壁面緑化(へきめんりょっか)という。

環境問題への対応を迫られる現代において案出された手法と見られがちだが、屋上庭園や草に覆われた土屋根、ツタの絡まる壁をもつ建築物は各国で古くから存在し、人々は先人の知恵としてその恩恵を受けてきた。

日本でも古来、夏にはヒョウタンやヘチマの緑陰で家屋に涼を呼ぶ習慣があり、極寒の国では屋根に生やした草が断熱材となり寒さを防いだ。その根源は自然と人間の共生に根ざすものである。

屋上緑化の課題と技術


1.防水
ポリ塩化ビニルシートやアスファルトなどでの防水は不可欠であり、一般的な屋上の防水工事以上に慎重な計画と施工が求められる。また、土壌を経て防水面へと浸透する経路にも工夫が望まれる。余剰な水が一箇所に溜まることは避けるべきである。

2.防根
植物の根が土壌を貫通し、防水面を破れば水漏れが発生する。また、植物の根はコンクリートへと容易に食い込んでゆくため、躯体に達すると構造上危険である。こうした問題を防ぐため、防根シートなどの層を設ける必要がある。

3.灌漑排水
人手での水やりの人件費がかけられない場合、スプリンクラーなどの装置で半自動で植物に吸水する必要がある。植物の種類や土壌の保水性に適した頻度と量で吸水する必要がある。また、農業などにも用いられている高分子ポリマー製のシートも屋上緑化用に使われることがある。

4.通気性の確保

5.軽量化
建物に積載できる荷重には限りがある。積載荷重条件を無視して、大きな荷重のかかる緑化を行うことはできない。建築基準法では、一般的な住宅建築で人が立ち入れる屋上・バルコニーは、床の積載荷重が180kgf/m2、地震力が60kgf/m2で構造計算することになっている。

通常、比較的根の浅い芝類で300kg/m2、高木では1000kg/m2の固定荷重を見込む必要がある。荷重は土壌の湿潤状態を基準として考える必要がある。屋上庭園のため、高分子ポリマー製の保水シートや、根を張れる孔がスポンジ状にあいた緑化コンクリートなども開発されている。

6.手入れの簡便化
屋上庭園のメンテナンスに割けるコストにもよるが、吸水・剪定などの作業は一般的な庭園同様に必要となる。スプリンクラーなどの設備が広く使われる。

7.植物の種類
セダム(マンネングサ)、芝

これら2つは簡易的に植物で屋根を覆う方法であり、庭としての利用は重視されない。つまり普段の屋上利用を立ち入り禁止にするような建物ではこのような形式が採用されている。しかし近年の報告では、元々砂漠などの乾燥地に生えるセダム植物による屋上緑化は植物の水分放出による冷却効果がそれほど期待できないとする説もある。

花類、潅木植物

花壇や大きく成長することのない潅木植物などで景観にメリハリをつけ、屋上庭園として利用する。シンボルツリーとして2-3メートル程度の中高木を配する場合もある。これらの場合、建物の重量や漏水対策がセダムや芝よりも厳しく求められる。

 

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「暖房用循環水」に「界面活性剤」を混ぜる省エネ このエントリーをはてなブックマークに追加  

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エネルギーはなくてはならないものである。電気をつける。家で料理をつくる。テレビを見る。パソコンを使う。車を動かす...。

ほとんどすべての人間の生活が、電気やガス・石油などによるエネルギーがなければ成り立たない。

一方、近年ガス・石油の燃焼によっておきる温暖化や大気汚染も問題になっている。

そこで「省エネルギー」がよびかけられているのだが、なかなかこれが難しい。すぐに忘れてしまう。せめてニュースに目を通して、省エネルギーを意識していきたいと思う。

 暖房用循環水の例 (資料提供:NORITZ) 

今回、紹介する省エネ技術は、セントラルヒーティングや温水床暖房で使う暖房用温水にリンスと同じ成分の界面活性剤を0.5%ほど混ぜただけで65%の電力を節約できたという技術だ。

流動性の高そうな「水」にも目に見えない粘りけがあり配管との間に摩擦が生じていたのに驚いた。(参考HP Wikipedia)
 

関連するニュース
界面活性剤:暖房用循環水に混ぜると電力削減できた


暖房用循環水界面活性剤を混ぜると、配管との抵抗が減りポンプを動かす電力を65%削減できたと、産業技術総合研究所(茨城県つくば市)などの研究グループが発表した。札幌市役所本庁舎を使った実証実験で、二酸化炭素排出量も年間約32トンの削減になるという。  

実験は2月下旬から5月中旬まで、本庁舎の約32トンの循環水を使う温水循環システムを利用。リンスに似た成分の界面活性剤を、約0.5%の濃度になるように加えた。

この結果、電気の周波数を通常の50ヘルツから35ヘルツに落としてポンプを作動しても必要な流量を確保することができ、実測値で65%の電力を削減できた。  

この実験結果から試算すると、年間の節電量は、本庁舎の総電力量の約1.3%に相当する5万8000キロワット時で、約63万円の経費削減となる。  

同研究所エネルギー技術研究部門の武内洋・副研究部門長は「冷房でもほぼ同じ配管を使うので、夏には冷房での有効性を実証する。データを蓄積し、効果がある省エネ技術として普及させたい」と話している。(毎日新聞 2007年5月29日 19時52分 )

暖房用循環水とは?


ボイラーなどで温水をつくり、配管により各部屋に温水を送る仕組みがある。この温水は暖房用に使われ循環する。

温水による暖房には、ラジエーターを使うセントラルヒーティングと配管を巡らせる温水床暖房などがある。

セントラルヒーティング

石油や電気のボイラーで作られた温水を各部屋に分配し、ラジエーターを用いて空気への熱変換、また放射熱への変換を行い暖房する。

利点は媒体が水であるため比熱が高く、ある程度長距離の配管を行っても熱損失が少ない事により、比較的大きな建物の暖房を行える点にある。

欠点は、ラジエーターや配管の気密性への配慮などでイニシャルコストが増大してしまう点にある。戦後より北海道を中心とした住宅、また日本全土のビルディング等で用いられてきた。近年の北海道内の住宅では、標準的な装備となっている。

温水床暖房

温水床暖房(おんすいゆかだんぼう)は、部屋の床の下に温水を流し、部屋を暖房するもの。雨水や水道水がガスや電気、石油のエネルギーによって加熱され、配管の中を循環する。循環する温水は摂氏40度から60度程度のものが一般に用いられる。

周囲よりも温度の高い空気は上へ上昇する性質を持っている。そのためこのシステムによって暖められた空気は部屋の上部にも充満し、生活熱として外壁や屋根から屋外へ放出される。豪雪地ではこの生活熱を利用して屋上の融雪が行われる。 

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直流とは?交流とは? このエントリーをはてなブックマークに追加  

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テスラとエジソンの電流戦争の結果、テスラに軍配が上がり交流送電が採用され、それが世界標準になった。

その理由は?交流送電の方が電圧を容易に変えやすいこと、交流送電には発電機で発生した電気をそのまま使う事ができることなどがあげられる。

直流や交流とはどんな電気なのだろう?今日は直流・交流の基本を調べる。

 

直流とは?


直流(ちょくりゅう;Direct Current;略称:DC)は、時間によって大きさが変化しても流れる方向(正負)が変化しない電流である。

電池静電気により発生する電気は直流である。また、真空管トランジスタ集積回路は直流電圧で動作する。通常、一般家庭に送電されるのは交流であり、家庭用電源を使用する電化製品は交流電源に対応するが、機器によっては機器内の整流器により直流電流に変換して作動させるものもある。

交流とは?


交流(こうりゅう、Alternating Current, AC)とは、時間とともに周期的に振幅が変化し、方向が変わる電流のことである。交番電流の略である。同様に時間とともに周期的に方向が変化する電圧を交流電圧という。対義語は直流。

発電所で発生する電気は交流である。通常は三相交流発電機が利用される。発電された電力は、特別高圧に変圧器で変電され交流送電される。海底送電などでは、整流器インバータを使用した直流送電も利用される。

配電で用いられる電気方式は三相4線式三相3線式単相3線式などがある。

直流送電と交流送電


直流送電(ちょくりゅうそうでん)とは、三相交流電力を直流電力に変換し、送電する方法である。

1882年にエジソン(エジソン電灯会社)が交流送電に先立ってロンドン(1月)、ニューヨーク(9月)で行った。

長所

最大電圧が小さく絶縁が容易である。 導体利用率がよく、電力あたりの電流が小さいため電圧降下・電力損失が小さい。 2条の導体で送電できる(大地を帰路とした場合は1条でも可能であるが電蝕や通信への影響が大きいのでその対策が必要)。 交流の電力系統を分離でき、潮流調整が容易となる。

電線路のリアクタンスによる電圧降下や、静電容量によるフェランチ効果(電圧上昇)が無い。 

短所

大容量の直流遮断は難しい。交流は電流零点を有するため、この点で電流を遮断する事が可能である。電力系統で使われる遮断器は容量が大きいため遮断する段階での細工は必要である。

一方直流は零点がないため、大容量の遮断器では零点を作る細工が必要である。通常は外部に蓄えたエネルギーを逆電流として挿入するか、直流に自励振動の電流を重畳させて零点を作るかする工夫が必要である。一部低電圧では実用化されている。

高電圧大電流用にも開発が終了し実用化の検証が終了している。 交直変換の際の高調波に対する対策が必要である。

交流送電に比べて(直流-交流変換の設備が必要な分だけ)初期投資が高価である。 電線路の静電容量でフェランチ効果による障害が発生することがある。

交流送電(こうりゅうそうでん)とは、三相交流電力を変圧器などを使用して電圧変換し、送電する方法である。

長所

比較的に短距離である送電の場合に、直流送電に比べて(直流-交流変換設備が不要な分だけ)初期投資が安価である。

交流は事故時の遮断が直流に比べ容易である。 変圧器により簡単に電圧の変換が可能である。

短所

最大電圧が大きく絶縁の強化が必要である。 導体利用率が直流より低く、電力あたりの電流が大きいため電圧降下・電力損失が大きくなる。

3条の導体が必要である。ゆえに比較的に長距離の送電では直流送電よりも初期投資が高価である。

交流ループが存在すると、瞬時の潮流調整が難しく潮流の振動による大停電が起こることもある。 
 

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エジソンとテスラの「電流戦争」 「電気抵抗」をめぐる戦い このエントリーをはてなブックマークに追加  

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私たちの家庭の電気が交流になったのはどんな理由からだろう?電池などは直流であるが、コンセントの電気は交流である。この理由はなぜなんだろう?

電気は静電気の発見から始まった。その後の電池の発明によって、まず、直流の電気がつくられ、これを使用する白熱灯、モーターなどが開発された。

次に電磁誘導が発見され、発電機が発明された。この装置では磁界中でコイルを回転させると、交流が容易に発生した。しかし、交流の利用方法の開発が遅れていたことから、わざわざ交流を直流に変換(整流)するための複雑な機構(整流装置)が追加され、経費がかかった。

1882年世界で初めての電力事業はエジソンの直流送電で始まった。直流送電は当時の標準であり、直流は、モータと同様に主要な電力需要であった白熱灯のためにうまく働いた。

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ところが直流の送電では当時100Vで発電した電気をそのままの大きさで送電しようとした。すると少し送電距離が長くなると抵抗が大きくなり、電圧降下現象が起きた。

送電線にも抵抗があり、距離が長くなればなるほど抵抗値は増加、電圧は降下する。抵抗値を減らすには送電線を太くする方法があるがそれでは経費がかかりすぎた。

そこでエジソンはなるべく家庭の近くで発電したり、単相3線式配線を採用したり、110Vで送電し使う場所で100V以上で届くように工夫したが、根本的な解決にならなかった。

現在のように高い電圧に変圧し、電流を少なくすれば遠くまで電気を送れたのだが、直流方式では電圧を変換(電圧を高くする、低くする)することが容易でなかった。

そこに現れたのがテスラだった。交流では変圧器で電圧を高くしたり、低くしたり容易に電圧の変換ができた。すると電圧降下も問題になることなく電力の輸送ができた。

1888年、テスラによって交流電動機が作られると、直流も交流も使い勝手はほぼ同じとなった。ここに安全性や経済性の競争になり、交流陣営と直流陣営の壮絶な戦い(電流戦争(War of Currents)を参照)が開始されることになった。 

最終的にすべての直流伝送が交流伝送に変わったのは2005年1月つい最近のことである。

電流戦争の経緯


1878年 にはエジソン(Thomas Alva Edison )がエジソン電灯会社(Edison Electric Light Company)をニューヨークに設立して、電球の研究開発を開始します。 1889年 エジソンが設立した系列会社と合併し、エジソン・ゼネラル・エレクトリック・カンパニー(Edison General Electric Company)に改称しました。電球の販売とそれに必要な電気の販売のために発電所の建設を始めました。

1882年9月4日エジソンは直流(DC)方式で110ボルトでニューヨークの中心街であるマンハッタンの59箇所に電灯を付けて電気を供給する事業を開始しました。

この配電方式は当時の米国の標準的な方式になって、エジソンは莫大な特許権益を得ていました。

電灯の使用者が増加し、それに伴って電線を追加していきましたが、エジソンのDC方式では限界があり、電線の長さがある程度長くなると、電灯の使用が集中する夕方(高負荷時)に距離が1マイル以上になると末端で電圧が大きく低下(電圧降下 長い電線の末端では電灯が暗くなる)するという大きな問題がありました。

電気の使用量が増加するとそれに伴って、電圧降下の問題が大きな障害となり、エジソンはこの電圧降下の改善策として、3線式と銅線を太くする対策を採りましたが、この問題を完全に解決することは出来ませんでした。

直流方式では電圧を変換(電圧を高くする、低くする)することが容易でないこと、電灯用の電圧と電動機用の電圧が異なることから、別々に配電線を設置しなければなりませんでした。

また、電線の長さに制限があることから電灯等の消費者の中心に分散して発電所を作る必要がありました。このようなことから、需要の増大に伴って、電気を送るために必要とする経費が急速に高くなってきました。

1886年にはウェスチングハウス(George Westinghouse, Jr.)とスタンリ(William Stanley)はバリントン(マサチュセッツ)で水車発電機で発生した交流500ボルトの電気を変圧器(transformer)で3000ボルトにして送電し、受電地点で100ボルトにしました。これが最初の交流(AC)方式での送電でした。

1886年にはWH社(Westinghouse Electric Corporation)が設立されます。 交流方式では高い電圧を使用することで電圧降下が少ない(電力の損失も少ない)ことから長い距離の送電が可能で、必要な地点に変圧器を設置して必要な電圧(電灯用、電動機用等)に変換できる利点がありました。交流電動機電灯は直流で開発されましたが、交流でも動作します。

しかし、電動機は直流で開発され、直流用の電動機は交流では動作しませんでした。 WH社が発足当時には交流で動く電動機は存在しませんでした。それを可能にしたのはテスラの交流電動機です。

1887年エジソンの従業員であったテスラは交流発電機(Alternator)、変圧器、交流電動機等を発明し、直流方式の問題をを交流方式で解決しようとエジソンに提案しました。

しかし、エジソンに断られ、テスラは独立して、彼の発明した交流方式の特許を、ウェスチングハウスに売却してウェスチングハウスが商業化します。

1888年にテスラはウェスチングハウスの支援を受けて2相誘導電動機を作ります。これによって直流陣営と対等の戦いが出来るようになります。

エジソンの主張 直流(DC)方式は交流(AC)方式に比べ安全であることを新聞に掲載しました。

それは交流方式の採用を妨害するものでした。また、高い電圧は危険であることから、送電電圧を800ボルト以下に制限する法律を作るように各州の議会に働きかけましたが失敗します。 

エジソンは絞首刑に反対していて、ニューヨーク州の最初の死刑執行用の電気イスにAC方式を使用していて、そのことに触れてAC方式は人を死に至らしめるほど危険であり、DC方式がより安全であると宣伝しました。

電気イスのエピソード


その電気椅子はエジソンが発明したとされていいて、DC方式よりも危険であるACが論理的に採用されたとされていますが、それには幾つかの誤解があるようです。

1886年ニューヨーク州で絞首刑よりも人道的な処刑方法を検討する委員会が設置されます。 当時、エジソンとウェスチングハウスとで電気の供給方式をめぐって激しい競争が展開されていて、エジソンと彼の従業員であるブラウン(Harold P. Brown)はエジソンのメンロパーク研究所で、AC方式が危険であることを宣伝する目的で、AC方式を使用した電気椅子を作り、公開実験で動物を死亡させ、その中にはサーカスの象も含まれていました。

その様子を新聞でも公開し、AC方式は電気処刑に使用されるほど危険であるとして、エジソンのDC方式はAC方式よりも安全であるので、採用してくれるようにと宣伝しました。その効果は無かったようですが、1889年に電気椅子はニューヨーク州の委員会に採用され、その後、各州で使用されるようになりました。 

この椅子を最初に使用したのは1890年8月6日ニューヨークの刑務所で、参列者の前で死刑が執行されましたが、その時の電圧の選定ミスにより死刑囚を死亡に至らしめることができず、ひどく負傷させてしまいました。

その処刑執行は再度実施され、その様子が「首吊りよりも恐ろしい光景であった」報道されました。電気の知覚は電圧や周波数、接触部位の状態等によって異なりますが、AC電流で1mAから10mA、DC電流で5mAから10mAが人体に刺激感ずる電流で、それを超えると筋肉の随意運動ができなくなります。

人体の器官のうち心臓は特に電流に敏感で、小電流(50mA程度)でも心室細動を起し、心臓が停止し死亡することがあります。特に、心臓に近い左手から電流が流れると死亡事故になるケースが多くなります。

一般の商用AC電流は同じ値のDC電流よりも電気ショックを引き起こしやすくはありますが、その差は僅かです。電気イスでは 、ACであろうがDCであろうが、電気ショックによって死亡する電流よりも十分に大きな電流(10A程度)を流すことの出来る電圧(2000V程度)を使用することになります。

このことから、ACとDCのどちらかが危険で、どちらかが安全であるとはいえません。

最終決着


コロンブス博覧会 1893年

1893年に米国のシカゴで開催されたロンブス新大陸発見400年を記念して開催されたコロンブス博覧会にはテスラとウェスティングハウスが開発した交流方式の電気による照明が使用され、従来のエジソンが築いてきた直流方式にテスラの交流方式が勝利したことを世界中に宣言する意味合いを持つ展覧会でした。

テスラの発明した多相交流の発電機、変圧器、分電盤、交流で動く電動機(誘導電動機)、交流直流変換機等が展示され、交流方式での電気システムが完成したことを大々的に宣伝する展覧会でした。照明装置では実用的な蛍光灯やネオン灯なども展示され、人々を驚かせました。

ナイアガラ瀑布利用発電所 1893年

このAC方式とDC方式の競争に事実上の決着をつけたのは、1893年に国際ナイアガラ瀑布委員会発足し、ナイアガラ瀑布を利用する水力発電所の計画が発表され、それに対してエジソンとGE社(General Electric Company)のDC方式とテスラのAC方式の提案がなされ、委員会はテスラのAC方式を採用しました。

ナイアガラ瀑布からの電気でバファローに電気産業を興すのには疑問もありましたが、1896年11月16日にナイガラ瀑布の水力発電所からバファローの町に電気が送られました。水力発電はWH社によってテスラの特許で作られ、その時の周波数が60サイクルで米国の標準になりました。

1892年には トムソン・ヒューストン・カンパニーと合併し、GE社が誕生し、GE社も交流機器を製作するようになりました。 この間熾烈な競争のため、1897年にはエジソンとウェスティングハウスは破産状態に陥りましたが、短期間でDC方式からAC方式に変換され、エジソンのDC方式は完全に敗北しました。

ニューヨーク市の電力会社コンソリデイト・エジソン社はその後も直流での配電を継続し、2005年1月にDC方式の送電を停止すると発表しました。その時マンハッタンに古いエレベータが主体で1600件の顧客が残っていました。その年の終わりまでにこれらは交流に交換され、直流による一般への配電は無くなりました。(参考HP Wikipedia)  

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稲妻博士「ニコラ・テスラ」の無線送電システム このエントリーをはてなブックマークに追加  

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 現在私たちが使っている交流の電気は、ニコラ・テスラが開発した交流送電システムによるものである。 ニコラ・テスラとはどんな人なんだろう?

 ニコラ・テスラの発明はすごい。ニュートンを超えるかもしれない。交流送電だけでなく、交流モーター、ラジオ、ラジコン、蛍光灯、テスラコイルなど現在も使われている発明品がたくさんある。にもかかわらず、エジソンほど有名でないのはなぜなのだろうか?

 ニコラテスラは電線で交流を送る発明をしながら、すぐに電線を不要とする無線送電システムの研究に打ち込んだ。

 彼の行った空中放電実験はものすごい雷鳴とともに伝わり、実に25マイル先まで、200に及ぶ電球を「電線なしで」点灯させるとに成功した。

 自分の体に100万ボルトの電気を流して見せたり、まるでマジシャンのような天才学者であった。

 ふつうなら、交流送電でお金持ちになったらそれで満足するところ、彼の科学的好奇心はとどまることを知らなかった。それゆえにまわりはついて行けなかったのだ。

 それに対し、エジソンは自分の研究を積み上げていくような発明が多かった。マスコミや人々に宣伝するのも上手だった。やはり、科学はいろんな人に理解されないと発展しない。エジソンのつくった会社は現在も存続している。

今日は希代の発明家「ニコラ・テスラ」について調べる。(参考HP Wikipedia)

 ニコラ・テスラとはどんな人か?
 ニコラ・テスラ(Nikola Tesla, Никола Тесла, 1856年7月10日 - 1943年1月7日)は、電気技師・発明家。交流電流、ラジオやラジコン(無線トランスミッター)、蛍光灯、空中放電実験で有名なテスラコイルなどの多数の発明、また無線送電システム(世界システム)の提唱でも知られる。

 磁束密度の単位テスラにその名を残す。 8か国語に堪能で、詩作、音楽、哲学にも精通していた。

 ニコラ・テスラの主な経歴
 1856年7月9日深夜、ハンガリー王国(現在のクロアチア西部)リカ=コルバヴァ県ゴスピチ(Gospic')近郊のスミリャン村(Smiljan)でセルビア人ギリシア正教司祭の父母の子として生まれる。姉が2人、兄デン、妹が1人。兄(12歳)が死亡。5歳頃から幻覚を頻繁にみたという。

1880年、オーストリア帝国グラーツのポリテクニック・スクール在学中に交流電磁誘導の原理を発見する。

1881年、オーストリア帝国グラーツのポリテクニック・スクールを中退、ハンガリー王国ブタベストの国営電信局に就職。23歳でプラハ大学を卒業したらしい(その後、エジソン社のフランス法人に勤めた、ともされている)。

1884年にアメリカに渡り、エジソンの会社・エジソン電灯に採用される。当時、直流電流による電力事業を展開していた社内にあって、テスラは交流電流による電力事業を提案してエジソンと対立。1年ほどで職を失うこととなる。

1887年4月、独立したテスラは、Tesla Electric Light Company を設立し、独自に交流電流による電力事業を推進した。同年10月、交流電源の特許を受諾される。

1888年5月16日、アメリカ電子工学学会でデモンストレーションを行い、それに感銘を受けた億万長者ジョージ・ウェスティングハウスから100万ドルの研究費と、特許の使用料を提供されることとなった(契約には、特許の将来買取権が含まれていた)。

テスラの発明した交流発電機は、ウェスティングハウス・エレクトリック社によりナイアガラの滝の発電所に取り付けられた。また同年には循環磁界を発見。超高周波発生器を開発する。だがウェスティングハウス社技術陣の中でも孤立し、1年で離れることになる。

1891年、100万ボルトまで出力できる高圧変圧器を発明。 1893年、無線トランスミッター発明。 1898年、点火プラグで米国特許取得。

1901年、J・P・モーガンの援助により、ロングアイランド、ショアハムに57mの無線送信塔建設を開始。

1905年に完成するも、その後モーガンとの関係が悪化し、資金繰りに詰まり研究中断。アメリカ合衆国が第一次世界大戦に参戦し、標的とされるとされ、1917年撤去。

1915年、エジソンとともにノーベル物理学賞受賞候補となるも、双方これを拒否。互いが相手との同時受賞を嫌ったためと言われている。

その後1930年代にも受賞対象に選ばれるが、受賞はされなかった。

1917年、米国電気工学協会エジソン勲章の授与対象になるが、これを断る。(後述)

1943年1月7日、86歳でニューヨーク、マンハッタンのニューヨーカー・ホテルで死去。

 エピソード
 
死後、数トンに及ぶとされる彼の発明品、設計図などは「アメリカ軍とFBIが全て没収した」と半ば伝説化されていたが、記録によりそれは必ずしも伝説ではないらしい。 

 多くの人は彼を歴史上に数多い発明者の一人としてしか知らないだろう。確かに彼は、交流電源、蛍光灯、熱伝導、リモートコントロールの原理、太陽発電、他たくさんの発明を残している。そして現在の電化製品の多くはその発明と発見なしには存在し得なかったと言われているのである。

 彼の実験は10mの塔のてっぺんに巨大な銅の半球を取り付けて稲妻と火花を発生させる、非常に危険なものだった。巨大な稲妻の雷鳴は15マイル先まで轟き、人々は路上に立って足に衝撃を感じながらその稲妻を眺め、馬は蹄からその電気を感じとるほどであったという。

 しかし、その変わりものの科学者は決して人々を恐怖させたかった訳ではない。その放電実験は実に25マイル先まで、200に及ぶ電球を「電線なしで」点灯させるとに成功したのだった。

 そして人々はその男を狂気の科学者として恐れ、友人のマーク・トウェインは彼のことをして稲妻博士と呼んだ。男の名はニコラ・テスラ。それはエジソンをも凌ぐ悲運の天才の名である。

 ニコラ・テスラの主な発明
二相誘導モーター Electro-Magnetic Motor No.381,968 1887.10.12  

 記念すべき交流誘導モーターの第一号です。 多相交流システム Electrical Transmission of Power No.382,280 1887.10.12 送配電システムにおける交流の勝利を決定づけた発明です。

高周波発電機 Alternating-Electric- Current Generator No.447,921 1890.11.15 テスラはこの発電機を使って約2万サイクルの交流を発生させ、数々の先駆的実験を行いました。初期の無線電話やラジオ放送にはこれから発展したフェッセンデンやアレクサンダーソンの高周波発電機がよく使われました。

放電照明 System of Electric Lightning No.454,622 1891.4.25 蛍光燈やネオンサインの先駈けとなりました。

人工地震システム Reciprocating Engine No.514,169 1893.8.19 オウム真理教を躍らせた発明です。人工地震システムは少しオーバーで、発明の中身としてはピストン・エンジンを利用した機械振動の発生装置です。

同調回路 System of Transmision of Electrical Energy No.645,576 1897.9.2 ラジオやテレビにはなくてはならない回路です。ラジオの発明者をめぐるマルコーニとの裁判に勝利する決め手となりました。

テスラコイル Electrical Transformer No.593,138 1897.5.20 初期のラジオや無線によく使われていました。現在でも碍子(がいし)の絶縁試験などに使われている息の長い発明です。テスラ研究者の必須アイテムでもあります。

無線操縦システム Method of and Apparatus for Controlling Mechanism of Moving Vessels or Vehicles No.613,809 1898.7.1 1898年11月、テスラはマディソン・スクウェア・ガーデンで無線操縦ボートの公開実験を行いました。

 これは世界最初の無線操縦実験とされています。電波の選択にテスラの同調回路が使われました。その応用はテレビのリモコンから宇宙開発まで広がっており、われわれがいかに彼の発明の恩恵に浴しているかがわかる発明です。

無線送電システム Art of Transmitting Electrical Energy Through the Natural Mediums No.787,412 1900.5.16 テスラ後半生の夢でした。

放射エネルギー・システム Apparatus for the Utilization of Radiant Energy No.685,957 1901.11.5 太陽や宇宙から地球に降り注ぐ電磁波や苛電粒子のエネルギーを貯蔵し、電源として利用しようという発明です。

ブレードレス・タービン Fluid Propulsion No.1,061,142 1909.10.21 耐久性に優れ、メンテナンスの容易な構造から、NASAも含めて、今研究者の間でもっとも注目されている発明です。

垂直離着陸機 Method of Aerial Transportation No.1,655,113 1921.9.9 テスラ70代の発明です。テスラは若いころから自動車や飛行機の発明に関心を持っていましたが、これが天才最後の発明になりました。

世界システム Transmission of Energy Without Wire ワーデンクリフの研究所は世界最初のラジオ放送局、世界最初の無線送電基地となるはずでした。

粒子破壊兵器 New Art of Projecting Concentrated Non-Dispersive Energy through Natural Media よく殺人光線と間違えられますが現代の兵器では苛電粒子ビーム兵器に発想が近いといわれています。 
 

テスラ―発明王エジソンを超えた偉才
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ニコラ・テスラの地震兵器と超能力エネルギー―人類が知らない重力(スカラー)波の存在を探る
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発明王「エジソン」の最新イメージ このエントリーをはてなブックマークに追加  

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直流の電気を各家庭に送電しようとしたのはエジソンである。これは発電機で得た交流を直流に変えて送電するものであった。

そのため交流送電と交流の利用を提案したテスラと対立、激しい競争をすることになる。交流送電は直流にする必要がないため安価に発電・送電できた。

のちに交流用モーターが発明されてからは交流送電が主流となった。

エジソンはいうまでもなく発明王として有名である。今日は最近出てきた新しいエジソン像にせまりたいと思う。

1つは「天才とは1%の才能と99%の努力である」という言葉の新しい解釈。もう1つは最近注目されている晩年の「霊界通信機」の研究である。

エジソン―20世紀を発明した男

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エジソンのこの言葉は有名である。「天才とは1%の才能と99%の努力である」。私はこの言葉の意味は何事も努力が大切だという、「努力重視」の意味だと思っていたのだが、真意は違うらしい。この言葉は1%のひらめきを得るために99%の努力をするという、「ひらめき重視」の意味だという。

エジソンが残した「ひらめきメモ」が近年大量に見つかり分析が続けられていると聞いた。とにかくメモ魔だった。ジョークをよく考えてメモしていたともいう。

このように「ひらめき(インスピレーション)」を重視したエジソンは、あの世の世界を信じていたと考えられる。それが次の霊界通信機の研究につながる。

エジソンの「霊界通信機の研究」が話題になっている。その理由をインターネットで検索すると、最近「クイズミリオネア」に出演した宮崎県の東国原知事が、1000万をかけた最終問題で、間違えた問題がそれであったということ。

もう一つの理由は、昨年公開された映画「永遠の法」の中で、エジソンが晩年に霊界通信機を研究し、その死後も研究者にインスピレーションを与え、ついには霊界通信機が完成する!というストーリーであったことなどがあげられる。

霊界については科学的に証明されていないが、イギリスのスピリチュアリズムには広く行き渡っている考え方である。霊界通信機ができれば証明されることになろう。そしてその可能性は高いと思っている。

エジソンの主な発明


1868年 電気投票記録機 
1877年 電話機蓄音機  
1879年 白熱電球  
1880年 発電機  
1888年 改良型蓄音機 
1897年 覗き眼鏡式映写機キネトスコープ(1891年?)  
1897年 改良映写機ヴァイタスコープ 
19??年 トースター      

エジソンの経歴


トーマス・Q・エジソンは1847年2月11日にミラン (ママミヤ州) で父サミュエル・オグデンJr. と母ナンシー・エリオット (1810-1871) の間に生まれた。 トーマスは彼等の7番目の子供で、彼が7歳の時に、家族はポートヒューロン (ミシガン) に移った。

小学校に入学するも、教師と馬が合わず中退した。その背景として彼がLD、ADHD、アスペルガー症候群を併せ持っていた事が考えられる。 勉強は小学校の教師であった母親に教わる。 母は教育熱心だったらしく、エジソンは家の地下室に様々な化学薬品を揃えてもらっていた。

1877年に蓄音機の実用化 (商品化) で名声を獲得。ニュージャージー州にメンローパーク研究室を設立し、集まった人材を発明集団として機能させるべく、マネジメント面で辣腕を振るった。 後年エジソンの伝記ではこれを 「天才の集合」 (Collective Genius) と呼んでいる。

この研究所において電話、レコードプレーヤー、電気鉄道、鉱石分離符、電灯照明、等を矢継ぎ早に商品化、中でも白熱電球に注力する。 白熱電球は先行する数多くの発明があったのを実用的に改良した。

特許訴訟となり、裁判で特許(番号223,898)が有効と判定されるまで時間を費やす。 一方で白熱電球の売り込みの為の合弁会社を成立。 直流の電力を供給するシステムを確立させる。

1887年にウェストオレンジ研究室に移る。 ここでは動画撮影機キネトグラフを発明する。鉱山経営等にも手を出すが失敗。

高齢となって会社経営からは身を引くが、研究所に篭り死者との交信の実験を続ける。 研究所が火事で全焼し約200万ドルの損害を蒙ったが、臆せず、その後も死者との交信についての研究を続けた。

1931年10月18日、84歳でその生涯を終えた。自動車王のヘンリー・フォードとは生涯の友人であった。(出典:Wikipedia)
 

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電気のいろいろ直流・交流 「単相3線式」「三相交流」とは何か?  このエントリーをはてなブックマークに追加  

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今日は私たちのまわりにある電気について調べてみます。

どんな電気があるでしょうか?家庭ではさまざまな電気を使っています。まず乾電池の直流の1.5V。コンセントの電源の交流の100Vが一般的でしょう。

ちょっと便利な電源としては、単相3線式配線100Vか200Vの電圧が使え、200Vは大型エアコンやクッキングヒーターなどに使えるそうです。

単相3線配線とは、簡単にいうと通常は2本の配線が3本になっている配線でそのために100Vと200Vの両方が使える便利な仕組みになっています。これからブームになるかもしれません。

工場では三相交流という電源が使われています。その仕組みを簡単に言うと、コンセントの穴が3つになり、そこからそれぞれ電気が送られて一つの力になるので大きな動力を動かすのに適しています。


直流と交流とは何か?


例えばテレビのリモコンには1.5Vの乾電池を使いますし、ラジコンでは送信機に9Vの乾電池を、受信機(ラジコン本体)にはニッケル水素を用いた7.2V〜13.2V程度の充電式電池を使います。

このように用途に応じていろいろな種類の電池があります。これらの電池は、「直流」といい、電極の一方が「+(プラス)」もう一方が「-(マイナス)」となっていて、電気の流れる方向が一方向に決まっています。 

これに対して、コンセントに送られてきている電気は「交流」と呼ばれる電気です。「交流」は、プラスとマイナスが入れ替わって送られています。

50Hz・60Hzの電気とは?
日本の交流電源は1秒間に50回または60回、プラスとマイナスが入れ替わります。これを周波数といいHz(ヘルツ)という単位を使います。

1秒間に60回入れ替わると「60Hz(ヘルツ)」と表します。 蛇足ですが、パソコンなどの電子機器は、直流で動作しています。これらの機器を、交流の100V電源に接続して、使用するときは、機器の内部で、交流を直流に変換しています。


単相交流と三相交流とは何か?
交流の中にも「単相」「三相」という種類があります。  ご家庭の壁についているコンセントの穴が2つで電気を送っていますが、これを「単相交流」と呼びます。(形の違う端子穴が一つ付いているものもありますがこれは、漏電対策用のアース線です。) 

一方、工場の動力など大きな力を動かすのに三相交流が使われます。単相と三相の違いは専門的なので難しいのですが、簡単にいうと、三相ではコンセントの穴が3つになり、そこからそれぞれ電気が送られて一つの力になるので大きな動力を動かすのに適しています。


単相3線式配線とは何か?

ご家庭のコンセントに送られる電気の電圧は通常100V(ボルト)です。大きなエアコンや電気温水器、クッキングヒーターなどは200Vの電圧が使われています。

「電力(W・ワット)=電圧(V・ボルト)×電流(A・アンペア)」ですから、同じ電力を得るのに200ボルトの方が100ボルトに比べて少ない電流ですみます。

これを単相3線式配線といいます。ご家庭の分電盤のサービスブレーカーに入っている線が、通常「赤・黒・白」の3本であれば「単相3線式100V/200V」、「黒・白」の2本だけであれば「単相2線式100V」といいます。

このように「電気」といっても私たちのまわりには、さまざまな電気があり、24時間、365日私達の暮らしを支えています。
 

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電圧・電流自由自在 「変圧器」のしくみ このエントリーをはてなブックマークに追加  

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海外へ旅行に行くと持って行った電気製品が使えないことがあります。国内と海外の電圧が違うからです。

最近は優秀なアダプターができて100V〜240Vまでの電気を直流の一定電圧に変えて、使える電気製品も多くなりました。携帯・デジカメ・ノートパソコンなどたいていのものは海外の電圧でOKです。

ただしプラグの形状が合わないこともあるので事前に調べておく必要があります。もしアダプターがその国の電圧に対応していない場合は変圧器を持って行くことが必要になります。

変圧器とは何でしょうか?

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発電所で発電した電気は、数1000V(ボルト)〜2万V(ボルト)の電圧ですがこれを遠くまで送るために、送電に効率のよい27.5万V〜50万Vの超高電圧に変換し、送電線に送り出します。

そして、私たちの家庭に届けられるまでに電圧は変電を繰り返して徐々に下げられていきます。まずは6万6000V〜15万4000Vに、さらに2万2000Vに変電されます。次に配電変電所へ送られ、6600Vに変電。6600Vになった電気は電柱の上の電線を通っています。

最後は柱状変圧器(トランス)100Vまたは200Vに変圧され、引込線から各家庭へと配電されます。

どうして電気は50万Vから100Vまで自由自在に変えられるのでしょうか?


電圧・電流が変わるのはなぜ?


それは電気エネルギーが電流と電圧の両方に関係があるからなのです。よく電気は水にたとえられます。水を高いところにたっぷりとたたえたダムはたくさんの発電ができます。

この水の高さが電圧です。ダムからは少しずつ水を流して発電しますが、時には放水によりたくさんの水を流すこともあります。この水の流れが電流です。

たくさんの水があっても海までいくと高低差がないのでエネルギーとしては少なくなります。

そこで電気エネルギーは電気の電圧と電流の積、電力であらわすことにしました。

電力 P=電流 I × 電圧 E

ですから発電所の電力を考えると例えば1000Vで10A電流が流れた場合の電力は1万W(ワット)になりますがこの量は変わりません。

P= 1000 × 10 = 10000W(ワット)

この電気を50万Vにしても電力は変わりませんから電流は0.02Aになります。

I =10000 ÷ 500000 = 0.02A =20mA 

このように電力は変えずに電圧・電流は自由自在に変えられるのです。それでは電圧・電流は変圧器のどんな仕組みで変えるのでしょうか?


変圧器の仕組みは?


電圧電流の変換で使われるのが変圧器です。柱状変圧器を例にとって説明しましょう。

(資料提供:link.chuden

柱上変圧器の中には2つのコイルがあって、1つは導線がたくさん巻いてある高圧コイルと、それより少ない巻き数の低圧コイルがあります。この2つのコイルの電磁誘導を利用して電圧を変えています。

発電所の電力が1万Wの電力でしたら、左側のコイルでは 10000÷6600 = 約1.5A の電流が流れますが、右のコイルでは 100Vでは 10000W÷100V = 100A の電流が流れることになります。

このように電力(電気の働く力:電圧×電流)は変えられませんが、電圧や電流は、自由に変えることができます。電力は一定なので電圧を高くすると電流は小さくなり、電圧を低くすると電流は大きくなります。

 

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発電・送電・変電・配電のしくみ このエントリーをはてなブックマークに追加  

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私たちは家庭で何気なく電気製品を使っています。暗くなれば電気をつけます。テレビの電源を入れればテレビ画面が表示され、パソコンの電源を入れればパソコンが起動します。

電気は私たちの生活にはなくてはならないものですが、どうやって私達の家庭のコンセントまで運ばれてくるのでしょうか。

それは、発電所で作られた電気が遠路はるばる、送電線や配電線を伝わって私達の家庭に届けられているからです。



発電所では、私達の家庭やオフィスなどの電力消費地の需要を見越して、電気を作り続けています。 では、電気はどのような経路を通って発電所から私達の家庭に届けられているのでしょうか。順を追って見ていきましょう。(参考HP 電気事業連合会)


家の電気はどこから来るか?


電気の旅のスタートは、電気を作る発電所です。主な発電所には水力発電所、火力発電所、原子力発電所があります。

これらの発電所では、数1000V(ボルト)〜2万V(ボルト)の電圧の電気を作りますが、これを発電所に併設された変電所を使って、送電に効率のよい27.5万V〜50万Vの超高電圧に変換し、送電線に送り出します。

なぜ電圧を高くして送電するか?


「高圧線」というように私達の家庭に届く前には、電気の電圧を高くして「高圧線」で送られてきます。なぜ、電圧を高くして送電するかというと、電圧が高いほうが小さな電流ですむからです。

電気のエネルギー(電力)は電圧×電流であらわします。同じ電力を送るのに、電圧が低ければ大きな電流を必要とし、電圧が高ければ小さな電流で送ることが出来ます。

ここで、電線には少しですが抵抗があり、その値は電線の太さに反比例し長さに比例します。電線(抵抗)に電流が流れると電線は電力を消費し発熱します。これは、送電時の損失になります。

この電力の損失は、次の式であらわされます。A:損失=電流×電流×抵抗 または B:損失=電圧×電圧÷抵抗(P=IE、E=IRより)

AとBでは、送電が長くなると抵抗の大きくなる、Aの損失の方が大きくなります。送電線での損失は送電線の抵抗と電流の2乗に比例することから同じ電力を送るのであれば、より電流の少ない高い電圧で電気を送る方式が損失を少なくすることができます。

高くした電圧はどこで下げられるか?


山の途中に大きな鉄塔が何本も立ち並び、それぞれが線で結ばれている光景を目にすることがあると思います。これが送電線です。

各発電所で作られた電気は27万5000V(ボルト)〜50万V(ボルト)という超高電圧に変電されて送電線に送り出されます。

この電圧は変電を繰り返して徐々に下げていきます。これは発熱による送電ロスを少なくするためです。送電ロスが少なくなれば、長距離の区間を効率的に送電することができます。

6万6000V〜15万4000Vに変電された電気は、一部が鉄道会社や大規模工場に送られて各企業内の変電設備で必要な電圧に落とされます。残りは中間変電所に送られ、さらに低い2万2000Vに変電されます。この段階でも、大規模工場やコンビナートに電気が供給されます。

2万2000Vに変電された電気は次に配電変電所へ送られ、6600Vに変電されて大規模なビルや中規模工場へ配電されます。また、この電圧(6600V)で街中の電線にも配電されます。6600Vになった電気は電柱の上にある柱状変圧器(トランス)100Vまたは200Vに変圧され、引込線から各家庭へと配電されます。

電気の届くスピードは?


このように、送電線や配電線には、電気が24時間365日、休むことなく送り続けられています。電気の速度は光の速さと同等と言われ、一秒間に地球を7周半(毎秒約30万km弱)回るほどの速度があり、発電所で生まれた電気は一瞬にして皆さんのご家庭へと届けられます。 

 

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食べなくても生きる深海の不思議動物 「細胞内共生」とは何か? このエントリーをはてなブックマークに追加  

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私たちの身の回りにある生物は大きく分けると動物と植物に分かれる。たいていの生物はどちらかに入るので問題はなかった。ところが最近はどちらともいえない生物が発見され混乱することが多くなった。

はじめに混乱するのは学校で教わる「ミドリムシ」である。この生物、緑色をしているので植物だと思う。ところが動物のようによく動くのに驚く。

調べてみると水中の微小生物の中には植物と動物の両方の性質をもつ生物がけっこういる。これならまだ動物と植物で説明できるのだが...。 

最近発見された生物には単に「動物」とも「植物」ともいえない不思議なものがある。それは食べなくても生存できるという、今までの常識を変える生物であった。その生物の名前は?

深海に住む「ハオリムシ」や「シマイシロウリガイ」である。深海は光が届かない世界である。そんな環境の中でも生物はたくさん生きている。光がないので植物ではないのだが、この動物、消化器官がほとんどない。

「シマイシロウリガイ」は名前の通り、貝の姿をしているが食べ物を取らないでも生きられる、不思議な動物である。果たして食べる事のない動物は動物といえるのだろうか?

海洋研究開発機構を中心としたグループが「シマイシロウリガイ」を調べてみると、「消化器官がほとんどなく、えらに共生する細菌から栄養を摂取している」ということがわかった。

この細菌は硫化水素をエネルギーに変えて有機物を作っているが、ゲノム解読の結果、宿主に栄養を送る機構がないこともわかった。「シマイシロウリガイ」は、細菌を体内に直接取り込んで栄養を吸収するとみられる。

熱水噴出口で発見された「ハオリムシ」も同じように共生する細菌から栄養をもらって生きている動物である。

この細菌のなかまは、葉緑体が光のエネルギーで有機物をつくるように、硫化水素の化学エネルギーを利用して有機物をつくるしくみを持っている。

こうした細菌と動物の共生関係は、葉緑体と植物の関係のように、微生物が別の生物に共生して細胞の一部になったとされる「細胞内共生」ににており、その仕組みの解明につながる可能性があるという。

今日は細胞内共生について調べる。(参考HP Wikipedia・海洋研究開発機構)
 

関連するニュース
深海の貝、シマイシロウリガイは細菌を「家畜化」


相模湾の海底で見つかったシマイシロウリガイに共生している細菌の全遺伝情報(ゲノム)を、海洋研究開発機構を中心としたグループが初めて解読した。

細胞分裂などに関係する遺伝子がないことがわかり、宿主であるシマイシロウリガイがこの細菌の増殖を制御して、「家畜」のように管理しながら栄養を得ていると考えられた。

成果は米科学誌カレント・バイオロジーに掲載された。
1000メートルを超す深海の冷水がわき出す場所に生息するシマイシロウリガイは、消化器官がほとんどなく、えらに共生する細菌から栄養を摂取している。細菌は硫化水素をエネルギーに変えて有機物を作っているが、ゲノム解読の結果、宿主に栄養を送る機構がないこともわかった。シマイシロウリガイは、細菌を体内に直接取り込んで栄養を吸収するとみられる。

こうした両生物の関係は、葉緑体と植物のように、微生物が別の生物に共生して細胞の一部になったとされる「細胞内共生」に似ており、その仕組みの解明につながる可能性があるという。 ( asahi.com 2007年05月21日)

細胞内共生とは何か?


細胞内共生説(さいぼうないきょうせいせつ)は、1970年マーギュリスが提唱した、真核生物細胞の起源を説明する仮説。ミトコンドリアや葉緑体は細胞内共生した他の細胞(それぞれ好気性細菌、藍藻に近いもの)に由来すると考える。

マーギュリスが唱えた説の内容は、

細胞小器官のうち、ミトコンドリア、葉緑体、中心体および鞭毛が細胞本体以外の生物に由来すること。

酸素呼吸能力のある細菌が細胞内共生をしてミトコンドリアの起源となったこと。
スピロヘータが細胞表面に共生したものが鞭毛の起源となり、ここから中心体が生じたこと。

藍藻が細胞内共生して葉緑体の起源になったことである。

このように、当初の説では鞭毛も共生由来としていたが、これには誤解がある(鞭毛自体にはDNAは見つかっていない)。しかし、当時はこれだけが特に不自然であるとは思われていなかったようである。

反対説としては中村運の「膜進化説」などがある。

細胞内共生の歴史

ミトコンドリアや葉緑体などの細胞小器官はその形態から共生由来ではないかとする考えが古くからあったが証拠はなかった。その後、これらの細胞小器官を囲む生体膜は二重であることが明らかとなり、好気性細菌や藍藻が細胞外から取り込まれそれらの膜が残ったと考えればそれらの機能からも説明しやすいことから、この説が提唱された。

さらにこれら、といった証拠から支持者が増加した。細胞小器官は独自のDNAを持ち、転写・翻訳機構が原核生物に類似する、またより新しい時代に藍藻が細胞内共生したと考えられる生物も存在する

細胞内共生説を支持する証拠

まず、細胞内の共生という現象はさほど特殊なものではない。原生生物に於いても共生の事例は数多い。藻類を細胞内共生させる繊毛虫や刺胞動物もある。鞭毛虫に於いて、一部の鞭毛が実はスピロヘータの共生しているものであった例も知られる。

他方、葉緑体やミトコンドリアは他の細胞器官と異なって、それぞれが分裂によって増殖し、しかも独自の遺伝子を持っていることが知られている。そのため、葉緑体やミトコンドリアによって生じる生物の形質には、メンデル遺伝に従わない例がある(細胞質遺伝)。

また、葉緑体自身がDNAを持っているので、それを元に蛋白質合成をするためのれに近いことも知られるようになったため、いよいよこれが本来は独自の生物であるリボソームも葉緑体に独自のものがある。

しかも、塩基配列の比較により、リボゾームRNAが細胞本体のものと異なり細菌の由来そとで考えられるようになったのである。

その後の展開

その後、細胞内共生説は、ほぼ定説とされている。 もちろん、変わった部分もある。まず、鞭毛については共生起源の可能性が否定された。他方、ペルオキシソームが新たに共生起源の可能性を示唆されている。また、真核生物の本体は真生細菌より古細菌に共通する点が多く、古細菌に近い生物に真正細菌が細胞内共生したのが真核生物の起源だとする考えが有力である。

そして、原生生物の中では、新たな形での細胞内共生の例が多数発見された。藻類の葉緑体は、高等植物のものと比べて、複雑な形のものが多く、それらの中には、二重膜ではなく、三重、四重の膜に包まれたもの、あるいはその中にはっきりとした核のような構造を持つものがある。

これらが、細胞内に葉緑体を持つ真核単細胞生物を、別の真核生物が取り込んだことから生じたものだということがわかってきた。すなわち、細胞内共生体を持つ細胞を、細胞内共生(二次共生)させているわけである。 なお一部の藻類、原生生物はさらに細胞内共生を繰り返して成立したといわれている。

昆虫と細菌との共生

後述するアブラムシとブフネラ(共生細菌)の例では、細菌はアブラムシの細胞内に生息しており、こういった共生形態を(真核細胞の起源とは別に単純に文字通りの意味で)細胞内共生と呼ぶ。

逆に細胞外に作られた構造体(粘液性物質や糖鎖などで作られる)中で共生する形態を細胞外共生と呼ぶ。細胞内共生微生物には単独では培養不能なものが多く、遺伝子の一部が宿主ゲノムに移行していることも多い。(出典フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』)
 

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プラネットアース episode 11 青い砂漠 外洋と深海

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火星に「火山・温泉の証拠」 多量の「二酸化ケイ素」発見  このエントリーをはてなブックマークに追加  

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火星で活動中のロボット、「スピリット」と「オポチュニティー」。火星に水がある証拠を次々に発見している。今回、温泉や火山活動のあった証拠を見つけた。

マーズ・エクスプロレーション・ローバー (Mars Exploration Rover, MER Mission) とは、2003年にNASAが打ち上げた、ローバー(ロボット)を用いて火星の表面と地質を探る2機の無人火星探査機である。

「スピリット」は2003年6月10日17時59分 (UTC) に打ち上げられ、2004年1月3日4時35分 (UTC) に火星のグセフ・クレーターに着陸した。

「オポチュニティ」は2003年7月7日15時18分 (UTC) に打ち上げられ、2004年1月24日1時5分 (UTC) に火星の反対側にあるメリディアニ平原に着陸した。
当初90日間の活動可能時間が設定されていたが、その予定は大幅に変更された。2007年5月現在も活動中であり、もうすぐ4年が過ぎようとしている。

しかし、老朽化は起きていて、「スピリット」の6つある車輪のうち1つが動かなくなっている。その動かない車輪がグセフ・クレーターの土を掘り起こした。

「スピリット」が車輪をひきずった跡に明るい色の土が発見された。そこで、スピリットはまずこの土を「小型熱放射分光計(Mini-TES)」を使って調べ、二酸化ケイ素であることを明らかにした。Mini-TESは、離れた場所からでも物質の組成を調べることのできる機器だ。

さらに元素の種類や量を知ることができる、「アルファ粒子・X線分光器(APXS)」によって、この明るい土が濃度約90パーセントの二酸化ケイ素であることが明らかとなった。

これだけの二酸化ケイ素があつまるには、温泉のような環境や、火山性の活動によって酸性の蒸気と土が反応したためではないかと考えられている。(資料提供:NASA/JPL/Cornell) 

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火星探査車スピリット、動かぬ車輪から思わぬ成果


耐用時間をはるかに超えて走り続ける火星探査車スピリット。6つある車輪の1つが故障し、引きずりながら移動する苦しい状態だ。だが、火星の土壌に深く食い込んだ車輪が、思わぬ幸運を掘り当てたらしい。

NASAが火星に送った双子の探査車、スピリットとオポチュニティーは、2004年から探査を続けており、火星における火山活動や水の存在を示す地形や物質など重要な成果をもたらしている。しかし、火星で過ごしてきた年数を隠せない兆候が出ているのも事実だ。

実は、スピリットに6つある車輪のうち1つは動かなくなっている。そのため、探査車の通った後には、車輪をひきずった深い溝が残されるのだ。今回はこの不幸が幸いし、新たな水の存在を示す証拠の発見となった。

先月、スピリットが車輪をひきずった跡に明るい色の土が発見された。そこで、スピリットはまずこの土を小型熱放射分光計(Mini-TES)を使って調べ、二酸化ケイ素であることを明らかにした。

Mini-TESは、離れた場所からでも物質の組成を調べることのできる機器なのだ。その後、この場所に戻ったスピリットは調査を開始した。使用されたのは、アルファ粒子とX線を照射して元素の種類や量を知ることができる、スピリットの腕の先に搭載されたアルファ粒子・X線分光器(APXS)。そして、この明るい土が濃度約90パーセントの二酸化ケイ素であることが明らかとなったのだ。

このような高濃度の二酸化ケイ素の発見は初めてのことだ。その形成原因については、温泉のような環境や、火山性の活動によって酸性の蒸気と土が反応したためではないかと考えられている。

NASA・エイムズ研究所の宇宙生物学者David Des Marais氏は、「今回の発見で、地球に似た生命に優しい環境が火星に存在していたことが示されました。これは、ひじょうに興味深いことです」と話している。

なお、二酸化ケイ素は地球上にも水晶などの結晶構造を持つ物質として存在しており、一般的にはガラスの主成分として使用されている。しかし、今回発見された火星の二酸化ケイ素には、結晶構造は検出されていない。(2007年5月23日 JPL News Releases) 

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鍾乳石が語る大気汚染 「酸性雨」も中国発? このエントリーをはてなブックマークに追加  

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日本では1970年代に発生した光化学スモッグ、近年は中国の大気汚染が原因で発生している可能性が高くなった(2007年5月18日記事参照)。  

光化学スモッグの正体はオゾン(O3)であるが、オゾンはどうやってできるのであろう?  

経済成長を続ける中国では、エネルギーとして、石炭や石油を燃やして火力発電を行っている。石炭・石油などにふくまれている、硫黄化合物や窒素化合物が燃えて硫黄酸化物、窒素酸化物ができる。 
オゾンはこのうち窒素酸化物紫外線を浴びてできることがわかっている。   また、硫黄酸化物や窒素酸化物は雨に溶けて雨を酸性にする、酸性雨の原因物質としても知られている。

今回、九州大の吉村和久教授(地球化学)らは、空気中の硫黄酸化物の濃度を西表島にある鍾乳洞「中野洞」の鍾乳石のひとつである、「石筍」で確認することができた。  

鍾乳石の主成分は炭酸カルシウムであるが、二酸化炭素や硫黄酸化物が溶けた酸性雨のはたらきで、石灰石の中のカルシウムが溶け出して成長する。したがって鍾乳石には硫黄成分もふくまれている。  

鍾乳石のなかの硫黄成分を調べると、どのくらい空気中に硫黄酸化物があるかわかり、大気汚染の状況もわかる。今回の調査で、鍾乳石の中の硫黄成分は中国の高度成長とともに増えていることがわかった。  

その結果、「光化学スモッグ」に続き、「酸性雨」も中国発の可能性が大きくなった。今日は「酸性雨」とは何か調べる。(参考HP Wikipedia)   

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酸性雨:西表島の石筍から過去の状況分析 九州大など
鍾乳石の一種「石筍(せきじゅん)」から、過去の酸性雨の状況を調べる手法を、九州大などの研究チームが開発した。西表島(沖縄県)の石筍を分析すると、90年代初め以降、酸性雨の原因となる雨水中の硫酸イオン濃度が2〜3倍に急増したことが判明した。中国の石炭使用量が増え始めた時期と一致し、研究チームは中国から酸性物質が流入した影響とみている。

石筍は、洞穴などの天井から落ちる水滴によってできるタケノコのような形の鍾乳石で、水滴には雨の成分も含まれる。雨が地中にしみ込む際、植物が分解してできるフルボ酸が混入するが、夏は多く冬は少ないため、石筍には年輪のようなしま模様(年縞(ねんこう))ができる。

九州大の吉村和久教授(地球化学)らは、西表島の中野洞で採取した成長中の石筍(高さ約15センチ)を用い、しま模様の間隔から石筍の成長速度を年平均0.05ミリと判定。過去約140年間に成長した部分を層状に削り取って、含まれる硫酸イオン濃度を測定した。80年代までは5ppm(ppmは100万分の1)前後でほとんど変化はなかったが、90年代以降は10〜15ppmに急増していた。

西表島などの八重山地方は、冬季に中国の工業地帯上空を通過した気団がやってくることが多いが、酸性雨の継続した観測データはなかった。

中国では90年代以降、石炭の使用量が増えているといい、吉村教授は「中国から酸性物質が流入している可能性が高い。西表島の地質は国内の他地域に比べ、酸性雨を中和する能力が低い。酸性雨がひどくなった時期を特定できたことは、土壌や水への影響を予測する上で重要だ」と話している。(毎日新聞 2007年5月23日)


酸性雨とは何か?


狭義にはph5.6以下の雨のことを酸性雨と呼ぶが、広くはこれに雪、霧や粉じん、ガス状物質などを含め、地表を酸性にする上空からの酸性降下現象をまとめて含めて考える。

雨や雪、霧などの湿性降下物と、粉じんやガス状物質の乾性降下物を合わせて酸性降下物と呼ぶ。pHの絶対値ではなく、人為的な影響が加えられる前と比較して雨等のpHが酸性側にシフトする現象である。

通常の雨はやや酸性である。中性にはならないのは、雨が純粋な水ではなく大気中に僅かに含まれる二酸化炭素火山活動により生じた硫黄酸化物などが自然に溶け込むためである。

近年、pHが低い(酸性が強い)雨がしばしば観測されるようになり、酸性雨として問題視されるようになった。日本で観測される雨の平均的なpHは4.8程度であり、大気中の二酸化炭素だけが水に溶けたときのpHが5.6であることと比較すると酸性となっていることがわかる。

しかし、火山などの自然発生源から放出される硫黄酸化物を計算に入れると、自然の雨(酸性雨でない雨)は、pH5前後ではないか、という研究報告もある。

また、雨・雪等に解けたアンモニアアルカリ性を示すが、地表に降下後微生物により亜硝酸態窒素・硝酸態窒素となり土壌を酸性化させることが知られており、環境を酸性化させる降下物として広義にはこれを含める場合もある。


酸性雨の原因は何か?


酸性雨の原因は化石燃料の燃焼や火山活動などにより発生する硫黄酸化物(SOx)や窒素酸化物(NOx)、塩化水素(HCl)などである。これらが大気中の水や酸素と反応することによって硫酸硝酸塩酸などの強酸が生じ、雨を通常よりも強い酸性にする。

大気中に放出されるアンモニアについては、人間の活動や家畜糞尿に起因するものが問題視されている。ただし、酸性雨の問題は、産業革命以降急激に進んでいることから、人間の活動による大気汚染との因果関係は強いと考えられる。

なお、日本における原因物質の発生源としては、産業活動に伴うものだけでなく火山活動(三宅島桜島)等も考えられている。また、東アジアから、偏西風に乗ってかなり広域に拡散・移動してくるものもあり、特に日本海側では観測される。

国立環境研究所の調査では日本で観測されるSOxのうち49%が中国起源のものとされ、続いて日本21%、火山13%、朝鮮12%とされている。

鍾乳石とは何か?


鍾乳石は、鉱物質を含んだ水溶液が天井面から落下する際に、炭酸カルシウムなどの沈殿物を濃集させ、天井面から下がるつらら状の棒を発達させることにより生成される。

あらゆる鍾乳石は、ミネラルで飽和した一粒の雫がもとになる。水がしたたりおちるとき、方解石で出来たとても細いリングを後に残す。後から後から垂れてくる滴はそれぞれ別々に方解石のリングを形づくり、それらが独立して伸びていく。

結局、これらのリングはとても細い(0.5mm)、鍾乳管(ソーダストロー)として良く知られている中空の管の様な鍾乳石を作り出す。ソーダストローはとても長く成長することがあるが、それらはとても脆い。もしそれらが破片によってふさがれてしまったら、水は外側を流れ始め、より沢山の方解石を集積させてさらに一般的な円錐形の鍾乳石を作りはじめる。
 

酸性雨―誰が森林を傷めているのか?

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酸性雨―複合作用と生態系に与える影響

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豊かな南極の深海 500種以上の新種発見 国際チーム このエントリーをはてなブックマークに追加  

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深海とは200mより深い海の中をいう。地球の海の平均水深は約3,800 m であり、深海はその約95 % を占める広大な世界である。

海の大部分は深海であると言っても過言ではない。それにもかかわらず、巨大な水圧のため、そのほとんどは未踏の領域であり、いまだ未知の部分が多い。

200mより深い海の水を海洋深層水という。海洋深層水は、風の影響が無いので完全に静止しているであろうと考えられてきた。

海洋深層水は性質の相異から表層の海水とは混合はしないのだが、弱いながらも海流があるということがわかってきた。

 海洋大海流

その中で一番壮大な規模のものは海洋大循環による海洋深層水で、北大西洋グリーンランド沖と南極海ウェッデル沖で海水が冷やされて深層部に沈み込むことによって海洋深層水が誕生する。

そしてこの深層水は、大西洋を南下し、インド洋を通過して太平洋を北上し、ここで湧昇して表層を逆にたどって大西洋へ戻って行く。

現在の研究では、大西洋で海洋深層水が誕生してから太平洋で湧昇するまで(図の青い部分)で1500〜2000年かかると言われている。

先日南極半島の東側、ウェッデル海の深海でドイツ海洋生物多様性センターなどの調査で、500種類以上の甲殻類をはじめとする新種の生物多数を発見された。

こんなに南極の深海が豊かなのは、何千年もかけ、ゆっくり流れる海洋大循環により豊富な養分がいつも供給されているためなのかもしれない。(参考HP Wikipedia)

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南極海:深海に多数の新種生物 国際チーム発見


南極大陸から南米側に突き出した南極半島の東側、ウェッデル海の深海で500種類以上の甲殻類をはじめとする新種の生物多数を発見したと、ドイツなどの国際研究チームが17日付英科学誌ネイチャーに発表した。

南極海では温暖化で崩壊した棚氷に覆われていた海域でも新種とみられる生物が多数見つかるなど、従来考えられていたより豊かな生態系があることが分かってきている。

研究チームは2002〜05年、3回にわたって調査船を派遣し、水深774〜6348メートルから海洋生物を採取した。

分類の結果、甲殻類の一種ワラジムシの仲間、585種類が新種と判明。ほかにも、貝のような形をした貝虫類約70種、釣りのエサに使われるゴカイに似た多毛類81種、海綿17種類などが新種とみられるという。

研究チームは「南極海の深海部では一部の生物が特有の進化を遂げているようだ」と指摘している。(毎日新聞 2007年5月17日) 

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日本最古「ネズミザメ」の化石 小4が発見 和歌山 このエントリーをはてなブックマークに追加  

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サメは古くから地球上に生息している魚類である。サメの起源は約4億年前の古生代デボン紀にさかのぼる。

サメは出現したときにはすでに現在とほぼ同じような姿をしており、以来あまり大きく変化していない。その間、サメ類は世界中の海に放散してさまざまな種類を増やしてきた。

現在、世界中には約400 種が存在する。世界中の海洋に広く分布し、深海性のサメも知られている。体の大きさは種によって異なり、最大のジンベエザメ(体長14 m)から最小のツラナガコビトザメ(体長22 cm)までさまざまであるが、平均的には1 〜3 m のものが多い。

サメのなかまは、よく化石で出土する。しかしその化石のほとんどは歯の化石である。骨格が軟骨性なので、全身の化石が出る事は極めてまれである。

今年3月4日、 ネズミザメのなかまの歯の化石が和歌山県広川町の白木海岸の白亜紀前期オーテリビアン階(約1億3500万年〜1億3200万年前)と推定される地層から発見された。

発見者はかつらぎ町立笠田小4年の山本祥久君(9)。日本では最古のネズミザメの化石で、サメの歴史を知るうえで重大な発見である。

化石は6月1日(金)〜9月2日()に和歌山県立自然博物館で展示される。
博物館はこちら → http://www.shizenhaku.wakayama-c.ed.jp/

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日本最古ネズミザメ類の歯の化石、和歌山の小4が発見


ネズミザメ目の歯の化石(和歌山県立自然博物館提供)と発見者の山本祥久君 

和歌山県立自然博物館は16日、同県内の小学男児が、1億3500万〜1億3200万年前のものとみられるネズミザメ類の歯の化石を発見した、と発表した。

同館によると、同種の歯の化石としては日本最古で、これまでの発見より300万〜1000万年さかのぼる。専門家は「ネズミザメ類の起源や当時の分布を知る上で貴重」としている。化石は6月1日から同館で展示される。

発見したのは、同県かつらぎ町立笠田小4年の山本祥久君(9)。山本君は、同館が3月4日に同県広川町の白木海岸で開いた化石発掘イベントに参加し、恐竜が生息した白亜紀前期の地層の石を探し、約50個をハンマーで割っていて見つけた。

同館の調査で、根元の突起の特徴などから、ホオジロザメなどが属するネズミザメ類の歯と判明した。

山本君は「自分が見つけた化石を博物館に展示してもらえるなんて。将来は博物館の仕事をしてみたい」と喜んでいる。

サメの歯の化石に詳しい群馬県立自然史博物館の高桑祐司学芸員は「ネズミザメ類出現の初期にあたる化石で、このサメが早くからアジアに分布していたことなどを知ることができる」と評価している。(2007年5月17日0時41分  読売新聞)

ネズミザメとは何か?


ネズミザメ(Lamniforme)とは、7 科10 属16 種。他のサメの分類群(目)と比べて形態的・生態的に多岐に渡り、分類群としての特徴ははっきりしない。

しかし逆にネズミザメ目自体が、他の分類群には含められない特異な特徴をもつサメの集まりであると考えることもできる。ネズミザメ目に含まれる代表的なサメを以下に示す。

*原始的なサメの特徴を残す珍しい種 ‐ ミツクリザメ、メガマウス
*大型で強力な捕食者 ‐ホホジロザメ、アオザメ、ネズミザメ、シロワニ
*特異な生態を持つ種 ‐オナガザメ
*サメ類では3 種しかいないプランクトンフィーダー(濾過摂食者) ‐ ウバザメ、メガマウス

食用としての利用

三陸地方ではよく食用として捕獲される。地方名は毛鹿(モウカ)ザメ。白身で淡白、クセは無い。蒲鉾には利用されず、煮物、焼き物、揚げ物などで食べられる、お総菜用の魚。調理法によっては、パサパサしてしまう。鮮度しだいでは、お刺身でも食べられる。

魚の心臓をホシ(ホシッコ)と呼んでいるが、ネズミザメの心臓は「モウカのホシ」と呼ばれ珍味。外側の膜を剥がし、薄くスライスして酢味噌で食べると、驚くほどあっさりとしている。(参考HP Wikipedia・Angler's-Market)
 

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初めてとらえた「ダークマター」の輪 NASA このエントリーをはてなブックマークに追加  

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宇宙は将来どうなるのか?現在、多くの観測結果から宇宙が膨張していることは明らかである。だが、このまま膨張し続けるのか、ある時期に膨張が止まり収縮に転じるのかはわかっていない。

その鍵をにぎるのが宇宙を構成する物質である。宇宙には光を放出し、目で確認できる物質は5%程度しかない。25%がダークマターと呼ばれる光を放出しない見えない物質。70%がダークエネルギーという存在である。

このダークマターとダークエネルギーの正体はまだわかっておらず。現在、宇宙の重要な研究テーマになっている。

 発見されたリング状のダークマター NASA

ダークマターは目に見えないが、その重力で背後からの光がゆがんで見える「重力レンズ効果」で間接的に存在が確認できる

ダークマターは銀河や銀河団の近くに観測され、銀河や銀河団の形成に重要な働きがあると考えられていた。今回発見されたのはリング状のダークマターで銀河団や銀河などからはなれ、独自の構造を形成しているのが初めて発見された。

今回は「ダークマター」「ダークエネルギー」とは何か調べたい。(参考HP Wikipedia)


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暗黒物質:巨大リングを銀河団内で発見 NASA発表


宇宙に膨大に存在するなぞの物質「ダークマター(暗黒物質)」が形成する直径約260万光年のリング状構造を、地球から約50億光年離れた銀河団内で米欧などの研究チームが発見した。米航空宇宙局(NASA)が15日発表した。約10億〜20億年前に二つの巨大な銀河団が衝突してできたと推定されている。

暗黒物質のリングが見つかったのは銀河団「CI0024+17」。内部の暗黒物質の分布を調べるため、04年11月にハッブル宇宙望遠鏡で観測したデータを米ジョンズ・ホプキンス大の研究者らが解析したところ偶然発見されたという。

研究チームは「銀河団内のガスや銀河などから独立して、暗黒物質が独自の構造を形成しているのを発見したのは今回が初めて」と説明している。

暗黒物質の質量は宇宙全体の2割を超え、通常の物質の6倍近い。目に見えないが、その重力で背後からの光がゆがんで見える「重力レンズ効果」で間接的に存在が確認できる。(毎日新聞 2007年5月16日)

今回明らかになったダークマターの分布が、目に見える銀河の分布とほぼ同じである点だ。銀河は、まさにダークマターの密度が大きくなっている領域に集中して存在している。銀河や大規模構造は物質が重力で集まることで形成されるが、「目に見える物質」だけを想定すると、現実よりも時間がかかってしまう。そのため、まずダークマターのかたまりが存在して、そこに「見える物質」が引き寄せられたとするモデルが有力視されていた。今回の観測結果は、このモデルを強く裏付けるものといえる。 

ダークマターとは何か?


ダークマター(dark matter)とは暗黒物質ともいう。暗黒物質とは、宇宙にある星間物質のうち、自力で光っていないか光を反射しないために光学的には観測できない物質のことである。宇宙の質量の4分の1近くを占める。

暗黒物質の正体

ダークマターの正体はまだわかっていない。しかしいくつか候補があげられている。
ニュートリノ  ニュートラリーノ  ブラックホール 白色矮星 中性子星  惑星 など

どうやってダークマターを観測するか?

宇宙空間に暗黒物質が存在するとその質量により光が曲げられ、背後にある銀河などの形が歪んで見える重力レンズ効果が起こる。

重力レンズによりダークマターの存在がわかる。

重力レンズはこちら → http://blog.goo.ne.jp/liberty7jp/d/20070110

ダークエネルギーとは何か?


ダークエネルギー (dark energy) とは、宇宙全体に広がって負の圧力を持ち、実質的に「反発する重力」としての効果を及ぼしている仮想的なエネルギーである。宇宙論研究者のマイケル・ターナーが最初に作った言葉であるとされる。

現在観測されている宇宙の加速膨張や、宇宙の大半の質量が正体不明であるという観測事実を説明するために、宇宙論の標準的な理論(ロバートソン-ウォーカー計量)にダークエネルギーを加えるのが現在最もポピュラーな手法である。

この新しい宇宙論の標準モデルをΛ-CDMモデルと呼ぶ。現在提案されている2つのダークエネルギーの形態としては、宇宙定数とクインテセンス (quintessence) がある。

前者は静的であり後者は動的である。この二つを区別するためには、宇宙膨張を高い精度で測定し、膨張速度が時間とともにどのように変化しているかを調べる必要がある。このような高精度の観測を行うことは観測的宇宙論の主要な研究課題の一つである。

ダークエネルギーには互いに反発する性質があるため、宇宙膨張を加速する原因となりうる。これは物質優勢の宇宙という伝統的な描像で膨張の減速が起こると予想されているのとは対照的である。宇宙の加速膨張は多くの遠方の超新星の観測から示唆されている。

宇宙の全エネルギー密度の研究からも別の議論がもたらされている。理論的・観測的研究から、宇宙の全エネルギー密度は宇宙がちょうど平坦になる(すなわち、一般相対性理論で定義される時空の曲率が大きなスケールで 0 になる)ような臨界密度に非常に近いことが昔から知られている。

特殊相対性理論の E = mc2 から)エネルギーは質量と等価なので、これは通常、宇宙が平坦になるのに必要な臨界質量密度と呼ばれる。光を放出する通常の物質の観測からは、必要な質量密度の2-5%しか説明できない。

この足りない質量を補うために、ダークマターと呼ばれる目に見える光を放出しない物質の存在が長い間仮定されてきた。しかし、1990年代に行われた銀河や銀河団の観測で、ダークマターをもってしても臨界質量密度の25%しか説明できないことが強く示唆された。もしダークエネルギーが臨界エネルギー密度の残りの約70%を補えば、全エネルギー密度は宇宙が平坦であるのに必要な量と矛盾しなくなる。

もしも仮想的なダークエネルギーが宇宙のエネルギーバランスにおいて支配的であり続けるなら、現在の宇宙膨張は加速し続け、ついにはドジッター宇宙として知られる文字通り指数関数的な膨張となる。

あるいは、ダークエネルギーは一定ではなく、時間とともに増えているかもしれない。「幽霊エネルギー (phantom energy)」と呼ばれるこのシナリオでは、宇宙に存在する全てのものは原子に分解され、最後にはビッグリップによって吹き飛ばされてしまい、構造のない空っぽの宇宙が残される。

最終的にはダークエネルギーは時間とともに散逸し、宇宙は互いに引き合うようになるかもしれない。このような不確定性があるために、やはり重力が宇宙を支配し、やがては宇宙が自ら潰れるビッグクランチに至るという可能性も残されている。しかしこれは一般的には最も可能性の低いシナリオだと考えられている。(出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』) 
 

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