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赤外線で見る宇宙 天文衛星「あかり」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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「あかり」は、日本初の赤外線天文観測専用衛星で、高度約700キロの太陽同期軌道を回り、昨年5月から本観測を続けている。米国、オランダ、英国が共同開発した赤外線天文衛星「IRAS」による宇宙地図を24年ぶりに高解像度で書き換えた。

赤外線天文衛星による全天画像が宇宙航空研究開発機構により11日に公表された。赤外線で見る全天は肉眼で見る宇宙と違った美しさがある。空気のない宇宙空間で撮った映像は繊細でシャープだ。

 
赤外線による宇宙観測により、何がわかるのだろうか?今日は赤外線天文衛星「あかり」について調べる。(参考HP JAXA・ISAS)

関連するニュース
赤外線全天地図:JAXAが公開 宇宙のチリもはっきり


宇宙航空研究開発機構(JAXA)は11日、日本の赤外線天文衛星「あかり」の観測によって作成した宇宙の全天地図を公開した。米欧の衛星の観測で作られた地図を、数倍の高解像度で約20年ぶりに更新した。可視光だと見えにくい高温のガスやチリをはっきりとらえることができる。

「あかり」は06年2月に打ち上げられ、5月から観測を始めた。月に隠れた領域などを除き、これまでに全天の95%以上を観測。これらの画像を組み合わせて全天地図を作製した。

波長9マイクロメートル(マイクロは100万分の1)の赤外線で見た全天地図では、生まれたばかりの星によって温められたチリやガスが銀河系の中心方向に集中している様子が分かる。JAXA宇宙研究本部の村上浩教授(赤外線天文学)は「ガスがあるのに星が生まれていない領域もある。何がきっかけに星が生まれ、どのように進化していくのかを解明する基礎データにしたい」と話している。(毎日新聞 2007年7月11日)

赤外線天文衛星「あかり」とは何か?


2006年2月22日鹿児島県の内之浦宇宙空間観測所から「あかり」は打ち上げられた。

「あかり(ASTRO-F)」は、日本初の本格的な赤外線天文衛星で、空全体にわたって星や銀河などすべての赤外線源を調べあげる「サーベイ観測」を目的とする。同様の目的でアメリカ・イギリス・オランダによって1983(昭和58)年に打ち上げられた世界初の赤外線天文衛星IRAS(Infrared Astronomy Satellite)と比べ、はるかに高い性能を持つ。

IRASが口径57センチの赤外線望遠鏡を搭載、約10カ月間の観測をしたのに対して、「あかり」は口径67センチで打ち上げ後約550日の観測が可能。

観測装置は遠赤外線を観測するFISと、近・中間赤外線カメラであるIRCの2種類(IRCの近赤外線カメラだけは数年間にわたって観測可能)。撮影能力もIRASの1桁以上高い感度、数倍以上高い解像度を備える。「あかり」は波長9μm、18μm, 65μm, 90μm, 140μm, 160μmの赤外線で全天観測を行う。

「あかり」の主な目標は、「銀河がいつどのようにして生まれ、現在の姿に進化してきたか」「星の誕生とその周りで惑星がどのように形成されたのか」というプロセスの解明だ。

「あかり」の赤外線観測装置で何がわかるか?


1.星の誕生に発生する赤外線を観測する。
銀河の中で星がすごい勢いで誕生している時には、星は雲(暗黒星雲)の中に埋もれてしまって可視光線ではそれほど明るく見えませんが、赤外線で見るととても明るくて、星が生まれているのがよく分かります

2.宇宙はタイムマシン。赤外線で遠い過去を探る。
宇宙の初めの頃に作られた星の光は、大きなドップラー効果によって赤外線として観測されます。そこで「あかり」は、高感度の赤外線観測により数百万個にのぼる銀河を しらみつぶしに観測し、原始銀河を探索します。

3.まだまだわからない恒星の生と死を調べる。
銀河系の中では、今も少しずつ星が作られている。「あかり」は暗黒星雲の中で生まれたばかりの星を探査して、どのような場所でどのようなきっかけで星ができるのか、どのような質量の星がどのような割合で作られるのか、などを調べる。

4.惑星系の誕生を調べる。
惑星の原料である宇宙塵が赤外線で最も良く観測できることを利用して、惑星が作られる過程を解明するのも、「あかり」の重要な仕事である。

「あかり」のこれまでの成果


・平成18年5月の観測開始から1年以上の観測(フル成功基準の要求)を達成
・全天観測による宇宙の赤外線地図作り(6波長帯で連続的に天球を走査)
・ 2回以上観測した天域が、全天の90%を超えた
・赤外線天体検出の信頼性を上げるため、2回以上の観測を要求
・月に隠される等により2回の観測ができなかったところは今後観測
・IRAS衛星による宇宙地図を24年ぶりに高解像度で書き換え
 (IRAS: 米、蘭、英により1983年に打上げられた世界初の赤外線天文衛星)
 指向観測(10分間程度望遠鏡を固定し、詳細観測)
・ 1年間で約3500回の観測を実施
・北黄極、大マゼラン銀河の大規模な高感度サーベイ
・黄道光、星間物質、星・惑星系形成、晩期型星、活動的銀河核/赤外線銀河、
 宇宙背景放射等、15項目の観測計画に基づく系統的観測
・観測機会の一部に対して、日韓欧の研究者を対象とした公募観測を実施
・初期成果の一部は、今年3月に東京大学より報道発表。8月頃に、名古屋
 大学からも発表予定。  
 

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遺伝子工学でパワーアップ!光合成能力「明反応」「暗反応」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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人間は将来、これまでになかった花を好きな色、好きな形にデザインして、咲かせることができるかもしれない。またデンプンを多く含む植物をつくり出し食料やバイオ燃料の問題を解決するかもしれない。それほど最近の遺伝子研究の成果はすばらしい。

今回は日本大学生物資源科学部の奥忠武教授らが、遺伝子を組み換えて、光合成能力を高めた植物を作り出すことに成功した。

光合成能力が高まると何がよいか?1つは二酸化炭素吸収能力が高くなり地球温暖化に対抗できること。もう1つはデンプンなどの収量が増えバイオ燃料の増産に役立つ。また発生する酸素の量も増える。

光合成は光エネルギーを化学エネルギーに変える明反応(光化学反応)と、その化学エネルギーを利用して二酸化炭素からデンプンなど有機物をつくりだす暗反応(カルビン−ベンソン回路)に分かれる。

今日は明反応・暗反応について調べる。(参考HP Wikipedia)
 

関連するニュース
植物の光合成能力アップ、日大が遺伝子組み換えで成功


植物の光合成能力を遺伝子組み換えで、約1・3倍に高めることに、日本大学生物資源科学部の奥忠武教授らが成功し、9日発表した。

光合成には、光で水を分解して化学エネルギーをつくる反応(明反応)と、その化学エネルギーで、二酸化炭素から炭水化物をつくる反応(暗反応)があるが、明反応と暗反応を同時に増強させることに成功したのは世界で初めて。

奥教授は、水生植物と陸上植物で、光合成を担うたんぱく質が異なることに着目。水生植物から陸上植物に進化した際に失った遺伝子を、すし海苔(のり)に使われる藻から抽出して、モデル植物のシロイヌナズナに組み込んだ。

実際に、種から栽培したところ、光合成の能力が高まり、背丈は1・3〜1・5倍に成長。でんぷんの生産量も約1・2倍に増えた。

奥教授は「食糧や木材、バイオ燃料の増産だけでなく、二酸化炭素(CO2)を吸収して地球温暖化防止にも役立つ」と話している。(2007年7月9日19時33分  読売新聞)
 

光化学反応(明反応)とは何か?
光化学反応(こうかがくはんのう)とは光エネルギーを吸収し、色素分子を励起して物質の酸化還元に用いる反応のことである。光合成の反応に見出されており、還元物質NADPHやATPの合成などを行なう。酸素発生型光合成では光化学反応により水を電子供与体として用い、酸素を発生する(水の光分解)。

大まかに以下のステップに光化学反応は分けられる。

  1. 集光色素が光を収集し、色素分子が励起される(励起子を生じる)。
  2. 励起子は光化学系反応中心に存在する色素分子(スペシャルペア)に電子伝達を行い、反応中心で電荷分離反応が起きる。
  3. 2.の反応により、反応中心につながる部分にて酸化還元反応が誘起され、還元物質を生じる(光化学系IではNADPH、光化学系IIではプラストキノール)。
  4. 電子伝達の結果、葉緑体のストロマ(葉緑体基質)からチラコイド内腔にプロトンが移動し、プロトン濃度勾配を生じる。
  5. 4.で生じたプロトン濃度勾配を用いてATP合成酵素にてATPの合成が行なわれる。

明反応の収支式は以下の通りである。

  • 12 H2O + 12 NADP+ → 6 O2 + 12 NADPH + 72 H+in
  • 72 H+in + 24 ADP + 24 Pi (リン酸) → 72 H+out + 24 ATP


カルビン−ベンソン回路(暗反応)とは何か?

カルビン - ベンソン回路とは、光合成反応における炭酸固定反応の代表的なものであり、緑色植物をはじめ、ほとんどの光合成生物(一部の例外を除いて光合成細菌も同様)がこの回路を所持している。光化学反応により生じたNADPHおよびATPが駆動力となって回路が回転し、最終的にフルクトース6-リン酸から糖新生経路に入り、多糖(デンプン)となる。

なお、この回路の中核である炭酸固定反応を担うリブロースビスリン酸カルボキシラーゼ (RubisCO) は地球上でもっとも存在量の多い酵素であると言われている。いくつかの酵素(RubisCOも含む)が光によって活性化されるために、夜間は炭酸固定活性が低下する。

カルビン - ベンソン回路の反応

カルビン-ベンソン回路はチラコイド膜外部即ち葉緑体基質で起こっている。また光合成細菌の場合は細胞質基質で行なわれる。これらの反応はその回転に13種類の酵素の関与する複雑な回路であり、多糖に変換される系、再び炭酸固定反応に使用される系が共存している。

これらの系は共同的に動いている。炭酸固定反応の主格を担う糖は『D-リブロース1,5-ビスリン酸』である。

カルビン-ベンソン回路の多糖変換系収支式は以下の通りである。

  • 6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP → C6H12O6 + 12 NADP+ + 18 ADP + 18 Pi

    この反応を正確に書くと

  • 6 CO2 + 12 NADPH + 18 ATP → フルクトース1,6-ビスリン酸 + 12 NADP+ + 18 ADP + 16 Pi

これらの式からわかるが、二酸化炭素が6分子カルビン-ベンソン回路で固定されると(つまり炭酸固定反応に再使用される系が6回転すると)糖新生系に組み込まれるのに十分な炭素が供給される。 
 
光合成の科学

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レンズとは何か?レンズの科学 このエントリーをはてなブックマークに追加  

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レンズは何に使われているだろうか?身近な物ではメガネやカメラ、ルーペなどがある。顕微鏡として微細な世界とそこに潜む微細な生命を発見させたり、望遠鏡として地球外の世界を見せるなど、レンズは科学の発展にも関与している。

レンズで物を見ると逆さまに見えたり(実像)。そのままの向きで大きく見えたりする(虚像)。どんな場合に小さく見えて、どんな場合に大きく見えるのだろうか。


レンズは便利なものであるが、レンズにも欠点がある。収差とよばれるものがある。収差とは像ができると色が付いたり(色収差)、像がぼやけたりする(ザイデル収差)性質である。またガラスでできた大きなレンズは重くなるという欠点もある。

これらの欠点を補うために、いろいろなレンズが考えられている。

今日はレンズについて調べる。(参考HP Wikipedia) 

レンズとは何か?


レンズ (lens) とは、光を屈折させて拡散や集束などをするためのもので、一般的には透明で表面が球面になっている。

球面を使わない非球面レンズのほか、光の回折作用を用いる回折レンズも存在する。
 
素材としてはガラス、プラスチックなどが用いられる。中央部の厚いものを凸(とつ)レンズ、中央部の薄いものを凹(おう)レンズという。

顕微鏡のレンズ、望遠鏡のレンズなど、レンズは科学の発展に大きく関与している。カメラのレンズを単にレンズと言うことも多い。また、眼の水晶体も同様にレンズと呼ばれる。

凸レンズのつくる像


凸レンズのつくる像の大きさや向きは作図によって求まる。(1) 軸に平行な光線は凸レンズを通ったのち軸上の一点 (焦点) に集まり、(2) 逆に焦点から出た光は軸に平行な光線となる。(3) さらにレンズの中心に向う光は直進する。

レンズの欠点「収差」とは?


収差(しゅうさ)とは、レンズによって像ができるときに発生する色づきや、像にボケやゆがみを生じることである。像の色づきを色収差という。
 
像のボケやゆがみは、5種類に分類されザイデル収差という。ボケは、物体の点が点像にならないことを指す。 

いろいろなレンズ


非球面レンズ(ひきゅうめんれんず)とは、球面のみならず曲面で出来ているレンズの総称。 球面レンズに比べて収差を小さくすることができる。
 
蛍石レンズ(ほたるいしレンズ Fluorite lens)とは、レンズの素材(硝材)として蛍石(フッ化カルシウム・CaF2の単結晶)を用いたレンズのことである。フローライトレンズとも呼ばれる。

一般に非常に色収差の少ない(従って色にじみの少ない)像を得ることができ、高級な光学機器、特にカメラ・顕微鏡・望遠鏡・半導体ステッパーなどに用いられる。

フレネルレンズ (Fresnel lens) は、通常のレンズを同心円状に切り厚みを減らしたレンズ。断面はのこぎり状となっているが、軽くなっている。プリズムの集合体としても捉えられる。灯台用のレンズとして、フランスの科学者オーギュスタン・ジャン・フレネルが発明した。 

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BSEは克服できるか?「異常プリオン」防ぐ物質「GN8」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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プリオンとは何だろう?狂牛病(BSE)や人間のクロイツフェルト・ヤコブ病を引き起こす原因になるのは異常プリオンである。

しかしプリオン自体は問題ではなく、逆に正常プリオン蛋白がないと発育するにつれ運動失調や長期記憶、潜在学習能力の低下が認められる。したがって、正常プリオン蛋白は神経細胞の発育と機能維持に何らかの役割があると考えられている。

プリオンは「感染能を持つタンパク質因子」というのがその意味で、要するにバクテリアやウイルスと同義の言葉である。



この新しいタイプの病原体は1982年にスタンリー・B・プルシナーが発見した。彼はこの功績で1997年にノーベル生理学・医学賞を単独で受賞した。

今までこのプリオンをコントロールする方法を発見できなかった。今回、岐阜大人獣感染防御研究センターと長崎大、福岡大の共同研究グループは、正常なプリオンが、狂牛病(BSE)や人間のクロイツフェルト・ヤコブ病を引き起こす感染性プリオンへ変化するのを防ぐ人工物質「GN8」の生成に成功した。

プリオンはタンパク質の立体構造が変わることで異常化すると考えられている。そこで「GN8」を投与することで、形が変わらないよう固定することができる。

これをきっかけに人はBSEを克服できるかもしれない。今日はプリオンについて調べる。(参考HP Wikipedia)
 
 
関連するニュース
プリオン:感染性への変化防ぐ物質生成に成功 岐阜大など


岐阜大人獣感染防御研究センターと長崎大、福岡大の共同研究グループは、正常なプリオンが、狂牛病(BSE)や人間のクロイツフェルト・ヤコブ病を引き起こす感染性プリオンへ変化するのを防ぐ人工物質「GN8」の生成に成功したと発表した。

プリオンは常に形状が変化しており、ある一定の形になった時、感染性プリオンになる。GN8は形状変化を防ぐ働きがあり、研究グループは治療薬開発が大きく前進すると期待している。

プリオンたんぱく質は231個のアミノ酸で構成されている。研究グループは、このうち159番目のアスパラギンと196番目のグルタミン酸の間の距離が、平均的な正常プリオンは15.4オングストローム(1オングストローム=100億分の1メートル)なのに対し、感染性プリオンでは3倍の45オングストローム以上離れてしまっていることに着目。化合物「GN8」を作り出し、二つのアミノ酸の距離を15.4オングストロームで固定することに成功した。

感染性プリオンに感染させたマウスを使った実験では、GN8を投入しなかった場合は平均130日で死んだが、GN8を1回投入したマウスは10〜20日延命した。
(毎日新聞 2007年7月3日)

プリオンとは何か?


プリオン(Prion)は、「感染能を持つ蛋白質因子」を示す英語(proteinaceous infectious particle)から作られた言葉で、バクテリアやウイルスと同格の用語である。”プリオン”と”プリオン蛋白質”は混同されがちだが、”プリオン”は概念的な用語であり「異常型プリオンの蓄積」などという記述は本来誤りで、「異常型プリオン蛋白質の蓄積」とするのが正しい。

”プリオン蛋白質”を省略してPrP(Prion Protein)と表記する場合もある。 哺乳類のプリオンが良く知られているが、酵母のSup35など他の生物でも数種類のプリオンの存在が知られている。1982年にスタンリー・B・プルシナーが発見した。彼はこの功績で1997年にノーベル生理学・医学賞を単独で受賞した。

狂牛病プリオン仮説


哺乳類で感染能を持つプリオンは、「異常プリオン蛋白」と呼ばれる物質から構成されると考えられている。異常プリオン蛋白は、羊のスクレイピーやクロイツフェルト・ヤコブ病や狂牛病で中枢神経系の神経細胞に蓄積することが確認されており、それらの疾患の原因物質であるとする説が有力である。

異常型プリオン蛋白質が体内へ取り込まれると、哺乳動物の脳・脊髄を中心に分布する蛋白質の一種であるαヘリックスに富んだ正常プリオン蛋白の立体構造がβシートに富んだ異常プリオン蛋白の立体構造に変換されてしまうと考えられている。

つまり、遺伝子でコードされた蛋白質のアミノ酸配列が変化するのではなく、同じアミノ酸配列を保ちながらペプチド鎖の折りたたみ構造が変換されてしまうのである。このため、プリオンは無生物ながら、感染症の病原体としての取扱いが求められる特異な例である。

狂牛病ウイルス仮説


狂牛病問題の日本での注目が高まったことで、プリオンの知名度は数年で爆発的に上がっている。しかしプリオン仮説は上記のように、蛋白質が病原菌に類似した行動をおこす場合についてを説明する一つの仮説にすぎず、どのような機序でそうした蛋白質の作用が起こるのか等、解明されていない点が多い。

また、生物学者コッホがまとめたコッホの原則において病原体を認定する指針のうち、一つをパスしていないという指摘がなされており、それに対する有効な反論は未だなされていない。そのため、今日でも、病原体としては認められないという立場をとる研究者も存在する。

なお、狂牛病等に関して言えば、未発見のウイルスによるものではないか、という研究も続けられており、今後、プリオン仮説が覆される可能性もなくは無い。実際C型肝炎のウイルスが見つかるまでに20年弱を要したように、ウイルスによる感染症の場合、病原体の発見が困難なことはまれではない。

プリオン仮説は多くの科学的知識同様、仮説に過ぎないが、日米の貿易摩擦など、高度に政治的なバックグラウンドで紹介されたために、多くが実証されていないにも関わらず社会的な認知を得てしまっている。しかし、細菌やウイルスなど、ある程度実験的に検証された実績のある病原体と比べると、いまだにその全貌は解明されていない曖昧な仮説である。 

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「ピロリ菌」と「深海微生物」の意外な関係 このエントリーをはてなブックマークに追加  

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私の好きな分野はライフサイエンスであるが、生物はただのタンパク質や、カルシウムなどの物質の集まりとはいえないところがあっておもしろい。

なぜすべての生物がDNAという共通の物質を持っているのだろうか?なぜこんなにも多様な生物がいるのだろうか?なぜすべての生物に命があるのだろうか?

私たちにはこの単純な質問に誰一人答えられない。



そして人は一番偉そうにしているが、食べ物のほとんどは他の生物であり、いろいろな生物の助けを借りなければ生きていけない。人だけでなく、すべての生物が互いに関係しあって生きている。

そんなあたり前のことを忘れた現代、環境破壊や環境汚染、地球温暖化の問題が起きてしまった。

そして、私たちは今、ようやく気づこうとしている。この世界は互いに支えあって成立している。生きるということは、環境から奪うことだけではなく、何か環境に与えていくことを考える必要があるのだ。

今日も生物の不思議にせまりたい。きっとどんな生物もいろいろな環境の中で何かの役割があるに違いない。

最近おもしろい微生物が続々と発見されている。以前、深海の熱水噴出口で炭化水素や硫化水素を利用している微生物がいることを話題にしたが、その中にピロリ菌と同じ仲間が発見されたという。

胃の中にいるピロリ菌と深海の微生物が同じ仲間とは意外である。今日はピロリ菌について調べる。(参考HP Wikipedia)

関連するニュース
胃炎を起こすピロリ菌の祖先は、深海の微生物?


胃炎を起こすピロリ菌の祖先は、深海にすむ微生物だった――。海洋研究開発機構の中川聡研究員が深海にすむ微生物のゲノムを解読し、こんな結果を得た。今週の米国科学アカデミー紀要(電子版)に発表する。

中川さんは有人潜水艇しんかい2000で、水深千メートルの熱水孔から微生物を300株採取。水素ガスや硫化水素の濃度など、深海の環境を再現して培養することにも成功し、2株のゲノムが256万塩基対と187万塩基対であることを解読した。さらに詳しく分析すると、この微生物は、ピロリ菌や食中毒を起こすカンピロバクターの祖先であり、遺伝子レベルでは近縁と分かった。

この微生物に病原性はないが、感染を含む、他の生物との共生関係にかかわっている遺伝子群も共通していた。

中川さんは「人間に身近な病原体と深海底の微生物が似ていたのは予想外。病原体や微生物が大型生物と共生するまで、どう進化してきたのかを探る大きな手がかりだ」と話している。 ( asahi.com 2007年07月03日 )

ピロリ菌とは?


ヘリコバクター・ピロリ(Helicobacter pylori)はヒトなどの胃に生息するらせん型の細菌である。ピロリ菌とも呼ばれることがある。

1983年 オーストラリアのロビン・ウォレン(J. Robin Warren)とバリー・マーシャル(Barry J. Marshall)により発見された。

胃の内部は胃液に含まれる塩酸によって強酸性であるため、従来は細菌が生息できない環境だと考えられていたが、ヘリコバクター・ピロリはウレアーゼと呼ばれる酵素を産生しており、この酵素で胃粘液中の尿素をアンモニアと二酸化炭素に分解する。このとき生じたアンモニアで、局所的に胃酸を中和することによって胃へ定着(感染)している。この菌の発見により動物の胃に適応して生息する細菌が存在することが明らかにされた。

ヘリコバクター・ピロリの感染は、慢性胃炎、胃潰瘍や十二指腸潰瘍のみならず、胃癌やMALTリンパ腫などの発生につながることが報告されている。細菌の中でヒト悪性腫瘍の原因となりうることが明らかになっている唯一の病原体である。

ピロリ菌の歴史


1875年、ドイツの研究者がヒトの胃に存在しているらせん状の細菌を発見し顕微鏡で観察したのがヘリコバクターの最初の報告であると言われているが、詳細な記録は残っていない。

1892年に、イタリアの研究者Giulio Bizzozeroがイヌの胃内の酸性環境で生息する細菌について著したものがある。

1899年、ポーランドの研究者Walery Jaworskiがヒトの胃からグラム陰性桿菌とともにらせん菌を見いだし、彼はこの菌をVibrio rugulaと名付け、胃疾患との関連について、ポーランド語で書かれた著書の中で提唱した。

1906年、Krienitzらが胃癌患者の胃粘膜にらせん菌がいることを発見。

1920年にはLuckらが胃粘膜に(ヘリコバクター・ピロリに由来する)ウレアーゼの酵素活性があることを発見。

1940年には、FreedbergとBarronが胃の切除標本の約3分の1にらせん菌が存在することを、相次いで報告し、「胃の中の細菌」の存在と胃疾患との関連に対する医学研究者らの関心が興味が徐々に高まっていった。

1954年、アメリカの病理学者で消化器病学の大家であった、エディ・パルマー(Eddy D Palmer)が、1000を超える胃の生検標本について検討した結果、らせん菌が発見できなかったと報告し、Freedbergらの報告は誤りであると主張した。

この報告によって、それまで報告されてきたらせん菌は、一種の雑菌混入(コンタミネーション)によるものだったのではないかという考えが主流になり、一部の医学研究者を除いて、「胃の中の細菌」に対する研究者の関心は薄れていった。

1983年、オーストラリアのロビン・ウォレンバリー・マーシャルがヒトの胃から、らせん状の菌を培養することに成功した。この発見には、Skirrowらが1977年に確立したカンピロバクターの微好気培養技術が基盤となっている。

カンピロバクターは感染性の下痢の原因となるらせん菌であり、微好気性(低濃度の酸素と、二酸化炭素を必要とする)かつ栄養要求性の厳しい細菌の一種であるため、特殊な培地と培養法が必要である。マーシャルらはその培養法を応用して、慢性活動性胃炎の患者の胃内、幽門付近かららせん菌を分離することに成功した。

1987年この菌はカンピロバクターの一種、Campylobacter pyloridis からCamplylobacter pyloriに改名された。

1989年この菌は微少構造の違いからカンピロバクターとは別のグループとして、新たにヘリコバクター属が設けられ、Helicobacter pylori(helico-; らせん状の)に名称変更された。ヒト以外にもフェレットサルネコチーターなどの動物の胃からも同様の菌が分離されてヘリコバクター属に分類された。

1997年にはゲノム解読が完了した。

2005年には、ヘリコバクター・ピロリの発見の功績によって、ロビン・ウォレンとバリー・マーシャルに対してノーベル生理学・医学賞が授与された。

ピロリ菌に効く食品


近年、食品によるヘリコバクター・ピロリの除菌効果が確認されている。 発芽3日目のブロッコリースプラウトを2ヶ月間継続して食べた感染者において、胃の中に住むヘリコバクターピロリが減少したとの報告がされている。これは、ブロッコリースプラウトに含まれるスルフォラファンに殺菌効果があるためである。

また、に含まれるシリンガレシノールという梅リグナンの一種もピロリ菌の増殖抑制や胃粘膜への感染防御に有効であることが発見された。

このほか、ココアヨーグルトコーヒーなどでも抑制が確認されている。  

 

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2025年開通「リニア中央新幹線」の最新テクノロジー このエントリーをはてなブックマークに追加  

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2025年の開業を目標に東京〜大阪間をわずか1時間で結ぶ「中央リニア新幹線」。

2003年12月に世界最高の581km/hを記録。夢の実現にまた一歩近づいた。現在もこの世界記録は破られていない。山梨県に18.4kmの実験線(現在延長中)があり、次は700km/hを目標にしている。

「中央リニア新幹線」の特徴はその速さ以外に第2新幹線としての役割や環境にもやさしい乗り物として注目されている。



クリーンなエネルギーを使い、磁石の力で高速走行するリニアモーターカーは、騒音(うるさい音)も振動(ゆれ)も少なく、地球の温暖化の原因となるCO2(二酸化炭素)の排出も飛行機の半分と環境への影響がとても少ない、地球にやさしい乗り物だ。

研究開発は1962年から始まった。今日の最速・最高の科学技術に達するためにどんなすばらしい科学技術が使われているのだろうか?

今日はジェイアール式マグレブ(JR式磁気浮上式鉄道)に使われている3つの科学技術について調べる。(参考HP Wikipedia)
 

どうやって浮上するか?(浮上の原理)


車両の超電導磁石が高速で通過すると、自動的に地上の浮上・案内コイルに電流が流れ電磁石となり、車両を押し上げる力(反発力)と引き上げる力(吸引力)が発生し、浮上する。

具体的には電磁誘導方式 (EDS) の誘導反発方式が採用されている。電磁誘導については中学で学ぶように、移動する磁石の近くに置かれたコイルには誘導起電力が生じる。誘導起電力で生じる電流がコイル内に流れると、起電力を生じさせた磁界と反対方向の磁界が発生し、反発力となる

誘導反発方式の磁気浮上では、これを利用して車両側に強力な電磁石を、軌道側にコイルを設置し、車両が高速で進行すると軌道側のコイルには電流が発生し、この電流がコイルを流れると車両と反発する方向で磁界が生じる。結果車両が浮上する仕組みとなっている。 

どうやって進むか?(推進の原理)


地上の推進コイルに電流を流すことにより磁界(N極、S極)が発生し、車両の超電導磁石との間で、N極とS極の引き合う力と、N極どうし・S極どうしの反発する力により車両が前進する。このリニアモーターの原理で進む。

車両の推進には、線型同期電動機(リニアシンクロナスモータ、Linear Synchronous Motor)方式が採用されている。車両側の電磁石(浮上用電磁石と共用)が界磁となり、軌道側に設置された推進コイルの磁極は地上変電所インバータにより入力される電流の周波数によって切り替わり、車両側の推進力を与えている(地上一次方式)。磁気推進のためには車両位置を正確に検知する必要があるが、車両側に推進に関わる制御装置などを持つ必要が無い。このため車両側への給電の必要もなくなる。

どうやって姿勢を保つか?(案内の原理)


左右の浮上・案内コイルは、電線により結ばれ、車両が中心からどちらか一方にずれると、自動的に車両の遠ざかった側に吸引力、近づいた側に反発力が働き、車両を常に中央に戻す。

案内は、車両中央が軌道の中央からずれたときに復元力が発生するようにすればよい。軌道の左右に設置された浮上コイルを接続して閉ループを構成している。

車両本体が中心線から左右どちらかにずれていれば、左右のコイルを通過する磁界の大きさにも差が生じ、浮上コイルの左右を結ぶ回路にこの差に比例した電流が生じて、車両を復元する方向に力が生じる。この方式はヌルフラックス方式と呼ばれる。
 

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「高温超伝導体」を探せ!「第1種・第2種超伝導体」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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「超伝導」の歴史はもうすぐ100年になろうとしている。100年の歴史は「高温超伝導体」を探す歴史であったといっても過言ではない。

なにしろ「超伝導」は温度のない状態、絶対0度(0 K,−273℃)付近でしか観察されない現象だったので、日常生活にはほとんど関係がなかった。

それが1989年、10K,-263℃で超伝導になる「高温超伝導体」が発見されてから注目され、さまざまな「高温超伝導体」が探されるようになった。



超伝導を起こす物質を「超伝導体」というが、比較的高温で超伝導を起こす「高温超伝導体」、ピン止め効果の起きない「第1種超伝導体」、ピン止め効果の起きる「第2種超伝導体」などに分類される。

超伝導は1911年オランダのヘイケ・カメルリング・オネスによって水銀が4.7K(−268.3℃)で突然電気抵抗がゼロになることで発見された。

不思議なことに金・銀・銅などの電気伝導性の高い金属は超伝導にならないことが確認された。

1933年マイスナーによって超伝導物質のマイスナー効果(完全反磁性)が発見されると超伝導とは完全導体とは異なる、水が氷になるような、まったく新しい状態への変化(相転移)であることが確認された。

1896年ドイツのベドノルツとミューラーが銅酸化物La-Ba-Cu-O系で10Kで超伝導が起こることを発見すると、さまざまな銅酸化物で高温超伝導が発見されるようになり、一大ブームを引き起こした。

今日は超伝導の歴史と超伝導体について調べる。(参考HP Wikipedia)


超伝導の歴史 1911年、当時、純度の高い金属が容易に得られる水銀を液体ヘリウムで冷却していったとき、温度4.2Kで突然電気抵抗がほぼゼロになることがヘイケ・カメルリング・オネス(オランダ)によって初めて報告された。

1933年にヴァルター・マイスナーによって超伝導体が外部磁場を退けるマイスナー効果が発見された。これにより、超伝導体は完全導体と違うことが決定付けられた。

1935年にロンドン兄弟が発表したロンドン方程式により、マイスナー効果は理論的に説明された。

1957年に発表されたジョン・バーディーン、レオン・クーパー、ロバート・シュリーファーらのBCS理論により、超伝導現象の基本的なメカニズムが解明された。

1896年ドイツのベドノルツとミューラーが銅酸化物La-Ba-Cu-O系で10Kで超伝導が起こることを発見。

1987年ヒューストン大学のチューらによって、Y-Ba-Cu-O(Y系超伝導体)が90K(ケルビン)で超伝導を示すことが発見された。

2001年青山学院大学の秋光純らのグループが、ごくありふれた物質として市販もされていた二ホウ化マグネシウム(MgB2) が、実は 39 K(ケルビン)で超伝導を示すことを発見した。JR東海はJR式マグレブに、二ホウ化マグネシウムのコイルを採用。

2007年現在、水銀系銅酸化物において高圧下での160K(ケルビン)の転移温度が最高記録である。

超伝導体とその種類 超伝導現象が生じる物質のことを超伝導体 (Superconductor) という。特に、液体窒素温度 (-196℃,77K) 以上で超伝導現象を起こすものは高温超伝導体と呼ばれる。 また、超伝導体は磁場に対する応答の違いから第一種超伝導体と第二種超伝導体とに分類できる。

第二種超伝導体では、超伝導体中を磁束量子が格子状に貫通することで超伝導状態と磁場が共存可能になり、磁束が超伝導体中の不純物などに固定される(ピン止め効果)ことによりゼロ抵抗を維持している。いわゆる「磁気浮上」現象ではこの磁束のピン止めが重要な役割を果たす。

高温超伝導とは? 高い転移温度 (Tc)でおこる超伝導。”高温”の意味は、時代、状況によって異なるが、一般に高温超伝導と言えば、ベドノルツとミューラー(ミュラー)がLa-Ba-Cu-O系において1986年に発見したことから始まり、その後続々と発見された転移温度が液体窒素温度を越える一連の銅酸化物高温超伝導物質とその超伝導現象のことを指す場合が多い。高温超伝導を示す物質のことを高温超伝導体という。

第一種超伝導体とは? 磁場をかけるとマイスナー効果により磁場を排除するが、臨界磁場Hcを越えると超伝導状態が突然、消滅してしまう超伝導体のことである。

チタンや鉛などの超伝導になる金属元素のほとんどが第一種超伝導体に含まれる。しかし、ニオブ(Nb)とバナジウム (V)の2つのみが次に説明する第二種超伝導体に含まれる。また2種類以上の金属元素からなる合金はすべて第二種超伝導体に含まれる。

第二種超伝導体とは? 主に化合物からできている超伝導体で、磁場の強さをあげていくと、内部のひずみや不純物などの常伝導体に磁場が侵入するが、電気抵抗ゼロのまま超伝導と常伝導が共存した状態になることができる超伝導体である。

臨界磁場はHc1Hc2の二種類をもつ。大きな磁場をかけても、常伝導状態の部分にいわば磁束の逃げ道が出来ているため、超伝導状態を維持することができる。さらに磁場を強くしていくと超伝導状態は完全に壊れる。第二種超伝導体は第一種超伝導体に比べ、数十倍〜数百倍の磁場を加えても超伝導状態を維持できるため、超伝導磁石のコイル等の実用化には第二種超伝導体が必須である。

 

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「超伝導」の不思議な世界 「マイスナー効果」「ジョセフソン効果」「ピン止め効果」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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超伝導というと電気抵抗がゼロになる強力な磁石が有名だが、他にどんな性質があるのだろうか?

電気抵抗がゼロになる性質は、一度流れ始めた電流が永続する。電圧降下なしに直流電流が流れ続ける。超伝導で初めて発見された性質で、これを「完全導電性」という。

これ以外には「マイスナー効果」や「ジョセフソン効果」「ピン止め効果」などの変わった性質がある。


マイスナー効果(完全反磁性)
とは
超伝導体内部から磁場を排除して内部磁場をゼロ
にすることで、超伝導体が極低温に冷やされたときに磁石上に浮き上がる現象である。

ジョセフソン効果とは絶縁体を間に挟んだ2つの超伝導体間を、電圧降下なしにトンネル電流が流れること。ふつうは電気を通すはずのない絶縁体に超伝導状態で電流が流れる不思議な現象である。

ピン止め効果とは不純物のある超伝導物質(第二種超伝導体という)を冷やしてマイスナー効果が起きたとき、さらに磁場が強くなると(臨界磁場という)現れる現象で、空中に浮いた超伝導物質が、まるでピンで止めた状態のように動かなくなることである。

マイスナー効果は空気中に物が浮く現象であり、初めて見たときは誰でも驚く。ピン止め効果はさらに浮いた物体がほとんど動けなくなるのでさらに衝撃を受ける。しかし原理としては、マイスナー効果+磁力である。空中で磁石にくっついたと考えるとわかりやすい。

マイスナー効果の「反磁性」は銅や水にも見られる性質で、水分の多いトマトが強磁場で空中に浮く実験が有名だ。超伝導の浮遊現象は将来、反重力など夢の科学技術にもつながりそうな興味深い研究分野である。

今日は超伝導の性質について調べる。(参考HP Wikipedia) 


超伝導とは何か?


超伝導 (ちょうでんどう、 Superconductivity) は、超低温環境下である種の物質に生じる現象である。その特徴としては、電気抵抗がゼロになることや、物体内部から磁場が排除される(マイスナー効果)ことなどが挙げられる。工学分野では、超電導と書くこともある。

超伝導の特徴


完全導電性 
電気抵抗がゼロのため、一度流し始めた電流が永続する。電圧降下なしに直流電流が流れる。超伝導で初めて発見された性質である。

マイスナー効果(完全反磁性)
超伝導体内部から磁場を排除して内部磁場をゼロにする。超伝導体を磁石上で常伝導状態から徐々に冷やしていき、転移温度を超えた瞬間に浮き上がる現象がマイスナー効果によるものである。

これは常伝導状態で超伝導体内に磁束が侵入していたものが、超伝導になると同時に磁束を排除して浮き上がるものである。なお、単に超伝導体の上に磁石が浮く現象だけでは、永久電流による効果かマイスナー効果による効果かの判断はできない。

磁束の量子化
超伝導体内部を通る磁束は h/2e の整数倍(h はプランク定数、e は素電荷)のとびとびの値をとる。

ジョセフソン効果
絶縁体を間に挟んだ2つの超伝導体間を、電圧降下なしにトンネル電流が流れる。2つの超伝導体の間に挟まれた絶縁体には超伝導状態を表す波動関数の位相差に比例した電流が流れる。ミクロな波動関数という概念をマクロに観測できるという点で、超伝導現象をもっとも象徴する特徴といえよう。

ピン止め効果
磁束が第二種超伝導体の内部にあるひずみや不純物などの常伝導部分に捕らえられ、ピンで止めたように動かなくなる現象。第二種超伝導体において、外部磁場が臨界磁場Hc1とHc2の間にあるときに起こる。


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「JRマグレブ」で実用化「超伝導磁石」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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「JRマグレブ」とはジェイアール式マグレブ(JR-Maglev)のことで、JR総研とJR東海により開発が進められている磁気浮上式鉄道のことである。

「JRマグレブ」は「超伝導電磁石」により走行するリニアモーターカーであり、「超伝導磁石」を使う方式を研究・開発しているのは日本だけである。

技術的には既に実用化段階にあり、試運転(有人)で2003年12月に世界最高の581km/hを記録、現在もこの世界記録を保持している。山梨県に18.4kmの実験線があり、一般試乗でも500km/hを体感することができる。

「中央リニア新幹線」として、2025年の開業を目標にしている。実現すれば東京〜大阪間を1時間で結ぶことになる。

時速500km/hというのはどんな速さか体験してみたいものだ。実現が楽しみな計画だが、「超伝導磁石」とは何だろう?

今日は「超伝導磁石」について調べる。(参考HP Wikipedia) 

超伝導磁石とは?


超伝導電磁石(superconducting magnet)とは、超伝導体を用いた電磁石のことである。超伝導体は電気抵抗がなく発熱の問題もないので、通常の電磁石よりも強力な磁力を発生させることができる。

超伝導体は極低温にすると電気抵抗がゼロになる性質がある。このため永久に電気が流れ続け、発熱の問題もなく強力な磁力を発生させることができる。

通常の電磁石では強い磁場を発生させるには大電流を流す必要があり、電気抵抗からくる金属の発熱という問題がある。金属は温度が上がるにしたがって電気抵抗が上がる性質があるので、発熱すると抵抗が上がり続けるために流せる電流には限界があった。

超伝導体の問題点


超伝導体は発熱しないという利点があるが、磁場に弱いという欠点がある。臨界磁場(超伝導現象を保てる磁場の限界)を越える磁場を発生させると超伝導現象は消失してしまう。

外部から同等の磁場をかけた場合にも同じく超伝導現象は消失する。そのため材質には外部磁場に強い第二種超伝導体が用いられる。

超伝導体は転移温度(超伝導と常伝導の境目の温度)よりも温度を下げるほどに臨界磁場は高くなるので、材質の転移温度よりもずっと低い温度で使用されている。冷却剤には4.2K(ケルビン)の液体ヘリウムが多く使用されている。

クエンチ現象

超伝導電磁石は、外部からの熱進入を抑えるため液化ヘリウムの入った内槽容器に入っている。さらに内槽容器は輻射シールド板が設けられ、液体窒素で約77K (−196℃) に冷却される。

さらに内槽容器と外気の間の空気を抜き、真空状態になるように外槽容器に包まれている。仮に温度上昇により超伝導状態が解除されると大電流と発生した電気抵抗により急激に磁力が失われるクエンチ現象が起こる。 

どんな物質が超伝導磁石になるか?


実用化されている超伝導電磁石のほとんどはニオブチタン (Nb3Ti) で構成されている。この材料の転移温度は10Kであり、4.2Kの状態で約15T(テスラ)の臨界磁場をもつ。転移温度18Kのニオブスズ (Nb3Sn) では、より高い臨界磁場をもつ電磁石を作ることができ、4.2Kの状態で25〜30Tという臨界磁場まで耐えられる。 しかし、ニオブスズ (Nb3Sn) の線材を作るのは難しく高価なために、一般的にはニオブチタン (Nb3Ti) が用いられている。

Nb3Snの臨界磁場よりもさらに高い磁場を発生させるには、銅酸化物高温超伝導体(イットリウム系超伝導体やビスマス系超伝導体)や二ホウ化マグネシウムなどの高い転移温度をもつ超伝導体を使用する研究が行われている。

二ホウ化マグネシウム (MgB2) は2001年に超伝導になることが発見されており、最近になって超伝導電磁石コイルの開発が、JR東海と独立行政法人物質・材料研究機構などの共同により行われている。この新しいコイルは、約20K (−253℃) で超電導状態の維持が可能であり、冷凍機による直接冷却が可能で、液化ヘリウムによる冷却の必要が無い利点がある。

イットリウム系超伝導体は約90K (−183℃) ほどで超伝導状態を維持できる可能性があるため、実用化されれば、液化窒素等の冷媒を使用せず、冷凍機のみで臨界温度以下にまで達することが出来る利点を持つ。液体ヘリウムのコストを大幅に低減でき、軽量化にもつながる。

 

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中国の水不足解消「南水北調」「人工降雨」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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やっと梅雨らしくなってきた。各地の水不足を解消してほしいものだ。さて水不足といえば中国の砂漠化が問題となっている。

北京では2008年オリンピック開催が決まって都市の発展が急速に進み、建設ラッシュ、洗車場の増加、街の緑化などにより、必要な水の量は圧倒的に増えた。

ところが、主要なダムの貯水量は、ここ5年で、3分の1に減っているのだ。こうした中で、北京の水を確保するため、様々な対策が打ち出されている。現在、長江(揚子江)の水を北京などに流す、壮大な国家事業「南水北調」が進んでいる。 



また、水不足解消の願いを込め、「人工降雨」ロケットが打ち上げられている。雨の多い日本ではあまりなじみがないが、「人工降雨」とは何だろうか?

テレビで見る機会があったが、花火のような筒型のロケットを打ち上げただけで確かに雨が降ってきて驚いた。そんなに簡単に降るなら日本でも使わないのだろうか?

今日は「南水北朝」「人工降雨」について調べる。(参考HP Wikipedia)

関連するニュース
北京:人工降雨で水不足に対応も厳しい状況


人工降雨による水不足対策を展開している北京市では、16日にも人工降雨が実施された。飛行機やロケットなどを用いて雲の中に雨の誘発物質を撒き、人工的に雨を降らせる。中国新聞社が伝えた。

現在中国では、北方地域を中心に旱ばつが深刻さを増している。特に北京市は慢性的な水不足に悩まされ、水道料金の改定によって市民の節約意識を高めるなど、苦肉の策が講じられている。

北京市では、4月25日から26日にかけてを皮切りに、5月中旬などにも人工降雨を実施している。しかし、人工降雨は応急処置的な要素が強く、一部では「焼け石に水」との厳しい評価も出ている。(中国情報局ニュース 2004/06/17)

 

南水北調とは?


南水北調(なんすいほくちょう)は、中国南方地域の水を北方地域に送り慢性的な水不足を解消する構想の事であり、2002年12月27日、当時の首相朱鎔基によって着工を宣言された。第10次5カ年計画の一つで、総投資額は約5,000億元。規模、難度共に、三峡ダム工事を超える。西気東輸、西電東送、青蔵鉄道とともに、西部大開発の目玉プロジェクトとして位置づけられる。

人工降雨とは何か?


人工降雨(じんこうこうう、Rainmaking)とは、人工的に雨を降らす事、また、その雨を言う。降った雨は人工雨(artificial rain)ともいう。人工降雨はアメリカの物理学者・化学者アーヴィング=ラングミューア博士の創案によるもので、1946年に初の実験が行なわれている。

具体的にはドライアイスやヨウ化銀を上空に散布する。ドライアイスは飛行機などから雲に散布する事で温度を下げ、またドライアイスの粒を核として氷晶を発生・成長させる。またヨウ化銀の場合は、その粒子が六方晶形と言って氷や雪の結晶によく似ているため、雪片を成長させやすい性質がある。

雨はどうやって降るか?


雨は、熱帯地方では例外もあるが、通常は氷点下15℃以下の低温の雲の中で発生した氷晶が昇華核となって周囲の水蒸気を吸収して雪片となり、雲中を落下して成長しながら、暖候期には途中で溶けて雨粒となって降る。寒候期でも、気温が高いと溶けて雨になる。

いずれにしても、雨を降らせるには雲の中に氷の粒を作ってやる必要がある。その氷晶を作るのは空気中に浮かぶ微小な粒子で、主に海の波しぶきで吹き上げられた塩の核であり、他に陸上から生じた砂塵などの粒子もある。それらの周りに、雲の中の水蒸気が昇華と低温の影響で氷となって付き、初めに述べたように成長して雪片となるのである。


人工降雨の方法 過冷却水の結晶化


雨ができるには以上のように、核になる粒子と低温の雲が必要であるが、ある程度発達した積雲や層積雲の上部では温度は0℃以下になっているものの、氷点下15℃くらいになるまでは、過冷却と言ってまだ水滴のままであり、雪片の形成に至らず、雨は降らない。そこへ、強制的に雪片を作るような物質を散布してやれば雨を降らせる可能性ができるわけで、これが人工降雨の考えである。

その材料として、ドライアイスやヨウ化銀が用いられる。ドライアイスを飛行機から雲に散布する事で温度を下げ、またドライアイスの粒を核として氷晶を発生・成長させる。またヨウ化銀の場合は、その粒子が六方晶形と言って氷や雪の結晶によく似ているため、雪片を成長させやすい性質がある。

散布の方法としては、飛行機を用いる他、ロケットや大砲による打ち上げもある。ヨウ化銀の場合は、地上に設置した発煙炉から煙状にして雲に到達させる方法もある。

日本では?中国では?人工降雨の実際


水不足や旱魃などの対策が最も一般的で、世界各地で実施されており、日本でも、1964年夏にに東京を中心とする関東地方で記録的な水不足が起きた際、水源地付近で実施された事が知られている。

他に、大きなイベント当日の好天を狙って事前に雨を降らせたり、エアコンの電力消費を抑えるため、又は黄砂による大気中の砂塵除去のためというものもある。

2007年4月28日、毎日新聞によって中国政府が北京五輪の開会式(予定日は8月8日)は比較的雨の多い時期にあたるため、晴天を確保する方法として雨雲が北京に流れてくる前に雲を刺激して人工的に雨を降らせてしまおうと計画していると報道した。

中国では水不足による雨水確保のために、気象局がヨウ化銀を搭載した小型移動式ロケットを打ち上げて人工降雨を行っている。

人工降雨の限界


人工降雨はある程度発達した雨雲がある場合に有効であり、かつ成功するもので、雲の無い所に雨雲を作って雨を降らせるのは不可能である。またその雨量も、本来の雨量を1割程度増加させるくらいで、自由に降水量を制御できるまでには至っていない。  

 

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空の一番高いところにできる「夜光雲」の謎 このエントリーをはてなブックマークに追加  

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空の高いところにできる雲。雲の中でも一番高いところにできる雲は何だろうか?

高層雲?巻雲?積乱雲?ふつう目にする雲で、最高の高さに達するのは積乱雲でエベレストより高い。なんと1万2千mにも達する。対流圏で一番高いところにある雲は積乱雲である。

実際はそれよりも高い成層圏というところに真珠母雲という雲。さらにその上の中間圏というところには夜光雲という雲ができる。

成層圏は上空1万m〜5万mの高さ中間圏は5万m〜8万mもの高さがある。

夜光雲とは何だろう?通常は高緯度地域(50°〜60°)で夏見られる。正体は氷塊だろうといわれるがまだよくわからない。近年、観測頻度の増加やハンガリーなど観測地点の低緯度域への進出が目立っており、地球温暖化との関連を指摘する研究者もいる。(参考HP Wikipedia)


関連するニュース
夜光雲:温暖化の影響? 低緯度でも観測 NASAが撮影


米航空宇宙局(NASA)は28日、北極上空の中間圏内(高度約80〜90キロ)に浮かび、日の出前や日没後に光って見える「夜光雲」の写真を公表した。夜光雲は近年、観測頻度の増加やハンガリーなど観測地点の低緯度域への進出が目立っており、地球温暖化との関連を指摘する研究者もいる。

NASAは今年4月、夜光雲の組成や形成条件などを精密に調査するため「AIM衛星」を打ち上げ観測を行っている。

19世紀後半ごろから観測され始めた夜光雲は、主に高緯度地方の夏に発生。非常に高層にあるため、太陽が地平線下にあっても太陽光を受け輝いて見える。中間圏の温度は地上の温度と反比例するとされ、地球温暖化で低温化が進んだ。この低温化と夜光雲に因果関係があるとの説がある。  
 
夜光雲とは何か?
夜光雲(やこううん)は中間圏にできる特殊な雲で、日の出前や日没後に観測される気象現象である。
 
夜光雲は、南北の緯度50°〜60°の高緯度地域の夏に発生する。北半球では夏の夜空に、中緯度北部地域から高緯度地方に出現する銀白色に輝く巻雲に似た雲。出現する高度は75〜90kmほどの中間圏で、ほぼ東から西へ毎秒50〜250mの速さでながれている。

主な雲粒の構成物は、微細な宇宙塵(うちゅうじん)のまわりに氷が結晶したものが、横からの太陽光線にてらされてひかってみえるものだが、くわしいことについてはわかっていない。

この夜光雲は古くから知られている現象であるが、近年の二酸化炭素やメタンの増加により、対流圏の気温が上昇し、それに伴い、中間圏の気温が低下したために発生しやすくなったとも考えられている。

真珠母雲とは何か?
真珠母雲(しんじゅぼうん)は成層圏にできる特殊な雲。発生する高度は、20〜30km付近。非常な高度にある雲のため、日没後も太陽の光を受けて輝く姿を見ることがある。真珠母雲の名は、その色彩が真珠母貝であるアコヤガイの内側に似た虹色をしていることより付けられた。

成層圏内ではめったに雲は生じないが、まれに巻雲に似た形でピンクと緑、青などの色をおびたシンジュガイ(真珠貝)のように輝きのあるうつくしい雲がみられることがある。

真珠母雲は真珠雲ともよばれ、スコットランドやスカンディナビア地方など高緯度地方の21〜30kmの超高空に、日の出前や日没後によく出現する。一種の地形性の雲と考えられている。
 

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日本 空からの縦断 Part.3 Vol.1 雲と潮の道(南西諸島)

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人は創造主になれるか?細菌の「ゲノム移植」成功 このエントリーをはてなブックマークに追加  

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ロボット研究が進んでいる。プログラムを組めば自由に体を動かすことができるロボットが登場している。ロボットはどこまで人に近づけるのだろうか?将来はきっと人そっくりの姿とふるまいをするアンドロイドも現れるのだろう。

生命はどうだろうか?今まで人は新しい生物というものをつくったことがない。しかしヒトゲノムが完全解読でき、次々と様々な生物のゲノムが解読されている今、人が将来ゲノムを自由に組み合わせ、思い通りの生物をつくることができるようになるかもしれない。

今までは聖書の中で神がつくったとされる生物。人類は神の領域に近づいたのだろうか?そんなことを感じさせる「ゲノム移植」がアメリカで成功した。

アメリカでヒトゲノム完全解読計画を進めたクレイグ・ベンター博士の研究所で、細菌の全遺伝情報(ゲノム)を別の種類の細菌のゲノムとそっくり入れ替えることに、成功した。

有用物質を作る遺伝子などを持つゲノムを合成し、それを組み込んだ役立つ「人工生命」を作る技術に道を開く可能性があるという。

その方法は青色に変わる目印の遺伝子を組み込んだ細菌を近縁種の細菌の近くにおいておくと、近縁種の細菌が青色になる細菌の遺伝子とそっくり入れ替わったという。細菌は基本的に分裂し、無性生殖で殖える生物だと考えられてきたが、場合によっては交雑することがあるのだろうか。

米チームはこれを「ゲノム移植」と名付けた。今日はこれまでの遺伝子組み換え技術について調べる。

関連するニュース
細菌ゲノム完全入れ替え 人工生命へ一歩? 米チーム


細菌の全遺伝情報(ゲノム)を別の種類の細菌のゲノムとそっくり入れ替えることに、米研究チームが成功した。

有用物質を作る遺伝子などを持つゲノムを合成し、それを組み込んだ役立つ「人工生命」を作る技術に道を開く可能性があるという。28日付の米科学誌サイエンス電子版に論文が掲載される。

ゲノムの入れ替えに成功したのは、ヒトゲノム解読の先駆者であるクレイグ・ベンター博士が代表を務める研究所のチーム。

チームは細菌の一種のゲノムに、細胞を青色に変える遺伝子などを「目印」として組み込んだ上で取り出し、近縁種の培養容器に入れた。

すると、数日後に青色を示す細菌が増殖。調べたところ、近縁種のゲノムが、細胞を青色に変える遺伝子などを入れた細菌のゲノムと、そっくり入れ替わったものが生まれていた。まず両方のゲノムを持つ細菌ができ、これが分裂した際、ゲノムを1組ずつ持ち運んだらしい。

この現象は「ゲノム移植」と名付けられた。ただ、ゲノムが入れ替わった仕組みや理由はわかっておらず、他の細菌で同じ現象が起こるかどうかも不明だという。

今回の研究には「人工生命創造への欠かせないステップ」との評価もあり、ベンター博士は「将来、極めて大きな応用が期待できる」と会見で成果の意義を強調した。 (asahi.com 2007年06月29日)
 

遺伝子組換え(遺伝子工学)とは何か?


遺伝子工学(いでんしこうがく)とは、遺伝子を人工的に操作する技術を指し、特に生物の自然な生育・増殖過程では起こらない型式で行うことを意味している。組換えDNA技術(くみかえ-ぎじゅつ)、遺伝子操作(いでんしそうさ)、遺伝子組換えなどの用語ももほぼ同じ意味で用いられる。

DNAを分離し、操作し、細胞もしくは生物に再導入して、そのDNAが増殖できるようにする過程からなる。有用なタンパク質を発現させることや、生物に新たな形質を導入することなどを目的とする。細胞融合やクローン技術などとともに、バイオテクノロジーと総称される。

なお、生物で自然に起こる過程としてのDNAの組換えについては、遺伝的組換えという。

遺伝子組換えの例


一部の例を挙げれば、細菌や培養細胞によるホルモン(インスリンやエリスロポエチンなど)の生産、除草剤耐性などの性質を与えた遺伝子組換え作物、遺伝子操作を施した研究用マウス(トランスジェニックマウス)、また人間を対象とした遺伝子治療の試みなどがある。このような遺伝子操作産物を目的とする応用のほかに、生物学・医学研究の一環(実験技術)としての遺伝子操作も盛んに行われている。

タンパク質はDNA上の特別な配列である遺伝子によって決定されるから、遺伝子DNAの操作によってタンパク質に変更を加えることができる。その一つの方法として、遺伝子を含むDNA断片を分離し、遺伝子を切り出して、他のDNAの部分に導入するものがある。

1970年代初頭までに、DNAを特定の位置で切断する制限酵素、DNA断片をつなぎ合わせるDNAリガーゼ、DNAを細胞に導入する形質転換の技術が開発され、これらが組換えDNA技術の基礎となった。さらに1980年代にはポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって目的とする遺伝子の複製が容易に行えるようになり、遺伝子工学はますます利用範囲を広げた。


遺伝的組換えとは何か?


遺伝的組換え(いでんてきくみかえ)は、親の持っていた複数の遺伝子における対立遺伝子の組み合わせ(ハプロタイプ)が、子においては混ぜ合わされて変化している遺伝学的な現象である。

染色体レベルの組換え

広い意味では、独立した染色体の間のランダムな混ぜ合わせ(メンデルの独立の法則に従う;インフルエンザウイルスの"組換え"も同じ)も組換えという。しかし、普通は染色体内での乗換えの結果生じるものを指していう。乗換えと同義語のように使うこともあるが、正確には乗換えとは染色体の変化として直接観察される現象をいう。

DNAレベルの組換え

分子生物学では、連続したDNA分子の中のある部分が切断と再結合により他のDNA分子の一部と混ぜ合わされることを組換えという。上記の染色体内での組換えはこのDNAの組換えによるものであるが、DNAの組換えには、他にもいろいろなタイプがある。

なお分子生物学あるいはバイオテクノロジーの基礎技術である人工的なDNA組換え(遺伝子組換えあるいは遺伝子工学)も組換えと呼ばれるが、仕組みは異なる。

相同組換え

染色体の組換えは普通、相同性のあるDNAの間で行われる。これを相同組換えという。

減数分裂の過程で染色体の乗換えに伴うのが普通であるが、体細胞分裂での乗換えに伴うものもある。

相同組換えであっても、染色体の別の位置(染色体レベルでは相同でない)の間で組換えが起これば、座位の数が変化する。その範囲に遺伝子が含まれていれば、遺伝子の重複または欠失につながる。これを不等組換えといい、不等乗換えに当たる。

これらの相同性があるDNA配列の間での組換え反応(相同組換え)を触媒するのは、組換え酵素(リコンビナーゼ)と呼ばれる酵素であり、この反応は損傷したDNA分子の修復にも必要である。

いろいろな遺伝子組換え


部位特異的組換え

バクテリオファージ(ファージ)による部位特異的組換えでは、ファージのDNAが乗換えと似た方法で、宿主である細菌の染色体DNAに組み込まれる。ファージDNAの部分配列が標的DNAのそれと完全に一致すると、インテグラーゼと呼ばれる特殊な組換え酵素がファージDNAを標的に組み込む。このようにファージDNAが染色体に組み込まれた状態をプロファージという。

非相同組換え

以上と異なり、相同性のないDNA配列の間での組換え(非相同組換え)もある。プロファージDNAが染色体から抜け出す(切り出されて新しいファージを作る)際にこれが起きることがあり、この場合には宿主の遺伝子を含んだファージ(形質導入ファージ)ができる。

転位組換え

これは、トランスポゾンの転位(トランスポジション、染色体の別の座位に移動すること)に伴う組換えである。部位特異的組換えではあるが、非相同組換えである。すなわちトランスポゾンのDNAに標的DNAと合う配列が必要ない。代わりにインテグラーゼが両方のDNAに切れ目を入れ、トランスポゾンDNAを標的に入れる。その後切れ目はDNAリガーゼにより修復される。

レトロウイルスがこのような過程で宿主の遺伝子を取り込むことがあり、がん遺伝子はこの現象によって発見された。

体細胞における組換え

体細胞では、染色体の乗換えに伴う組換えとして、無性生殖する生物におけるものがある。

またDNA損傷が完全に修復されないまま細胞分裂を経た場合に起きる姉妹染色分体交換(Sister chromatid exchange:SCE)なども知られる。
 

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世界のノーベル賞 第1回物理学賞 レントゲンの「X線の発見」 このエントリーをはてなブックマークに追加  

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 近年の科学技術の発展には目を見張るものがある。世界的には戦争、貧困、宗教・主義主張の違い、地球温暖化など、問題はたくさんあるが、科学技術の発展がそれらの一部を解決してきたのは間違いない。 

 例えば戦後の日本は優秀な技術を工夫発明し、勤勉にはたらき、優れた製品をたくさん生み出してきた。それを世界の先進国に買ってもらい貧困から抜け出した。また、宇宙開発では世界の国々が主義主張を越え、協力し合い「国際宇宙ステーション」をつくりあげようとしている。

 近年の科学技術の全部を調べあげることはできないが、ノーベル賞の受賞研究を調べることでその一部を知り、学ぶことができると思う。このシリーズでは世界のノーベル賞に焦点をあて述べていくことにする。(参考HP Wikipedia)
 時代背景
 
アメリカでエジソンが1870年代 白熱電球を研究していたころ。1875年イギリスのクルックスはクルックス管を発明した。クルックス管のガラスの中には羽根車が入っており、羽根車は、陰極線をあてると回転した。この実験により、陰極線は帯電した微粒子からなることを明らかにした。  

 1980年クルックスはクルックス管で実験を行うと、周囲の写真乾板を露光させる現象があることに気づいたが、その正体は何であるか深く追求はしなかった。陰極線がクルックス管の中で蛍光を発したとき、X線という目に見えない電磁波が発生していた。

 電磁波が発見されたのは、ドイツのヘルツによって1885年のことであった。陰極線の研究が主流であった当時は、目に見えない電磁波の正体は認識の外にあったのだ。こうしてクルックスはX線発見の機会を逸してしまった。

 それから15年後、同様の現象をレントゲンは見ていた。こんどは電磁波の存在は、レントゲンの頭の中にあった。

 1895年11月5日、ドイツのレントゲンはクルックス管から、目には見えないが光のようなものがでていることを発見した。別の実験で、この光のようなものが手を突きぬけ手の写真をとることができた。

 光のようなものは陰極線のように磁気を受けても曲がらないことから、電磁波であることを確信した。数学の未知の数をあらわす「x」の文字を使い仮の名前としてX線と名付けた。

 X線の正体は?
 
X線の正体、それは放射線である「γ線」の一部である。正体がわかるのは1912年のことであった。放射線は遺伝子に損傷を与えるため「発がん性」を持つので注意が必要である。 

 レントゲンは7週間の昼夜を分かたぬ実験の末、1895年12月28日には早くも論文(Über eine neue Art von Strahlen:新種の光線について)を発表する。後年この発見の時何を考えたか質問されたレントゲンは、「考えはしなかった。ただ実験をした」と答えたという。

 X線の正体は1912年まで謎のままであったが、透過性の高いX線の発見はただちに医学に応用されたため(X線写真)、この功績に対し1901年最初のノーベル賞が贈られる。

 X線の発見は偶然ではなく、またレントゲン一人でなしえたものではない。各国から集っていた研究者たちが研究の努力を重ねた末の発見だった。しかし現在その発見の功績はレントゲンに対して与えられている。X線は、世に出てレントゲン自身の名前がつけられレントゲン(Röntgen Rays)と呼ばれるようになったが、レントゲン本人はレントゲンと呼ばれることを好まず、自らが仮の名とした「X線」と常に呼んでいた。

 もとよりレントゲン一人による発見ではなく、また、科学の発展は万人に寄与すべきであると考え、レントゲンは、X線に関し特許等によって個人的に経済的利益を得ようとは一切せず、1923年ドイツの破滅的インフレの中、無一文でこの世を去る。
 

正常画像と並べてわかる腹部・骨盤部CT

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「陰極線」から「電子」はどうやって発見されたか? このエントリーをはてなブックマークに追加  

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19世紀後半、エジソンとテスラが電流戦争をくりひろげていた頃、電流の正体が何であるかをつきとめようと、科学者たちは日夜研究を続けていた。  

物質を摩擦することで起きる静電気。摩擦すると物質から−の電気の粒が移動することで静電気が発生する。

この−の粒を「電子」と呼ぶ。ところで、電子はどうやって発見されたのだろう?

電子の発見は陰極線の発見に端を発する。陰極線はガラス管の中に電極を入れ、中の空気を抜いていくと現れた。このガラス管をクルックス管とかガイスラー管という。

陰極線とは何か?身近な例でいえば、テレビのブラウン管がそうである。ブラウン管の中は真空になっていて陰極線が飛んでいる。さまざまな映像を映せるのも陰極線のはたらきである。

この陰極線が−の電気をもつ電気の粒であることが発見され、「電子」と名づけられた。今日は電子発見の歴史について調べる。(参考HP Wikipedia)

電子発見の歴史 科学者たちは、電気を通す導体と、電気を通さない絶縁体があったが、イナズマなどの現象により、どんな物体の中でも電圧を上げれば電流を流すことができることを知っていた。 

18世紀には真空状態にすると電流が流れやすくなる、真空放電も知られていたが、しばらくこの現象は忘れられた。

1835年ごろイギリスのファラデーは真空放電に注目し、グロー放電を発見した。

1855年ドイツのガイスラーとブリュッガーはガイスラー管を発明。陰極からでる光はゴルトシュタインによって陰極線と名付けられた。

1875年イギリスのクルックスはクルックス管を発明した。この中に羽根車をおいて、陰極線をあてて回転させた実験は有名である。この実験により、陰極線は帯電した微粒子からなることを明らかにした。

1897年イギリスのトムソンは磁気と電気をもちいて陰極線の正体が負に荷電した粒子であることを発見し、電子と名づけた。

真空放電とは何か? 真空放電は圧力が10〜0.01mmHgのときの放電をグロー放電といい,この程度の低圧の放電管ガイスラー管という。さらに圧力を下げていくと,蛍光を発するようになる。この状態をみる放電管をクルックス管といい,圧力は0.01mmHg程度である。  

陰極線とは何か?クルックスの提案 この陰極線の正体について学者らの意見は分かれた。欧州大陸の学者は陰極線の正体は海の波のように直線的に動いているので波動であるとし、イギリスの学者は重力の影響を受けないほど高速で移動している粒子であるとした。

この大陸側とイギリス側の論争に決着をつけたのはイギリスの物理学者ウィリアム・クルックスであった。クルックスは、今日、自身の名前がつけられている陰極線管、いわゆるクルックス管を用いて、以下のような実験を提案した。  

・陰極線管に磁石を近づけた際に、負に荷電した粒子であれば磁界によって偏向するだろう。 波動であれば磁界によって偏向することはない。

・また、もし陰極線の正体が荷電した粒子であれば、電界によってより容易に偏向するだろうことが予測される。

1897年に、イギリスの物理学者ジョセフ・ジョン・トムソンは磁気と電気をもちいて陰極線の正体が負に荷電した粒子、すなわち電子であるということをしめした。この電子の発見は原子モデルに大きな変化をもたらした。  

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梅雨はカビ・食中毒のシーズン 今年は? このエントリーをはてなブックマークに追加  

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梅雨前線がようやく北上してきた。今年の梅雨なかなか雨が降らない原因の一つにシベリアの暖かな冬があるそうで、これが上空のジェット気流を蛇行させ、梅雨前線を北上させなかった。

しかし、ラニーニャ現象のためフィリピン沖では水温が上がり、上昇気流が発生。これが太平洋高気圧を発達させ、梅雨前線を北上させる。それがここ2・3日の梅雨空だ。

明日はまた晴れるという。気象庁は今年の梅雨は「平年並み」といっているが、これはラニーニャ現象を計算に入れていない。



例年、梅雨はカビや食中毒話題になるが、今年はその心配があまりない。職場でもカビって何?ということが話題になった。

そういえばカビの生える条件は何だろう?

湿り気、気温、風通し、などはすぐ予想ができた。光は?という質問に考えてしまった。光合成はしないからあってもなくてもおなじかな?でも太陽の下で生えるカビなど見たことがない。今日はカビの生育条件について調べる。(参考HP Wikipedia)
 
 
カビの生育条件とは?


住居におけるカビの発育条件

温 度
15〜30℃・20℃を超えると急速に繁殖。28℃位が最も繁殖が盛ん

湿 度
70〜95%・湿度が高いほど繁殖率が高くなる。80%を超えると猛烈な勢いで繁殖

栄 養
有機物。建築内装材・装材はすべて栄養源となる。ごみや埃の付着も栄養源。

酸 素
カビの発育には酸素が必要。酸素が不足すると発育が阻害される。

日 光
日光の中にある紫外線がカビの生育を阻害する。カビの予防や駆除に一番効き目があるのは太陽の紫外線。

カビが引き起こす病気は?


(1)気管支喘息
 吸入アレルギーの代表。 カビは吸入アレルギーの原因となる大気汚染物質・花粉・ダニなどと肩を並べ、より身近である花粉症よりタチが悪い。

(2)アレルギー性鼻炎
気管支喘息と基本的に同じ。

(3)アレルギー性結膜炎
カビの胞子が目に付くと起こる。

(4)皮膚真菌症
カビが皮膚・毛髪・爪などに寄生する。俗に言う水虫・たむし・しらくも。原因は白癬菌。このカビは薬剤耐性が強いだけでなく、皮膚の深部に根を下ろすので薬が浸透せず、今のところ特効薬なし。

カビが足や手の角質部分・陰部粘膜・皮膚毛根に寄生し発育すると、激しいかゆみとともに炎症・びらん・爪囲炎等をおこす。ペットとの接触で感染したり、人から人へと感染する。

(5)アスペルギルス症
呼吸器官に病変を起こすアスペルギルス菌が原因で起こる。真菌症の一種。

(6)アトピー性皮膚炎
カビが皮膚に接触して起こる。カビの発生に気が付かないまま肌に触れたりするとカビの胞子がアレルゲンとなってジンマシンなどを起こす。

(7)感染症
カビが病原微生物として人体組織内に寄生、侵入して炎症性の疾患を起こす場合があり、 カビ感染症といわれます。夏型過敏性肺炎という日本特有の病気もあります。軽いせきやたん、微熱といった症状から始まり、少しずつせきがひどくなって息切れがするようになります。

(8)カビ中毒
カビ中毒は、カビが産生する真菌毒素が原因です。 

カビ対策法


カビ対策には喚起と乾燥が一番です。お風呂場や火事場で濡れた所は常にタオルで拭いて、水気のない状態を保つよう心掛けましょう。最近は窓のないお風呂場も少なくないですが、そのような家庭の場合、換気扇を一日中つけておくと効果的。

梅雨時雨が続くと、洗濯物の干し場所に悩んだりしますよね?部屋干しをすると室内の湿度が高まり、細菌が原因で嫌な臭いが発生します。この場合、窓際に洗濯物を干し、洗濯物に向かって扇風機を回せば早く乾き、カビや細菌の繁殖も抑えられます。

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