サイエンスジャーナル

自然科学大好き!サイエンスジャーナル!気になる科学情報をくわしく調べ、やさしく解説します!

テクノロジー

世界初の快挙!夢の分子“カーボンナノベルト”(カーボンナノチューブの基本構造)の合成に成功

 夢の実現にまた一歩前進

 カーボンナノチューブ(Carbon nanotube、略称CNT)というと夢の素材だ。炭素によって作られる六員環ネットワーク(グラフェンシート)が単層あるいは多層の同軸管状になった物質。細くなっても非常に丈夫で、伝導率も高いことからさまざまな分野で応用が期待されている。

 例えばコンピュータは小型化ならびに高性能化が求められ、コンピュータ内部にあるLSIの微細化が進んでいる。その微細化を進める上で大事なのが配線材料。現在使用している銅配線を多層カーボンナノチューブ配線に置き換えることで、コンピュータをはじめとするデジタル製品を支えるシステムLSIを進歩させることができる。

 また、構造によってバンド構造が変化し電気伝導率やバンドギャップなどが変わるため、シリコン以後の半導体の素材としても期待されている。半導体としてのCNTをトランジスタのチャンネルとして用いることで、高速スイッチング素子として用いられることが期待される。CNTはP型半導体的な極性を示す。


CNB

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太陽系からわずか40光年先に地球似の惑星を発見!望遠鏡で大気の有無や地球外生命の痕跡も分析

 宇宙に惑星は無数に存在する

 2017年2月22日(日本時間23日の午前3時)、NASAが突然行った緊急記者会見で、地球から約39光年(1光年は約9兆4600億キロ・メートル)先の宇宙で、生命を育む可能性がある7個の惑星が見つかったと発表された。この研究はベルギーやアメリカ、それにアフリカなどの研究者で作る国際共同研究チームがイギリスの科学雑誌、ネイチャーの電子版にも発表された。

 それによると、研究チームは太陽系から、およそ40光年離れた宇宙にある「TRAPPIST-1」と呼ばれる星の周りを、地球と似た大きさと質量を持った惑星が、少なくとも7つ回っていることを突き止めた。

 7つの惑星は、その質量や、「TRAPPIST-1」との距離などから、表面にもし水があれば、凍ることなく液体のままで存在できる可能性があるほか、うち6つは地球のように岩石などでできた固い表面を持っている可能性があるという。


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北朝鮮で核実験やミサイル発射準備、米軍は大規模爆弾(MOAB)でISIS攻撃!日本はどうする?

強いアメリカを目指す大統領

 北朝鮮は15日、初代国家主席である金日成(キム・イルソン)氏の生誕105周年を祝う「太陽節」に合わせ、平壌で大規模な軍事パレードを行った。

 北朝鮮は昨年の太陽節で、中距離弾道ミサイル「ムスダン」とみられるミサイルを発射。今年も6回目の核実験やミサイルの発射が行われるのではないかと、周辺国が警戒していた。核実験やミサイル発射の動きはないようだ。だが北朝鮮は、25日にも朝鮮人民軍の創設85周年パレードを控えており、油断できない。

 実際、北朝鮮の韓成烈(ハン・ソンリョル)外務次官は14日、AP通信のインタビューに、「指導部が、時と場所が適切と判断すれば、いつでも(6回目の)核実験を行う」と強気の姿勢を示している。

 これまで"野放し状態"だった北朝鮮に対し、トランプ米大統領は覚悟を固めている。4月6日から7日にかけて行われた米中首脳会談では、習近平・国家主席に対し、北朝鮮への圧力強化を要請。4月8日には、北朝鮮近海に向け原子力空母カール・ビンソンを派遣した。さらに、自身のツイッターで「北朝鮮は面倒を起こそうとしている。(問題解決へ)中国が協力を決断しなければ、われわれは独力で問題を解決する」として、アメリカ単独でも北朝鮮を攻撃する意思を示している。


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変わらない物質から変わる物質の時代へ!新物質「時間結晶」の生成に成功

 結晶と時間結晶

 結晶(crystal)とは原子や分子が空間的に繰り返しパターンを持って配列しているような物質である。より厳密に言えば離散的な空間並進対称性をもつ理想的な物質のことである。

 この原子の並びは、X線程度の波長の光に対して回折格子として働き、X線回折と呼ばれる現象を引き起こす。このため、固体にX線を当てて回折することを確認できれば、それが結晶していると判断できる。

 近年、こうした結晶の周期的パターンが空間上ではなく時間軸の方向に現れる「時間結晶」という現象が注目されるようになってきた。それも、単なる理論上の仮説ではなく、「実験的に時間結晶を作り出した」とする報告がいくつか出始めている。


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2024年打上げ、火星の2つの衛星に探査機サンプルリターンミッション(MMX) 日仏で挑戦へ!

 月とは異なる火星の衛星

 火星の衛星は、フォボスとダイモスである。地球の衛星である月とは似ても似つかないいびつな形の衛星だ。これらは小惑星が火星の重力場に捕獲されたものだと考えられているが、はっきりしたことはまだ分かっていない。

 火星の表面から見るフォボスとダイモスは、地球の衛星である月の運動とは非常に異なっている。フォボスは西から上って東へ沈み、11時間後に再び上る。ダイモスは火星から見た静止軌道のわずかに外側を回っており、東から上るがその運動は非常に遅い。ダイモスの公転周期は30時間だが、西の地平線に沈むまでには2.7日もかかる。これはダイモスの公転が火星の自転から少しずつ遅れるためで、平均して約5.4日後には再び上る。

 どちらの衛星も火星の潮汐力によって自転と公転が同期しており、常に火星に同じ面を向けている。フォボスは火星の自転よりも速く公転しているため、潮汐力によってフォボスの軌道半径はゆっくりと、しかし確実に小さくなっている。未来のある時点でフォボスはロッシュ限界を超え、潮汐力によって破壊されると考えられる。火星の表面に残る多くのクレーターは、過去にフォボスのような小さい衛星がいくつかあったことを示唆している。一方ダイモスは軌道が充分に遠いため、その公転軌道はゆっくりと遠ざかっている。


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光の二重性を利用して超高感度な「超伝導光センサー」を開発!光子一つを観測できる光子顕微鏡を実現

光子一つを観測できる光子顕微鏡を開発

 光子は光を構成する最小単位であり、それ以上分けることができない素粒子の一つ。波動性と粒子性の両方の性質を併せ持つ。光の強度は、光子のエネルギーと単位時間当たりの光子数の積に比例する。つまり、光子は1つ2つと数を数えられる存在であり、量子の一つである。

 今回、光を構成する最小単位の光子一つを観測することができる光子顕微鏡を開発した...と産業技術総合研究所(産総研)がこのほど発表した。これまでの光学顕微鏡では不可能だった極めて弱い光も検出してカラー画像を撮影することに世界で初めて成功したという。研究成果は英科学誌に掲載された。

 産総研・物理計測標準研究部門量子光計測研究グループの福田大治(ふくだ だいじ)グループ長らの研究グループは、これまでに超伝導現象を利用して光子を一つづつ検出して光子の波長も識別できる光センサーを開発している。


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天空の城「ラピュタ」が現実に?小惑星の力学的エネルギーで空中に浮かぶビル構想、地震や津波からも解放!

 現実味を帯びてきた「宇宙エレベーター」

 「宇宙エレベーター」が現実味を帯びてきた。それは地上と宇宙をエレベーターでつなぐ、これまでにない輸送機関。地上から天へと伸びる塔のようなものを想像してみよう。かつては突飛な夢物語として受け止められていたが、理論的には十分実現可能なものであり、近年の技術発展によって、手の届く域に到達しつつある。

 宇宙エレベーターの仕組みは、次のとおり。地球を周る人工衛星は、地球の重力で下(内側)へ引っ張られている力と、遠心力で上(外側)に飛び出そうとする力が一致して釣り合っているため、高度を維持して周回し続けている。このうち赤道上の高度約3万6000㎞を周る人工衛星は、周期が地球の自転と同じで、地上に対して天の一点に静止しているように位置するため、「静止衛星」と呼ばれている。

 この静止衛星から、地上へ向けてケーブルを垂らす。ケーブルを吊り下げた分、衛星の地球に向いている側、つまり下の方がやや重くなるので、徐々に地球の重力に引かれて落下してしまう。そこで、反対側にもケーブルを伸ばしてバランスをとると、衛星は静止軌道の高度を維持して回り続けられる。

 このケーブルに昇降機を取り付け、人や物資を輸送できるようにしたものが宇宙エレベーターであり、原理はとてもシンプルなものである。


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世界で初めて iPS細胞「他家移植」に成功!「加齢黄斑変性」に他人iPS由来網膜組織を移植

 iPS細胞いよいよ実用段階へ

 iPS細胞というと、神経や心筋、肝臓など体のさまざまな組織になる能力を持つ細胞。皮膚や血液の細胞に数種類の遺伝子を送り込み、受精卵のような状態に「初期化」して作る。山中伸弥京都大教授が2006年にマウス、2007年に人で開発に成功し、2012年にノーベル医学生理学賞を受賞した。難病患者の細胞を再現して新薬開発に活用するほか、目的の細胞に変えて移植する再生医療への応用が期待されている。iPS細胞は人工多能性幹細胞の英語の略称。

 2017年1月には、iPS細胞から作った目の網膜の組織を網膜が病気のマウスに移植し、目で光を感じ取れるようにすることに理化学研究所のグループが世界で初めて成功した。「網膜色素変性症」は3000人に1人がかかり、失明の原因にもなる難病で、この病気で視野の真ん中しか見えなくなったような患者でも、iPS細胞の移植によって視野が開けるように研究を進めている。

 今回、他人に移植しても拒絶反応が起きにくい特殊な iPS細胞を使って、重い目の病気の患者を治療する「他家移植」と呼ばれるタイプの世界初の手術を、理化学研究所などのチームが3月28日実施した。


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地球は大きな磁石だ!欧州宇宙機関の地磁気観測衛星「Swarm」が見た、地球「岩石圏の磁場」

 地球は大きな「磁石」である

 地球は「磁石」である。意外な感じがするかもしれないが、方位磁針を見てみればそれがよくわかる。すなわち、磁石のN極は北を指し、磁石のS極は南を指す。つまり、北極はS極であり、南極はN極である。これを地磁気(Earth's magnetic field)という。

 通常、地球の磁場はとても弱いので、「nT(ナノテスラ)」という単位が用いられる。地球物理学で地磁気の磁束密度は、10の-9乗テスラ = 1ナノテスラ (nT) に等しい。地磁気の成因の99%は地球内部にあり、1%は地球外(太陽表面から荷電粒子等)にある。ガウスは、地磁気のデータから、地球の磁場の成因の99%は地球内部にあることを証明し、80%は双極子(棒磁石)で説明できることを明らかにした。

 では、地球がなぜ磁石になっているかというと、複数の発生原因がある。一つは地球そのものが永久磁石であるということ。地球内部の永久磁石(強磁性体)が磁気を引き起こしており、地殻、磁鉄鉱床、溶岩が冷えて固まるときに,その時点の地磁気によって磁化され,規模の大きな磁石になった。この磁力は全磁力のうち5%に相当する。


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海藻の成長を促す「サルーシン」という物質に注目、アオサノリを水槽で短期間に育てる新技術開発!

 海苔とは何か?

 おにぎりや巻寿司に欠かせない海苔(のり)。鉄分も多く含まれる食品だ。海苔は紅藻・緑藻・シアノバクテリア(藍藻)などを含む、食用とする藻類の総称。日本では食品として、それら藻類を加工した「生海苔」や「板海苔」などが食されており、江戸前寿司などで重要な材料となっている。

 日本語の「ノリ」はヌラ(ぬるぬるするの意)を語源としており、水中の岩石に苔のように着生する藻類全般を表す語でもあるが、広義には食用とする紅藻類・藍藻類の総称である。平安末期は 「甘海苔」といい、アマノリを板海苔に成形した「浅草海苔」として広まった。海苔はたんぱく質、食物繊維、ビタミン、カルシウム、EPA、タウリン、ベーターカロテン、アミノ酸などが豊富に含まれており栄養に富んでいる。日本のほか、中国、韓国、イギリス、ニュージーランドで養殖もされている。一時はアメリカでも養殖されていた。

 海苔は古くは天然のものを採るだけだったが、江戸時代になると養殖技術が確立し、東京湾で採れた海苔(紫菜)を和紙の製紙技術を用いて紙状に加工するようになって「浅草海苔」となり、現在市販されている板海苔が完成する。なお江戸の海苔の代表とされる浅草海苔の始まりに関しては諸説あるが、岡村金太郎著『浅草海苔』(1909年、博文館)においては、遅くとも長禄年間(1457~1459年)頃まで遡るとしている。


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活動する宇宙!宇宙マイクロ波放射(CMB)を乱す、スニヤエフ・ゼルドビッチ効果(SZE)を史上最高解像度で観測

宇宙空間には何が存在するだろう?

 宇宙空間は、真空で何もないように見えるが、実際は様々なものでできている。星間物質は、気体の星間ガスと、固体の細かい塵である星間塵(宇宙塵)に分けられる。前者は主に水素やヘリウムなどの軽い気体、後者は珪素や炭素、鉄、マグネシウムなどから成る微粒子である。存在比でいうと星間ガスの方が多く、星間塵は星間物質全体の質量の1%程度と少ない。一部の星間物質が濃密に凝集して星雲・分子雲を形成することがあるが、大部分は可視光では観測不能で、赤外線や電波の放射によって観測される。

 星間物質の平均密度は、1立方センチあたり水素原子が一個から数個程度であり、地上の実験室で達成できる真空状態を遙かにしのぐ超高度真空状態である。極めて低い密度ながらこうした物質が全体に存在しており、分子雲などではより密度が高くなっている。

 こうした霞(かすみ)のような物質が集まって、太陽系のような天体集団ができ、それが集まって銀河系をつくり、さらに銀河が集まって銀河団を形成している。その世界の片隅に我々人間も存在する...などということは、日常生活の中でとても想像することはできない。まったく不思議なことだ。


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北朝鮮4発のミサイル同時発射、日本は情報収集衛星の打上げ成功!米国と協調し自分の国は自分で守れ!

日本列島に危機迫る

 北朝鮮のミサイルの脅威が大きくなっている。いくら日本が平和憲法だから戦争を考えないとしても、隣国は平和憲法で動いているわけではないので、戦争も考えている。

 現に「今回のミサイルは在日米軍基地を目標にした」と北朝鮮は発表した。日本国憲法の最大の間違いは、世界中の国が平和主義であると決めつけてしまったことだ。日本はこのまま指をくわえていていいのだろうか――。

 北朝鮮が3月6日に、4発のミサイルを同時に打ち上げ、そのうち1発が、石川県の能登半島の北北西約200キロの海域に落下。これまで北朝鮮が発射したミサイルで、最も日本に接近したケースと見られている。

 菅義偉・官房長官は3月9日の記者会見で、今回発射されたミサイルは「スカッドER」と推定していると発表。ミサイルは1000キロトン規模のものであり、「西日本がミサイルの射程範囲に入る」として、「北朝鮮のミサイルは現実の脅威になっている」と強調した。


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SiとNだけでできた世界で3番目に硬い透明セラミックスを発明!ダイヤモンドより硬い物質とは?

 世界一硬い物質

 硬い物質というとダイヤモンドが有名だが、世界で一番硬い物質というとダイヤモンドではない。ナノテクノロジーの進歩によりダイヤモンド以上の硬さの物質も発見されている。

 例えば、立方晶窒化炭素は理論上はダイヤモンドより硬い物質と考えられている。また、ロンズデーライト(Lonsdaleite)は六方晶系の結晶構造をもつ炭素の同素体。その結晶構造から六方晶ダイヤモンド(Hexagonal diamond)とも呼ばれる。ロンズデーライトはダイヤモンドよりも 58% 硬い可能性が示唆されている。

 最近の研究ではカルビンという物質が地球上で最も硬いということが分かった。ダイヤモンドと同じく「炭素原子」でできているが、炭素を鎖状に繋げたような形になっていると発表されている。このカルビンという物質、なんとダイヤモンドの3倍の硬さがあるらしい。前述したロンズデーライトは1.58倍、ウルツ鉱は1.18倍ダイヤモンドよりも硬いので、カルビンの異常な硬さがうかがえる。


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画期的!テレビの電波で水蒸気量を計測、集中豪雨も予測可能に?地デジ放送波を使った水蒸気量推定法を開発

平成26年8月豪雨による広島市土砂災害

 近年、想定外の集中豪雨が問題になっている。平成26年8月20日、日本海上に停滞していた前線の約300km南側にあたる広島市で3時間に200ミリを超える大雨となり、大規模な土砂災害が引き起こされた。このときの行方不明者の捜索は約1か月間に及び、安佐南区から安佐北区の被災地域での死者は74人、重軽傷者は44人に上った。

 この死者74人という数は、国土交通省の発表によると土砂災害による人的被害としては過去30年間の日本で最多であり、1983年7月に島根県西部で87人が死亡・行方不明となった豪雨(昭和58年7月豪雨)による土砂災害以来の大きな人的被害となった。また広島県全体では、両区を主として、133軒が全壊したのをはじめ330棟の家屋が損壊し、4,100棟以上が浸水被害を受けた。

 この時の大雨は20~50kmの幅を持ち、線状に50~200kmの長さに伸びる降水域が数時間停滞して引き起こされた。このような降水域は、その形態から線状降水帯と呼ばれている。このとき、積乱雲が進行方向の上流側(逆側)に次々と発生して、3~5個程度の積乱雲で構成された積乱雲群を形成する過程があり、これをバックビルディング型形成と呼ばれている。さらに複数の積乱雲群が連なることで線状降水帯が形成され、線状降水帯には積乱雲→積乱雲群という階層構造がみられた。


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およそ132億年前、最古の銀河(A2744_YD4)を発見!宇宙誕生からわずか6億年で酸素も星の材料も存在

 最も遠い銀河を発見!

 「最も遠い“銀河団”を発見」という記事をもう何回も見てきたが、今回は、132億光年離れたもの。それだけ観測技術が向上しているのだろう。

 2006年9月、日本の国立天文台などがすばる望遠鏡で見つけた約128億8000万光年先の銀河が「最も遠い銀河」だった。

 2007年7月、欧米の観測チームが発表した「最も遠い銀河」は130億光年の銀河であった。米カリフォルニア工科大と英仏などのチームが、ハワイの米ケック望遠鏡で発見したもの。その方法は光が銀河団などのそばを通る際、巨大な重力で進路が曲がる「重力レンズ」効果を利用したものだった。

 2011年1月には、地球からろ(炉)座の方向に約132億光年も離れた所にある小型の銀河「UDFj-39546284」が、欧米のハッブル宇宙望遠鏡で発見された。これまでに観測された最も遠い銀河より約1億5000万光年遠く、記録を更新した。観測成果は2011年1月27日付の英科学誌ネイチャーで発表された。


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113番元素ニホニウム(Nh)の次は116番元素リバモリウム(Lv)合成に成功!新元素発見へ意欲

 ニホニウム(Nh)のその後

 昨年11月、113番目の元素として、元素名「nihonium(ニホニウム)」、元素記号「Nh」が正式決定された。

 この元素は、理研・仁科加速器研究センター 超重元素研究グループの森田浩介グループディレクター(九州大学大学院理学研究院教授)を中心とする研究グループが、理研の重イオン加速器施設「RIビームファクトリー(RIBF)」の重イオン線形加速器「RILAC」を用いて2004年7月に初めて合成に成功したもので、その後、2005年4月、2012年8月にも合成に成功。2015年12月31日に、同研究グループによる113番元素の発見がIUPACにより認定され、命名権が与えられていた。

 113番元素のほか、115番、117番、118番元素の元素名および元素記号についてもIUPACによって正式決定され、それぞれモスコビウム(Mc:Moscovium)、テネシン(Ts:Tennessine)、オガネソン(Og:Oganesson)と命名されている。

 ニホニウムの寿命は0.002秒なので、これでは役に立つ可能性は全くない。ただチームは、元素に存在限界はあるのか見極めるという、基礎研究として行ってきた。今後、元素はさらに発見され続けるのだろうか?


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バイオエレクトロニクスが進化中!電流オン/オフ制御が可能なDNAスイッチを開発!次はDNAトランジスタ・集積回路

 電子デバイス、トランジスタ、集積回路

 電子デバイスというと、電子の働きを応用し、増幅など能動的な仕事をする素子の総称。トランジスタ・電子管など。また、 IC のように抵抗器・コンデンサーなど受動素子を含んでいる素子についても、全体の働きからこのなかに含めることがある。

 この中でも20世紀の偉大な発明の一つといってよいのがトランジスタ。トランジスタがIC(集積回路)を生み、集積回路がコンピューターを生んだからだ。その発明者の一人がウイリアム・ショックレー。1956年のノーベル物理学賞を受賞者だ。

 トランジスタの働きといえば、たとえば、ラジオ。空中を伝わってきた極めて微弱な信号の強弱を拡大(増幅)して、スピーカーを鳴らす。こんな働きをするのがトランジスタの増幅作用である。入力信号の波形を変えずに、その電圧や電流の大きさのみを拡大しているわけだ。


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すでにチェス・囲碁・将棋・ポーカーで人間を超えた?人工知能にはルールが必要!研究者が守るべき倫理指針

 人工知能がポーカーでもトッププロに勝利

 人工知能の進化が目覚ましい。人工知能をめぐっては、去年、IT企業グーグルのグループが開発した「Alphago」が世界トップクラスのプロ棋士に勝利するなど急速に能力が高まっている。

 将棋界ではプロ棋士に勝てる人工知能が登場し、将棋のタイトル戦「竜王戦」の挑戦者になった三浦弘行九段(42)が、過去の対局中にスマートフォンなどに搭載の将棋ソフトを使って不正をした疑いがあるとされたことが問題になった。実際には不正使用はなかったものの、そこまで人工知能が進化したのかと驚かされた。

 今回、急速に進化が進んでいる人工知能が、トランプのポーカーでトッププロに勝利したとカナダなどの研究グループが報告し、相手の札が見えないゲームでも勝利したことでさらなる進化につながると期待されている。


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NASAが緊急記者会見、今回は39光年先に7つの第2の地球発見!表面に水、生命の可能性

 NASAが再び「重大発表」の予告

 NASAが時々行う「重大発表」の予告。2015年9月には「火星に水の存在を示す発見」を発表した。その内容は、火星に現在も液体の水が存在することを強く示す根拠の発見だった。一時は、「火星人が見つかったのか」などと期待するツイートが殺到したが、それほど極端な発表はないようだ。

 そんなNASAが2月21日、突如として全世界に向けて驚くべきアナウンスを行った。なんと東部標準時22日の午後1時(日本時間23日の午前3時)より緊急記者会見を開き、重大な発見について報告する予定だという。突然の知らせに世界の科学者や天文ファン、さらにオカルト愛好家たちの興奮も最高潮に達した。

 しかし、アナウンスに記されたいくつかの手がかりから、会見の内容をわずかながら読み取ることができた。ひとつは「系外惑星に関する重大な新事実を発表する」と記された会見の主旨だ。系外惑星とは、太陽系の外にある恒星を周回する惑星のこと。つまり今回の発表は、火星をはじめとする地球にとって(比較的)身近な惑星の話“ではない”ということだった。


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太陽から謎の放射線(ガンマ線)観測!原因は裏側の巨大フレアにあった!

 ガンマ線とは何か?

 ガンマ線というと放射線の一種で、波長がおよそ 10 pm よりも短い電磁波である。ヘリウム4の原子核であるアルファ粒子は一枚の紙すら通過できず、ベータ線の実態である電子では1cmのプラスチック板で十分遮蔽できるが、電磁波であるガンマ線では10cmの鉛板が必要となる。非常にエネルギーが大きい放射線である。

 宇宙からもガンマ線はガンマ線バーストという形で観測されており、宇宙のあらゆる方向から、一日に数回観測されている。 ガンマ線バーストを起こす元となる仮想的な天体をガンマ線バースターと呼ぶ。2005年現在では、ガンマ線バーストは極超新星と関連しているという説が最も有力である。超大質量の恒星が一生を終える時に極超新星となって爆発し、これによってブラックホールが形成され、バーストが起こるとされる。

 ガンマ線は太陽や、雷雲からも観測される。理化学研究所によれば、冬期の日本本州・日本海沿岸地域において雷雲の活動に伴い自然放射線が増える現象を調査していたところ、雷雲から10 MeV(1×10-9 mSv)のガンマ線を40秒間観測し、雷雲が粒子加速器の働きをしていることが分かった。なお、雷雲からのガンマ線量は1回の胸部X線で浴びる放射線量の2億分の1程度と計算されている。


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