知ってるようで知らない宇宙線のひみつ① そもそも「宇宙線」とは何か？ : サイエンスジャーナル

　「宇宙線」は宇宙からの手紙

　論文発表後たちまち大きな話題を呼んだ「アマテラス粒子」。その第一発見者である藤井俊博氏によれば、宇宙線はビッグバンによる宇宙誕生や生命進化のナゾを解く、重大な手がかりになるという。

　日本ではじめて人工雪の生成に成功した中谷宇吉郎は、「雪は天から送られた手紙である」ということばを残した。それになぞらえて言うなら、宇宙線は、たくさんのメッセージを抱えて地球にやってきた「宇宙から送られた手紙」だ。

　中谷が「だれも生まれないまえから雪はふっていた」と書いたように、宇宙線も人類が誕生するはるか昔から地球に降り注いでいた。「脳の肥大化」という、私たち現生人類が誕生するきっかけとなった突然変異に、宇宙線が関連している可能性もあるとさえ言われている。宇宙線という「手紙」に、私たち人類の起源が記されていたとしたら──。ワクワクするような話だと思わないだろうか？（写真はV・F・ヘスによる宇宙線発見の記念碑）

「宇宙からの手紙」としての宇宙線が、どれほど重要な知見を私たちに伝えてくれたのか。そのインパクトの大きさは、ノーベル賞を例にするとわかりやすいかもしれない。宇宙線観測によって、これまでに数多くのノーベル物理学賞がもたらされた。たとえば次のようなもの。

・宇宙線の発見（V. F. ヘス）
・反物質の発見（C. D. アンダーソン）
・霧箱を使った宇宙線観測（P. ブラケット）
・パイ中間子の発見（C. F. パウエル、湯川秀樹）
・1987A超新星ニュートリノ（小柴昌俊）
・ニュートリノ振動（梶田隆章）

　宇宙線とは何か？

　そもそも「宇宙線」とはなんだろうか。宇宙線は、宇宙空間に存在する高エネルギーの粒子で、放射線の一種。

　放射線というと、「原子や分子を電離させる能力をもつ粒子」のことを指す。地中や大気中などに存在する放射性物質は、時間の経過とともに放射線を放出して別の物質に変化している。これを「放射性壊変」もしくは「放射性崩壊」と呼ぶ。

　3つの放射性壊変が存在しており、アルファ壊変、ベータ壊変、ガンマ壊変という名前がついている。それらの壊変では「アルファ線」と呼ばれるヘリウム原子核、「ベータ線」と呼ばれる電子、そして「ガンマ線」、すなわち光子をそれぞれ放出する。そのため、中性子が電子を放出して陽子へ崩壊する過程は、電子を放出するためにベータ壊変（崩壊）と呼ばれる。

　アルファ線は紙1枚で遮蔽することができますし、ベータ線はアルミニウム箔、ガンマ線は鉛や鉄の厚い板、そして透過力の強い中性子線であっても水などの水素を含む物質で、それぞれ遮蔽することができる。

　しかし、宇宙線は深さ200メートル以上の水でも吸収しきれないような、高いエネルギーをもっている。放射線のなかでも、主には陽子線に当たる。

　広義には、陽子、中性子、原子核、電子、陽電子、ニュートリノ、光子、重力波なども、宇宙線に含まれる。ただし、私たち研究者が宇宙線というときには、主に「電荷をもった原子核」を指すことがほとんど。

　たとえば、水素原子は陽子1個と電子1個で構成されているが、高いエネルギーをもつ宇宙線の場合は電子がはぎ取られているため、プラス1の電荷をもつ。ヘリウム原子の場合は、陽子2個・中性子2個の原子核と電子2個からなるため、電子がはぎ取られるとプラス2の電荷となる。同様に鉄原子の場合は、陽子26個と中性子30個でプラス26の電荷を帯ぶ。この電荷の大きさは、「原子番号」と同じになる。

　電荷1の粒子が、1ボルトの電位差で加速されることで得るエネルギーが「1電子ボルト（eV）」になる。皆さんの身近にある乾電池の電圧は1.5ボルトであるため、この電位差で加速されたときに得るエネルギーは「1.5eV」になる。

　宇宙線と宇宙船の共通点

「うちゅうせん」と聞くと、多くの方々は「宇宙船」と勘違いする。宇宙線研究者の長谷川博一は、最先端のテクノロジーを集結してつくり上げた「宇宙船」と、極微の高いエネルギーをもつ粒子である「宇宙線」の共通点に、「どちらも宇宙空間を翔ぶ」ということを挙た。1979年に刊行された、『宇宙線の謎』（講談社ブルーバックス）のなかの記述。

　それからほぼ半世紀が経過し、打ち上げロケットは使い捨てでなく、再利用できるようになりました。宇宙旅行は、以前よりもずっと身近になってきている。さらには月への滞在も現実的になりつつある。宇宙に行くだけでなく、長く滞在したり、そこで働いたりすることが珍しくない時代も、近いうちにやってくるかもしれない。

　宇宙に長く滞在するためには、宇宙線の影響は無視できなくなる。地上では大気によって宇宙線が吸収されるため、約50分の１に減少している。宇宙で私たちが生活するようになれば、それが50倍に増えるため、宇宙線が何にどの程度影響するかをあらかじめ調べておく必要がある。

　宇宙開拓時代が到来したら、宇宙での食糧自給もまた、大きな問題になると思われる。宇宙で育てるのに最適な動植物や、その土台となる飼料や堆肥に関する研究が盛んになる。宇宙線は、私たち人間のみならず、すべての物質に影響をおよぼします。そのため、食料となる動植物についても、宇宙線の影響を考える必要がある。

　たとえば月のような、地球の6分の1の重力で、放射線は50倍も高い環境下で植物は生長できるのか、動物は飼育できるのか、遺伝的にどのような影響が出るか……。さらには保存食や薬剤といったものへの影響についても、あらかじめ調べておいたほうがよい。

　他にも、宇宙飛行士に尿路結石が多いという結果も報告されており、微小重力と宇宙線の組み合わせが人体にもたらす影響については、まだまだわからないことばかり。このように、人類の宇宙進出において、宇宙線の研究は必要不可欠なものだ。