No.6ベストアンサー
- 回答日時:
宇宙図は一家に1枚常備というわりには難しく理解しにくいですね。
3億歳の時といえば図の下の方の細かいところなのでものすごく読み取りにくいです。表計算ソフトで計算してみました。考え方は次の通りです。(このあたりは無視してもらってもいいかな)
1.宇宙が3億歳の時に一点から放出された光がその時の宇宙の位置で1億年後にどこまで届いているかを求めます。
式:初めの距離-1
2.光の届いた位置が宇宙の膨張によって1億年の間にどれくらい伸ばされたかでその1億年後に地球から光があるところまでの距離を求めます。
式:光までの仮想距離×(1+1÷宇宙の年齢)
3.同様な計算をして、さらに1億年後の光の地球からの距離を求めます。
4.3を距離が0になる(地球に届く)まで繰り返します。
計算結果は添付図のようになります。縦軸が地球からの距離(億光年)、横軸が宇宙ができてからの時間(億年)になっています。宇宙ができてから3億年経ったときに、いろいろな距離のところからでた地球に向かう光が、いつ頃に地球からどれくらい離れたところにあるかを示しています。初めの距離は、内側から順番に6億光年、7億光年……12億光年となっています。
グラフでは、3億年前に地球から12億光年離れたところから出た光は、134.9億年後(宇宙ができてから137.9億年=ほぼ現在)に地球に到達することを示しています。
これから考えるとHD1は宇宙が3億歳の時に12億光年離れた位置にあったことになります。この位置は、地球から光速の4倍(12÷3)の速度で遠ざかっていますから、現在は512億光年離れた位置にあることになります。この数値が現在のHD1までの距離と概算できます。宇宙図には現在観測できる宇宙の半径が470億光年となっていて、これよりも大きくなっています。計算精度を上げれば(1億年間隔を千万年間隔にするとか)数値が変わってくるのかも知れません。観測できる宇宙の端っこくらいにいるとみておいてください。
お礼に書かれていることです。
遠方の銀河などの天体(HD1も)は、宇宙の膨張に伴って遠ざかりますから、遠ざかる速さと宇宙の膨張速度は同じになります。遠くなれば、それだけ膨張によって遠ざかる速さが速くなり、空間内で天体がどう移動しているかは無視できるようになります。
宇宙の膨張については、アインシュタインが一般相対性理論から導き出したといわれています。当の本人はこんな事はあり得ないといって、消去する項目を加えたそうです。ところが実際に起こっていることがわかって、余計なことをしたのは生涯の過ちと言ったことは有名な話です。ただこのあたりの理論的なことは、全く理解できていません。
宇宙の膨張については、遠方の銀河が距離に比例した速度で遠ざかっていることから考え出されたことです。宇宙ができたときになかったはずの地球が中心となるような事が起こるはずがありません。そこで宇宙の膨張を考えたらいいのではということになっています。
グラフをありがとうございます。
最初宇宙の膨張速度が光速より速いので地球から遠ざかっていくが、地球に近づくにつれて光速より遅くなり、ついには光は地球に到達するということですね。よく分かりました。
No.5
- 回答日時:
間違えていたところがあるので訂正させてください。
宇宙の中で光速以上で遠ざかっているところからの光は届かないと思っていたのですが、そうではないようです。従って、135億年前に3億光年(この距離で光速になっています)以上離れたところから光が今やって来ることができるようです。年数と地球から観測される距離の関係については「宇宙図」に書かれていますから参照してみてください。真ん中のしずく型の線です。宇宙図:https://www.nao.ac.jp/study/uchuzu/
このサイトから図面のダウンロードページにアクセスできません(19時現在。昨日はできました)こちらでもPDFファイルが見られるようです。20MBでかなり重たいです。
図面ファイル:https://www.mext.go.jp/stw/common/pdf/series/dia …
宇宙図の解説にも書かれていますが、135億光年彼方にあるというのは、光が進んできた距離のことであって、その経路は宇宙の膨張に伴って伸ばされていますから、その天体はもっと離れているところにあるといえます。
光の速さは光速でしか伝わりませんから、どこで見ても光速になります。
再度のコメントありがとうございます。
宇宙図はまだ理解できていませんが、
宇宙の膨張と単にHD1が地球から遠ざかるというのは違うものだということですね。
> 135億光年彼方にあるというのは、光が進んできた距離のことであって、その経路は宇宙の膨張に伴って伸ばされていますから、その天体はもっと離れているところにある
分かりました。
宇宙が、つまり空間が膨張するというのはニュートン力学でも、アインシュタインの相対性理論でも言っていないことだと思うのですが、宇宙ではそういうことが起こっているのですか。
No.4
- 回答日時:
135億年前のことを考えてみます。
地球はなかったと考えられますが、あったと仮定して話を進めます。ちきゅうから観測できる宇宙の大きさは、3億光年でした。宇宙の年齢が3億年で、それ以前には宇宙がなかったからです。その観測できる限界のすぐ内側(2.93億光年)のところにHD1ができました。この天体からでた光は、単純に考えれば3億年弱たつと地球に届くはずですが、宇宙の膨張に伴ってHD1と地球の距離が引き伸ばされ、その分だけ余計に時間がかかるようになります。結局135億年かかってやっと地球に届いたということです。この時に光が進んだ距離は135億光年という計算になります。
ちなみに、HD1は光速に近い速度で地球から遠ざかっているように見えます。これはドップラー効果による赤方遷移(波長が伸ばされる)として観測されています。
補足です 宇宙のインフレーション膨張はビッグバンが起こる前に終了しています。
ありがとうございます。
135億年前は HD1 と地球の距離は 3億光年以下だった。
現在 HD1 と地球の距離は 135億光年である。
135億年前 HD1 から地球方面に発せられた光の速度は、HD1、地球どちらから見ても光速である。
以上は正しいのでしょうか。
No.3
- 回答日時:
>2. アインシュタインの相対性理論によれば、
>光速度以上で地球から離れているとしても、
>HD1 から出た光は光速度で地球に達するのではないのですか。
いいえ。
これどこから思いついたのでしょう?
No.2
- 回答日時:
違います。
ビッグバンの時に地球から1mm離れたところの情報が今地球に届いたという事でもあります。
たった1mmを光が進むのに135億年かかる訳です。
理由は宇宙全体がインフレション的に膨張して、膨張速度が光速を超えるからです。
光も遠くに吹き流され、膨張速度が減速してからヤット地球に向って進めたからです。
そうなんですか。
1. HD1 は光速度以上で地球から離れているのですか。
2. アインシュタインの相対性理論によれば、光速度以上で地球から離れているとしても、HD1 から出た光は光速度で地球に達するのではないのですか。
No.1
- 回答日時:
誕生30万年後に宇宙の晴れ上がりがあり、そこが観測限界といわれる。
晴れ上がり後1億年ほど銀河や星が見当たらない「暗黒時代」があり、それを過ぎると星や銀河がどんどん作られた。
というのが現在の科学の推測ではあるよ。
太陽系形成にもそんなに時間はかかっていない。
宇宙を漂っていた星間ガスが付近の超新星爆発などのきっかけで凝集し始め、そこから太陽と惑星に成長するまで数百万年~千数百万年程度。
当時の宇宙も星間ガスのように物質の比較的濃い部分があちこちにあり、それが銀河のゆりかごになったと推測されている。
そういう成長核があるなら、銀河形成に数億年もの時間はかからない。
現在の銀河は天の川銀河やアンドロメダ銀河のように巨大なものだが、天の川銀河やアンドロメダ銀河が巨大なのは過去いくつもの銀河と衝突合体してきたからである。
(現在でも天の川銀河は一つの小銀河を飲み込んでいるし、大小マゼラン雲は天の川銀河に落ち込んでいる途中である)
出来立ての銀河は、大小マゼラン雲のようにもっと小さかった。
なので、形成にかかる時間はさらに短い。
ありがとうございます。
この回答が、私の質問とどう関係しているのか分かりません。
ビッグバンから 3億年後に、地球から 135億光年離れたところに HD1 がいることが可能なのでしょうか。
光速で移動しても無理なのに。
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