光の入射角について質問します。

光の入射角について質問します。

現在、宇宙には「重力レンズ」があり、そのため「同じ天体が二つに見える」という現象が発生してるそうです。

そこで質問なのですが
「レンズが存在し、かつ、同じ物体からの複数の反射光が異なる入射角で観測できるのは観測者自体が発光して場合のみ」と認識しています。

質問：
(1)この質問の前提は光学的に正しいのでしょうか？
(2)正しいのなら、地球が発光している必要があるのですが、地球は恒星（発光する星）ではありません。この質問の前提は正しいのでしょうか？

質問の経緯や補足は以下で行われております。
それらをご参考になり、回答して頂ければ幸いです。
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/6103069.html

No.7 回答者： noname#116136 回答日時： 2010/08/15 01:42

＞質問：

＞宇宙で「レンズにより光が分離」されるという前提は光学的に正しいのでしょうか？
＞分離された光を観測しているかぎり、上記の条件２の場合しかないのですが？


レンズにより光が分離しているのではなく、対象の天体が球体であるため発光していれば３６０度全方向に、また反射なら最大半球面方向に光が届いている訳です。

重力レンズといえば太陽が有名ですね。太陽の裏にある天体は太陽の影になって見れないはずですが、太陽の横を通る光は重力レンズで曲がります。そして地球に届くわけです。正確に重力レンズの焦点から観測できれば、観測対象の天体は太陽の周囲で輪のように繋がった象となります。またどちらかにずれていれば、その方角からのみ観測できます。

ここで２点以上の像を結ぶには重力レンズが複数、同一直線上近辺に重複して存在する必要がありますね。

ところで重力レンズは空間の歪みです。天体の数だけ歪みがあり、相互に干渉し合うわけですからとても難しいですよね。うまく説明できない・・・

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
補足します。
＞ここで２点以上の像を結ぶには重力レンズが複数、同一直線上近辺に重複して存在する必要がありますね。

つまり、あなたは重力レンズの効果は「レンズが同一直線上に重複した望遠鏡と同じ」とおしゃったわけです。
でも、望遠鏡で同一の物体を観測しても、1つの物体は１つにしか見えないですよね？
1つの物体を同時に２つ見るには、片目で望遠鏡をのぞき、かつ、もう片方で直接見ない限りあり得ないのですが
本当に”重力レンズで1つの天体を複数として観察”しているのでしょうか？
レンズを通さない別の光が存在しない限り不可能なのですが、重力レンズで「光が分離される」という説は光学的にあり得るのでしょうか？

補足日時：2010/08/15 06:33

No.6 回答者： semikuma 回答日時： 2010/08/14 01:43

重力レンズで見える像は2つ「だけ」と思っておられるようですが、そんなことはありません。

4つや5つに見えることもあります。
ブラックホールのように質量が一点に集中している場合は空間の歪みが均一ですが、銀河団のように質量が分布している場合は、空間の歪みも不均一で、観測者の目に届く光の角度が一定でないからです。

では、質量が一点に集中する場合、なぜ2つに見えるかは、下のサイトの「シミュレーション」のページを見るとよく分かります。
http://windom.phys.hirosaki-u.ac.jp/monthly/shoc …

この図では、ある程度広がった光源(つまり遠方の星)の前を、ブラックポールのような非常に小さく重い天体(つまり重力レンズ)が通過しています。
光源が広がっているので、左右方向の光は、焦点がずれていても観測者の目に届きますが、上下方向の光は届きません。
なので、観測者には光源が2点に見えます。
光源とレンズの中心が一致したとき、上下左右いずれの角度からの光も観測者に届くので、観測者にはリングに見え、これは「アインシュタインリング」と呼ばれているそうです。
また重力レンズが楕円状である場合、上下方向からも光が届く角度があるので、この場合は4点(中心からの光が直接見える場合は5点)に見え、これは「アインシュタインクロス」と呼ばれているそうです。
面白いですね。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
補足します。

まず、最初に申し上げますが、私は重力レンズは無数に存在すると考えています。ただ話をシンプルにするため、あえて「２つ」と表現しただけす。

わたしが質問したかったのは、
「光学的に、１つの入射角の光を、レンズを通して複数に分離できるのか？」
です。その例として（重力）レンズを持ち出しました。

わたしは、「レンズで光は分離できない」と認識しています（屈折するだけです）が、その場合
「同一の物が２つに見えるためには、必ず異なる２つの入射角が必要」と理解しています。
そして、その条件を満たす条件は２つです。
条件１　同一の物の光が、鏡に映っていて、異なる入射角が存在する場合。
条件２　同一の物の光が、異なる入（出？）射角をもち、「レンズを通した光と通さない光が同時」に存在する場合。

これを考えたとき、
＞宇宙には「重力レンズ」があり、そのため「同じ天体が二つに見える」という前提についての疑問が、本件質問の意図です。
そこで、もう一度改めて質問させて頂きます。

質問：
宇宙で「レンズにより光が分離」されるという前提は光学的に正しいのでしょうか？
分離された光を観測しているかぎり、上記の条件２の場合しかないのですが？

補足日時：2010/08/14 12:02

No.5 回答者： bullfrog 回答日時： 2010/08/14 00:27

１つの天体が「レンズよる屈折」により云々から導かれる答えは「曲がっただけなら天体は１つしか見えない」ことになります。

「屈折」と「分離」は違いますがどう考えればよいのでしょうか？２つに見えるためには２つの入射角が必要でしょ？

光っている天体（光源）は、全ての方向に光を放ちます。
観測者との間に何もなければ、全ての光のうちで観測者に向いている光だけが届き、観測者は「あぁこの方向に天体がある」と感じます。

間に強烈な重力を持つ天体がある場合、光源から観測者に向かってまっすぐ進む光は、間にある天体に遮られたり、重力に大きく曲げられて観測者に届かなかったりします。
しかし、ある程度斜めに向かっていた光（本来観測者には届かないはず）は、重力に曲げられて、観測者に届くことになります。

単純に考えれば、間にある天体の「上を通ってきた光」と「下を通ってきた光」があれば、観測者は2つの方向から光が来るように見えます。つまり、１つの天体が２つに見えます。

図としては、次のサイトにある図がわかりやすいと思います。
http://www.astroarts.co.jp/news/2010/07/27gravit …

参考URL：http://www.astroarts.co.jp/news/2010/07/27gravit …

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
補足します。

次のように理解すればよろしいでしょうか？

光源　＝　白熱灯電球　　　　　　　　　　正解ですね？、答えはYES．
観察者　＝　めがねレンズを掛けた人　　　正解ですね？、答えはYES．
観察者は電球をどの方向からも観測できる。正解ですね？、答えはYES．

でも、変じゃないですか？
上記の答えは全部YESなのに、「電球は１つにしか見えません」が？（私はめがねを使用しています）
２つに見える場合は、レンズと肉眼の隙間から電球が見える場合だけですよね？
つまり、レンズを通した光と、レンズを通さない光が同時に複数見える場合だけですよね？

だから、本件の質問をさせて頂きました。
質問：
宇宙で「レンズにより光が２つに見える」事象の説明として適用されている「レンズにより光が分離される」という前提は正しいのでしょうか？
２つに見えるためには、レンズを通した光と通さない２つの光が必要なんですが．．．

上記の回答者（ANo.6 semikuma）さまにも補足説明させて頂いておりますので、そちらも参照し、正解を教えてください。

補足日時：2010/08/14 12:35

No.4 回答者： bullfrog 回答日時： 2010/08/13 21:58

今回の件は、言葉の定義がきちんとしてないのが混乱の原因かなと思います。

＞「レンズを通し、同じ物体からの複数の反射光が観測できるケース」です。
＞たとえば、太陽光を虫眼鏡で集めるケースです。

レンズでは「屈折」ですね。「反射」ではありません。

太陽光を虫眼鏡で集める場合で考えると、

光源：太陽
光を屈折させるモノ：虫眼鏡
観測者：太陽の光が集まった場所にあると仮定する

ということになると思います。
観測者の位置は光って見えますが、それは太陽の光があたっている結果なので、
観測者が光っている必要はありません。

＞太陽が発光していなければ、レンズを通し同じ物体から複数の入射角を得ることはできないでしょ？

その通りですね。ただし、その説明は「観測者が発光している」かどうかに全く関係しません。観測者は光る必要はありませんよね？

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
補足します。

はい。おしゃるとおり
＞観察者が発光する必要はありません。
＞レンズでは「屈折」ですね。
その通りですね。

そこでもう一度、最初の質問を思い出して頂きたいのです。

＞＞宇宙には「重力レンズ」があり、そのため「同じ天体が二つに見える」という現象が発生してるそうです。

レンズで光を「屈折させることはできる」が、実際には２つに「分けられている」。

質問：
１つの天体が「レンズよる屈折」により云々から導かれる答えは「曲がっただけなら天体は１つしか見えない」ことになります。「屈折」と「分離」は違いますがどう考えればよいのでしょうか？
２つに見えるためには２つの入射角が必要でしょ？

補足日時：2010/08/13 23:19

No.3 回答者： semikuma 回答日時： 2010/08/13 21:24

No.1です。

書き方が悪かったかもしれませんが、「物理的に正しくない」と書いたのは、「重量物の引力により光が引き寄せられると考える」ことであり、重力レンズ効果は正しいことが実証されています。
既に見ているかとも思いますが、下記をご参考に。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%8D%E5%8A%9B% …

尚、これは「作用・反作用」も含めて物理学の問題であり、私は天文学には疎いので、あちらでの回答は控えさせていただきます。

この回答への補足

補足します。
重力レンズの存在も効果もしっています。
「重量物の引力により光が引き寄せられると考える」のが「物理的に正しくない」ことも認識理解しています。

わたしが質問したかったのは、あくまで光学的に考え、
「私が質問した条件のもとでレンズを通した場合」について
です。

ですので、天文学は忘れ、もう一度、光学の有識者としての答えをお願いします。

補足日時：2010/08/13 21:47

No.2 回答者： bullfrog 回答日時： 2010/08/13 17:05

＞「レンズが存在し、かつ、同じ物体からの複数の反射光が異なる入射角で観測できるのは観測者自体が発光して場合のみ」

ある物体を観測するときに、観測者が発光しているかどうかは関係ないのではないでしょうか？

この回答への補足

補足します。

通常は観察者の発光の有無は関係ないですが
本件の質問で示した条件下で考えて頂けないでしょうか？
「レンズを通し、同じ物体からの複数の反射光が観測できるケース」です。
たとえば、太陽光を虫眼鏡で集めるケースです。
太陽が発光していなければ、レンズを通し同じ物体から複数の入射角を得ることはできないでしょ？

質問の経緯を含め、回答の参考なるのと思われますので以下を参照していただきたく思います。
回答は以下のURLでもかまいませんのでお願いします。

http://okwave.jp/qa/q6103069.html

補足日時：2010/08/13 21:33

No.1 回答者： semikuma 回答日時： 2010/08/13 13:10

> 「レンズが存在し、かつ、同じ物体からの複数の反射光が異なる入射角で観測できるのは観測者自体が発光して場合のみ」

どこでそんな間違った認識をされたのでしょうか。
重力レンズ効果とは、文字通り重量物による空間の歪みにより、光が屈折してレンズのような作用をする効果です。
物理的には正しくありませんが、重量物の引力により光が引き寄せられると考えると、理解しやすいでしょう。

そして観測できるほどの重力レンズ効果を得るには、レンズとなる物体の質量が恒星(つまり、太陽のように自分で光る星)並みの巨大な質量が必要、というだけのことであり、観測者が光っていようといまいと関係ありませんし、そもそも観測者の存在自体無関係です。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。

補足します。

あなたは次のように回答されました。
「重力レンズ効果とは、文字通り重量物による空間の歪みにより、光が屈折してレンズのような作用をする効果です。
物理的には正しくありません」
つまり
「重力レンズは、物理的に正しくない」と回答されたわけですがどのように理解すればよいのでしょうか？
本件の経緯は以下のURLで質問させて頂いておりますので、是非、そちらをご覧になり、「天文」のカテゴリで回答していただいたく存じ上げます。

http://okwave.jp/qa/q6103069.html

補足日時：2010/08/13 13:40