物理学第3回
Summary
TLDRこのビデオスクリプトでは、物理学の第3回として、銀河系の発見者であるウィリアム・ハーシェルの業績と、宇宙天体までの距離測定の方法について解説しています。スクリプトでは、地動説の確立と惑星の理解を通じて、宇宙の形を探求する過程を説明し、ハーシェルが銀河系の円盤状の形を発見した経緯を紹介しています。さらに、視差や星の色と明るさの関係、周期的変化と明るさの関係を用いた距離測定のステップについても触れ、天体観測の基礎知識をわかりやすく解説しています。
Takeaways
- 🌌 脚本介绍了银河系的发现以及哈雷谢尔对宇宙天体距离的测量方法。
- 📚 之前课程讨论了地动说，而本次课程转向了对银河系形状的探索。
- 🔍 哈雷谢尔认为通过研究恒星的分布可以了解宇宙的形状，他将恒星分布的空间形状称为“星”。
- 🛰️ 哈雷谢尔提出了两个假设：所有恒星的固有亮度相同，以及恒星在宇宙中均匀分布。
- 📊 哈雷谢尔通过观察不同方向上可见的恒星数量来推断宇宙的形状，得出了宇宙是圆盘形的结论。
- 🌐 他将这个圆盘形的宇宙称为银河系，认为太阳位于银河系的中心。
- 🌟 现代科学已经证明银河系是一个由恒星、尘埃和气体组成的巨大盘状结构，太阳并不在中心。
- 📏 测量天体距离的方法包括视差法、颜色-亮度关系法和周期性变化法。
- 👀 视差法利用地球绕太阳公转产生的视差来测量近距离恒星的距离。
- 🌠 恒星的颜色和亮度关系可以用来估计更远恒星的距离。
- ✨ 周期性变化法利用某些恒星的光度变化周期与其绝对亮度的关系来测量距离。
Q & A
物理学の授業で何について話されていますか？
-物理学の授業では、銀河系の発見と宇宙天体までの距離の測定について話されています。
地動説の確率過程とは何を指しますか？
-地動説の確率過程とは、惑星についての理解が進んでいく過程を指しています。
ウィリアム・ハーシェルはどのような宇宙の形を求めましたか？
-ウィリアム・ハーシェルは、星の分布する空間の形を調べることで宇宙の形を求めました。
ハーシェルの時代にはどのような問題がありましたか？
-ハーシェルの時代には、天体までの距離を求める手段が確立されていなかった問題がありました。
ハーシェルはどのようにして星の距離を求めることを試みましたか？
-ハーシェルは星の固有の明るさと宇宙の形についての仮定を用いて、星の距離を求めることを試みました。
ハーシェルの宇宙モデルでは太陽はどのような位置にありますか？
-ハーシェルの宇宙モデルでは、太陽は宇宙のほぼ中心に位置すると考えていました。
現代の銀河系のモデルでは太陽はどこにありますか？
-現代の銀河系のモデルでは、太陽は銀河系の中心から約2万5000光年離れた場所にあります。
銀河系の構造にはどのような部分がありますか？
-銀河系の構造には、バルジ（核球）、ディスク（銀河盤）、そしてハロー（銀河の外縁）があります。
視差とはどのような現象ですか？
-視差とは、観測者の位置が変わることで、遠くの物体に対する近接物体の位置が変わることです。
年収視差とは何を意味していますか？
-年収視差とは、地球が太陽周りを一周する間に、地球の位置の変化によって遠くの星に対する近接星の位置がどのように見えるかの変化を指します。
天体までの距離を測定するステップにはどのようなものがありますか？
-天体までの距離を測定するステップには、年収視差を使用する方法、星の色と明るさの関係を使用する方法、そして変星の周期と明るさの関係を使用する方法があります。
Outlines
🌌 ハーシェルによる銀河系の発見と宇宙の形
この段落では、ウィリアム・ハーシェルによる銀河系の発見と宇宙の形についての研究が紹介されています。ハーシェルは、星の分布空間の形を調べることで宇宙の形を調べたと考え、星の固有の明るさと宇宙の均一性に基づいて距離を測定し、宇宙が円盤状にあるという結論に至りました。しかし、太陽が銀河の中心にあるという誤った前提と、距離測定手段の未確立のために、彼のモデルには限界がありました。
📊 ハーシェルの銀河モデルと現代の銀河系の理解
この段落では、ハーシェルの銀河モデルと現代の銀河系の理解が比較されています。ハーシェルは太陽が銀河の中心にあると考えていたが、現代の研究では太陽が銀河の中心から約2万5000光年離れた場所にあることがわかっています。現代の銀河系は、中心のバルジを囲む円盤と、その外周を包むハローとされる星のまばらな成分から成り立っています。
🔭 星の集団「聖運」と天体までの距離の測定
この段落では、星の集団「聖運」と呼ばれる天体が銀河内にあるのか、それとも銀河外にあるのかという問題が提起されています。聖運の実際の規模を知るために、天体までの距離の測定が重要であることが強調されています。視差、星の色と明るさの関係、周期的変化と明るさの関係という3つのステップを使って距離を測定するプロセスが紹介されています。
👀 視差と天体までの距離の関係
この段落では、視差という現象を使って天体までの距離を測定する方法が説明されています。視差は、地球の異なる場所から見たときに、近距離の物体が背景に対して異なる位置に見える現象です。この視差を利用して、地球と星の間的距离を計算することができます。視差は距離に反比例するため、距離が遠くなるほど視差は小さくなります。
📏 天体までの距離測定の限界と意義
最後の段落では、天体までの距離測定の限界とその意義について述べています。視差が小さすぎるために測定できない距離に達する前に、約200光年以内の星の距離を正確に測定できることが重要です。これは、第2ステップと第3ステップの方法を用いた距離測定の基礎となります。
Mindmap
Keywords
💡銀河系
💡地動説
💡惑星
💡宇宙天体
💡視差
💡固有の明るさ
💡星の集団
💡光年
💡聖運
💡渦巻状の構造
💡天体の周期性
Highlights
物理学の授業では、銀河系の発見と宇宙天体までの距離測定について学ぶ。
ハワーシェルが銀河系の形を調べ、宇宙の形を知るための方法を提案した。
惑星の理解が進む過程で、宇宙の天体の分布も理解が深まった。
ハワーシェルは、星の分布空間の形を調べることで宇宙の形を知ろうとした。
星の固有の明るさと宇宙の分布を仮定して、宇宙の形を推測する方法を提案。
宇宙は円盤状であるという結論に至り、太陽が中心に位置すると考えられた。
現代では、我々の銀河系は円盤とバルジ、ハローの3つの部分で構成されていると知られている。
太陽は銀河系の中心から約2万5000光年離れた場所に位置する。
ハワーシェルの仮定が正しくなかったことから、彼の宇宙モデルは誤りがあった。
しかし、ハワーシェルは宇宙が円盤状であるという点では正しい答えを得ていた。
聖運（星の集団）が銀河系内にあるかどうかが、その大きさの理解に重要である。
天体までの距離測定は、聖運の位置と大きさの理解に不可欠である。
視差法、色指数法、周期変光星法の3つのステップで天体までの距離を測定する。
視差は、地球と天体の相対位置の変化から天体までの距離を推定する方法。
視差が小さいほど天体が遠く、視差が大きいほど天体が近くある。
視差法で測定できる距離には限界があり、約200光年以内の星に限られる。
銀河系の直径は約8万光年で、視差法で測定できる範囲は限られている。
視差法は、次のステップで使用される距離測定方法の基礎となる。
Transcripts
00:01皆さんこんにちは物理学1第3回の事業を
00:06始め
00:08ます今回の内容
00:11は銀河系の発見ハーシェルの
00:16宇宙天体までの距離の測定
00:23です第1回と第2回で地動説の確率過程に
00:28ついて述べました
00:31そこでの主役は惑星でありそこでの主役は
00:36惑星であり地動説の確率過程というのは
00:41惑星についての理解が進んでいく過程で
00:44あったわけ
00:46です一方それと並行する形で構成について
00:51の理解も進んでいきまし
00:53た構成というのはそれ自体は太陽と同じ
00:58ようなものであり
01:00太陽に比べてはるかに遠い距離にあるため
01:03に夜空で見えているような見かけの明るさ
01:07を持っているのだということが分かってき
01:10たの
01:11ですそれらの構成が分布する空間の形を
01:15調べたのがウィリアムハーシェルでし
01:24た以下では構成のことを単に星と呼ぶこと
01:29にしし
01:35ますハーシェルは星の分布する空間の形を
01:40調べればそれは宇宙の形を調べたことに
01:44なると考えまし
01:50た星の分布する空間の形は1個1個の星が
01:563次元空間の中でどういう位置を持って
01:58いるかを調べ
02:00分かり
02:02ますしかしそのためには1個1個の星まで
02:06の距離を求める必要があり
02:09ます天体までの距離を求める手段は
02:13ハーシェルの時代にはまだ確立していませ
02:16んでし
02:20たそこでハーシェルは次の2つの過程を
02:25置いて宇宙の形を求めることにしました第
02:30一の過程
02:34は星
02:36の固有の明るさ
02:39は皆
02:42同じ星の固有の明るさは皆同じであると
02:46いうもの
02:47です星の固有の明るさとはその星自体が
02:52持っている性質としての明るさということ
02:58です第2の家庭
03:03は星は宇宙に一応に分布
03:09するすなわち
03:11単位体積あたりの星の個数に場所による
03:15ばらつきがない
03:19がその宇宙はある有限の大きさと形を持っ
03:24て
03:28いるというもの
03:37です先ほど述べた2つの過程に
03:40より色々な方向に望遠鏡を向け
03:45てその視野内に見える星の数を調べれば
03:50宇宙の形が分かり
03:53ますなぜならもし視野内に見える星の数が
03:58多ければその方向には星が遠くまで分布し
04:03ていることに
04:04なり逆に視野内に見える星の数が少なけれ
04:09ばその方向には星が近くまでしか分布して
04:14いないことになるから
04:22ですこのようにして宇宙の形を調べた結果
04:29宇宙は円盤上で
04:34あるという結論を得まし
04:41たハーシェルが求めハーシェルが求めた
04:45円盤上の宇宙は今の言葉で言うと銀河
04:56系銀河系我々の銀河とも言いますが銀河系
05:02に対応するものであると考えられ
05:13ますハーシェルが形を求めた円盤上の宇宙
05:18を縦の平面で切った時の断面を表したのが
05:23この図
05:27です図の真ん中に近いとに大きな星印
05:37で表されているのが頭の真ん中に近い
05:41ところに大きな星印で表されているのが
05:45太陽
05:46ですすなわちハーシェルの宇宙では太陽は
05:51宇宙の太陽はほぼ宇宙の中心にあることに
05:56なります
06:00ハーシェルの宇宙は我々の銀河系に対応
06:04するものであると述べましたがでは我々の
06:08銀河系はどのようになっていると現在では
06:11分かっているかを表したのがこの図
06:15ですこれは我々の銀河系を真横から見た
06:19ところ
06:22です真ん中にある星の集団
06:27がバルジと呼ばれてい
06:32ますこのバルジを取り巻くように
06:38円盤ディスクがあり
06:42ます円盤も星でできてい
06:46ますこの円盤を包み込むよう
06:50に
06:52ハローと呼ば
06:55れるまばらな星の成分があります
07:01円盤の直径は約8万高年
07:09ですここで後年というの
07:14は長さの単位
07:17で1高年はイコール光が真空中を1年間で
07:24進む距離
07:30一高年は光が真空中を1年間で進む距離
07:41です太陽
07:49は我々の銀河系の中心から約2万5000
07:56後年離れたところにあります
08:02ハーシェルの宇宙では太陽は宇宙の中心に
08:06あるのでその意味ではハーシェルは謝って
08:09いたことになり
08:11ますハーシェルが謝っていた理由は
08:15ハーシェルの置いた2つの家庭が正しく
08:17なかったこと
08:19ですそうであるにもかかわらず幸いにも
08:23円盤上であるという点ではハーシェルは
08:26正しい答えを得ていたことになります
08:34我々の銀がを真上から見るとこの図のよう
08:38になり
08:40ます円盤の
08:42うち特に星が集中している部分
08:47は渦巻状の構造
09:03渦巻き状の構造を形づくっていることが
09:06分かり
09:10ますこの図にも太陽の位置が示されてい
09:22ますここから内容が大きく変わります
09:30夜空を望遠鏡で見ると星の他にぼんやりと
09:35広がった天体が見えることが昔から知られ
09:39ていまし
09:41たそのよう
09:43な広がりを持ったそのような広がりを持っ
09:48た天体
09:49を
09:51聖運と呼んでいました
10:00望遠鏡の性能の向上により水運のうち多く
10:04のもの
10:05は星の
10:11集団星の集団であることがわかりまし
10:16たここからは星の集団であるような聖運に
10:21注目することにします
10:31聖運は我々の銀河系の内部にある天体なの
10:37かそれとも我々我々の銀河系の外のはるか
10:43遠くにある天体なのかということが問題に
10:46なりまし
10:49たこのことは見かけ上ある大きさに見えて
10:54いる聖運が実際にはどのくらいの規模の
10:58ものなのかということに関係してき
11:03ますもし聖運
11:09が我々の銀河系の内部に
11:15ある天体であるなら
11:18ば星の集団としてそれほど大きくないもの
11:22であることになり
11:26ます一方
11:31水運が我々
11:34の銀河系の外
11:37のはるか遠くに
11:41ある天体であればそれは星の大
11:47集団であることになり
11:55ます以上述べた疑問に対すること答えを
11:59知るため
12:01に水運までの距離を測定
12:06する水運までの距離を測定することが重要
12:12になってきまし
12:19たそこでここから次回にかけて天体までの
12:25距離の測定ということについて説明します
12:33第1ステップは年収視というものを使う
12:37方法
12:40です第2ステップは星の色と明るさとの
12:45関係を使うという方法
12:50です第3ステップは変更性の周期と明るさ
12:55との関係を使うという方法です
13:01ここで第1
13:04ステップ第2
13:07ステップ第3
13:09ステップと述べた意味は次のようなこと
13:15ですまず第1ステップに
13:19より近いところにある天体までの距離を
13:23測定し
13:25ます次にこの第1ステップで得られた距離
13:30測定の結果を踏み台にし
13:33て第2ステップに
13:36よりやや遠くにある天体までの距離を測定
13:40し
13:42ます最後に第2ステップまでで得られた
13:46距離測定の結果を踏み台にし
13:50て第3ステップによりさらに遠くにある
13:55天体までの距離を測定するのです
14:01今回は第1ステップの年収資さというもの
14:06を使う方法について説明し
14:10ます第2ステップと第3ステップの方法に
14:14ついては次回第4回に説明することにし
14:23ますまず視について説明します
14:31この図のように遠くに山脈があるものとし
14:39ますそして比較的近いところ
14:43に木が立っているとし
14:50ます
14:52さらに2人の観測者
14:56が互いに少し
15:00距離を置い
15:03て立っているとし
15:08ます右側の観測車から
15:11は木の先端
15:14はある山の頂上に重なって見え
15:21ます左側の観測車から
15:25は木の先端は別の山の頂上に重なって見え
15:33ますこのように観測者がいる場所の違いに
15:39より比較的近いところにあるものの遠くに
15:44ある背景に対する位置が異なって
15:49見えること
15:51を視差と言い
15:57ます視というのは次のようにすれば体感
16:01することができ
16:03ますまず窓の方を向いて
16:07ください次に窓の方向に腕を伸ばして
16:13人差し指を立てて
16:15くださいそして左目をつぶって右目で
16:20人差し指を見たり右目をつぶって左目でし
16:25人差し指を見たりしてみてください
16:29すると右目で見た時と左目で見た時とで窓
16:36に対する人差し指の位置が違って見える
16:39ことがわかり
16:41ますこの場合は左右の目が少し離れている
16:46ことが上での先ほど述べた観測者がいる
16:51場所の違いに当たるわけです
17:03次
17:05に年収
17:07資について説明し
17:12ます遠くにいくつかの星があるとし
17:18ますそして比較的近いところにも星がある
17:25とします
17:29地球は太陽の周り
17:34を太陽の周りを好転しているの
17:39で
17:42例えば1月
17:45と7月で
17:47は地球のある場所が違い
17:52ますする
17:54と1月に
17:59の星を見た時
18:02と7月に近くの星を見た時と
18:11で遠くのいくつかの星に対する位置が違っ
18:16て見え
18:21ます前の図との関係で言うと遠くにある
18:27いくつかの星が山脈
18:31に近くにある星
18:34が木の先端に対応
18:40し1月
18:42と7月に
18:46ある1月と7月に地球のある場所の違い
18:50が2人の観測者のいる場所の違いに対応し
18:55ています
18:591年間を通して考える
19:01と地球は太陽の周りを一周するの
19:10で近くの星
19:12の遠くの星に対する見かけの位置も一周
19:17することになり
19:22ますこの見かけのうこの見かけの動きの
19:28大きさは角度で表され
19:46ますこれを年収示唆と言います
20:04近くの星までの距離が遠くなるほど年収視
20:08さは小さくなり
20:16ますその2つは正確に反比例の関係にあり
20:21ます
20:29すなわち
20:30距離が2倍になると年収資さは1/2に1
20:37になり距離が3倍になると年収しさは
20:421/3になり
20:54ます年収資は距離に反比例するので
20:59が測定できれば距離は正確にわかり
21:12ますしかし距離が大きすぎると年収視さは
21:16小さすぎて測定できなくなり
21:19ますすなわち
21:22年収年収視が測定できる星の距離にはが
21:29あり
21:33ます市上の望遠鏡で年収資査が測定できる
21:37の
21:38は約200高年以内
21:43の星に限られ
21:48ます我々の銀河系の円盤は直径が約8万
21:52高年です
21:54から約200高年以内の星というのはごく
21:59限られた星ということになってしまい
22:03ますしかしごく限られた星であるにせよ
22:08その距離が正確に測定できるということは
22:12次の第2ステップそしてその次の第3
22:16ステップの方法を使う時の踏み台として
22:19重要なこと
22:23です今回の内容は銀河系の発見ハーシェル
22:29の
22:31宇宙天体までの距離の測定でし
22:35たそれではこれで今回の授業を終わります
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