2017年5月26日金曜日

ビア樽のなかの生命活動

 惑星観測装置担当の山本です。

 先日、大阪の長居公園で行われたオオサカオクトーバーフェスト2017に行ってきました。5月にオクトーバーとは、という思いもありましたが、好天にも恵まれおいしいビールと料理が頂けて幸せでした。


オオサカオクトーバーフェスト受付の様子

 学生時代に名古屋にある某ビール工場見学ツアーに参加し、そこでよりおいしくビールを頂くための「秘伝の三度注ぎ」のやり方を伝授され、以来その会社のビールをひいきにしていますがしかし、原材料/発酵のさせ方/ホップの組み合わせの違いで、世界には様々な種類のビールがあります。ビールと言えばキンキンに冷えた、と思いがちですが、あまり冷えていない方が風味や香りを楽しめるものも多くあります。今回のイベントでは5つの醸造所のビールしか飲めませんでしたが、これからがビールシーズン(本来は秋でしょうが……)。沢山飲んでいきたいです。

 さて、ビールはエジプトのピラミッド建設時に報酬として振る舞われたという記録が残っているほど歴史が深く、また全世界に多くの愛好家がいらっしゃるので滅多なことは言えませんが、その製法を極簡単に整理すると、麦などを由来としたデンプンを糖化させた麦ジュースにホップを加えた後、ビール酵母に発酵させ、アルコールと炭酸ガスを生成させてビールにする、でしょうか。ビールに限らずお酒というのは糖分を酵母に食べさせてアルコールを作ります。アルコールというのはそもそも炭素と酸素から出来ている鎖のどこかにヒドロキシ基(-OH)をくっつけた物質で、実は生物の体にはありふれています。

 少し話は変わりますが、私が研究している惑星観測装置では、木星のような巨大なガス惑星の観測を目指した装置開発を行っています。しかしこの装置で培った技術などを、現在建設が予定されている超大型の望遠鏡に適応することで、将来的には地球のように表面が水に覆われた岩石惑星の観測を行いたいと思っています。こうした惑星を観測し、「地球外生命の兆候」を発見することが究極の目標の一つです。

 ここで挙げられた「生命の兆候」が何を指すのか、に関しては様々な意見があります。地球型の生命を考えるならば、炭素から構成されている生物がいるのなら「メタン」が排出されるはずだ、とか、植物のような生命が光合成をするのだから「酸素」があるはずだ、とか、植物一つ一つを見ることは出来ないが大陸を覆うような大森林があるのならば「葉緑体の色」を見られるはずだ(2015年11月の山本記事参照[http://sarif-report.blogspot.jp/2015/11/blog-post.html])、とかです。

 このうち「葉緑体の色」というのは現在観測可能な星が太陽よりも小さく暗いので、地球の植物のような葉緑体を持っていないかも知れず、ハッキリと見られるのかは分かりません。また「メタン」や「酸素」などは生物が関わっていなくても生成される場合があるため、これらの物質が発見されたからと言って即「生命が発見された!」とはなりません。

 そこで、Turbo-King等のグループは、先ほど紹介した酵母菌のような生物の発酵によって生成された炭酸ガスとアルコールが検出出来れば、これが「生命の兆候」として使用できる、と報告しています(arXiv1703.10803[https://arxiv.org/abs/1703.10803])。もともと「海」があるような惑星を観測しようとしているので、水とアルコールと炭酸ガス、つまりビールのような惑星が発見出来るのならば、そんな惑星には生命が溢れている、と。

 実はこの論文は4月1日に投稿された(今年は4月1日が土曜日だったので掲載されたのは4月3日でしたが)エイプリルフール用のジョーク論文です。しかし何を以て「生命の兆候」とするのか、どんな物質が最適であるのか、そもそも「地球生命のような生命」の探査でよいのか、などなど議論は尽きません。土星の衛星には表面を覆った氷の下に液体の水があると考えられ、実際に間欠泉のように水が噴出していることが確認された(正確には水が分解された後のと思われる水素ですが)「エンケラドゥス」や、地球とはまったく異なりメタンが雲や川、海を作っている「タイタン」など、地球外の生命の存在が期待されている天体がいくつかあります。

 さまざまな理論や議論がありますが、何はなくとも観測出来なければ確認が出来ません。装置の開発を目指し、今後も開発を続けていきます。

それでは!



2017年5月12日金曜日

巨大真空容器

光学など担当の岩室です。

 現在、3.8m 望遠鏡で使用する分光器の開発を進めています。
この分光器は天体の赤外線スペクトルを調べるもので、なかなか大変な装置です。今回はこの装置の入れ物の紹介です。

 微弱な天体からの光を調べる天文学の観測装置にとって、関係のない周囲からの光は大敵です。可視光で使う装置は余分な光が装置内に入らないように、入射窓以外の部分は密閉することで周囲の光を遮断していますが、赤外線はそういうわけにはいきません。
なぜなら赤外線は温度のあるもの全てから放射されているからです。
特に分光器の場合は天体からの光を波長ごとに分けて更に微弱にしてしまうため、周辺からの光の影響をより受けやすくなります。
そのため、赤外線の装置は装置内部の壁をできるだけ(この装置の場合マイナス200度まで)冷却する必要があります。

 壁を0度より低い温度まで下げると結露します。そのまま時間が経つと、内部の全ての物が昔のアイスクリームの販売容器のように霜だらけの状態になり、全く使えません。
そのため、赤外線の装置は真空容器に入れて全ての気体を吸い出して真空とし、その状態で冷却する必要があります。3.8m 望遠鏡で使用する赤外線分光器は、できるだけ多くの情報を得るためにかなり大型の装置となっており、それを格納する真空容器も1m を超える大きなものとなります。
大きな真空容器は地球の大気圧との戦いとなります。

 地球の大気圧は1平方センチあたり約1kg で、1平方メートルだと10トンにもなります。これだけの力に耐え、かつ確実に真空を保持できる構造にするには、通常はできる限り球面や円柱を組み合わせた形となるのですが、その場合、内部の光学系の設置や取り扱いがしづらくなります。現在開発中の分光器は、光ファイバーで天体からの光を導くため、装置を観測ドームの1階に置くことができ、重量の制約がありません。そのため、メンテナンス性を重視して産業界で用いられるような箱型の真空容器を使う事にしました。




この箱は 1.7m×1.3m×0.7m のサイズのアルミ製(厚さ 5cm)で、ちょっと幅の広い浴槽位のサイズです(重さ1トン)。光ファイバーや電気系の配線は全て底面から入るので、逆さまの重箱の容器部分を引き上げるような感じで側面兼天板を外すことができ、重いですが内部のメンテナンスが非常にやりやすいのが利点です。




 この箱は、電子ビーム溶接という特殊な溶接方法で製作されています。
   上の写真は容器の一部の側面の拡大写真で、黄色の丸の中央で縦に溶接されているのですが、完全に一体化しているため、どんなに目を凝らして見ても溶接されている事が全くわかりません。最近の溶接技術の高さに感心した瞬間でした。


2017年4月21日金曜日

世の中に絶えて桜のなかりせば

春の心はのどけからまし、というが蓋し名歌である。3月半ばも過ぎると落ち着かなくなってくる。開花時期と満開時期はいつだろうか、どこへ行こうかと。
御所の北の近衛邸跡地付近の枝垂桜はやや早咲きで、まずはこれを見に行く。何本かの枝垂桜があるが、いずれも見事な枝ぶりに色も少しずつ違って、見ごたえがある。数日もすると染井吉野が盛りとなり、北部グラウンド横の花折断層を登って疏水分流を南下する。銀閣寺道までくれば桜のトンネルで、疏水の水路に枝が伸び出した様は風情がある。哲学の径までくると、桜だけでなく、雪柳とレンギョウが白と緑と黄色のコントラストをなして競うように咲いている。雪柳とレンギョウは何故か並んで咲いていることが多いような気がするのは気のせいだろうか。更に哲学の径を南下して大豊神社前までくると、これまた立派な桜の木があって、人気のスポットである。大豊神社に寄り道すると、遅咲きの見事な枝垂梅が見られることもある。若王子で哲学の径を離れ、永観堂前を通って、野村別邸碧雲荘の西側までまわると、そこは紅色の枝垂桜のちょっとした並木道である。しばし呆然として眺めいる。気を取り直して、桜並木を通り南禅寺門前を経て、蹴上インクラインまで歩く。ここも桜のトンネルである。少々歩き難いが、インクラインを上がっていくと、桜だらけの京都市内を一望することができる。歩き疲れたので今日はここまで。この先、蹴上を踏み越えて山科疏水まで行けば山桜の古木が多く、また違った風情が楽しめるが、また明日にでも。
さてそれから暫くすると京都の北の方の桜も咲き始める。土日に時間があれば、京北の常照皇寺へ。有名な御車返しの桜(一重と八重が一枝に咲く)は今はもう老木でほとんど咲かないようだけど、九重桜の巨大な枝垂桜もあるし、御所から株分けしたとかいう左近の桜もある。これでシーズン終わりかなと思うが、まだ御室桜は大丈夫かも、ああ忙しい。と、いうのが理想的なのだが、実際にはそんなに花見ばかりしてられない。やはり、世の中に桜がなければ春の心は落ち着くに違いない。


太田 2017412日 




この写真は家の近くの桜



 

2017年4月7日金曜日

立ち止まって考える

 先週の火曜日(328日)、岡山地裁である裁判の判決が出されました。岡山短期大学に勤める山口雪子さんが、視覚障害を理由に授業担当からはずされたことに対し、短大の運営法人を提訴した裁判の判決でした。岡山地裁は彼女の訴えを認め、大学側の措置無効の判決をくだしました。大学側は控訴するかどうか検討中と新聞にありました。
 じつは私は、前からこの裁判に興味をもっていまして、昨年11月に開かれた口頭弁論も傍聴しました。じつに得難い経験でした。傍聴して考えたことはいろいろありました。たとえば、「障害のある先生から障害の無い学生が学ぶ意義」「ふだん自分が使っていない感覚を研ぎ澄ます」といったテーマです。これらは畢竟「教育とは何か」という普遍的テーマにも結びつきます。「学びの拡げ方」といったほうが適切かもしれません。それは、自分は今まで学びや教育を狭くとらえていたのではないかという反省につながります。
 天文学は、地上の(理系)学問とちがって、対象を直接、手にすることができません。望遠鏡で得られる画像は見ることが中心ですから、視覚障害者の学びは困難とも言えます。ところが一方で、現代天文学はブラックホールやダークマターなど、眼に見えない存在が、じつは宇宙の中で大切な働きをしていることを明らかにしてきました。宇宙の学びに、眼が見える、見えないはさして大事なことではないのかもしれません。では視覚以外の感覚を使って、どう宇宙を学んでいくか。前々から考えているテーマです。

 春がきました。ぽかぽか暖かい日差しの川沿いの道をたどりながら、道ばたの菜の花に触れ、そよ風を感じ、小川の流れにじっと耳を傾けてみました。眼で見ていながら、見逃していることがたくさんあることに気づかされます。ゆったりと豊かな時間が流れていきました。

(嶺重 慎)




5月の上高地に咲く花



2017年4月3日月曜日

老眼

最近、細かい文字がよく見えない。
と言っても本や新聞の文字が読めないという訳ではなく、もっともっと細かい文字の話。

望遠鏡の制御関係を担当してることもあって電子部品をよく使う。
ご存知のように電子機器は小型化の流れが進んでいるので、研究開発の分野でも扱うのも多くがチップ部品と呼ばれる極小の部品たち。
よく使う抵抗などは1.6×0.8mmというサイズで(これでもスマホやデジカメに入っている部品と比べたら十分に大きい)、表面には抵抗値を表す3桁の数字が書いてある。
1文字当たりの大きさは高さ0.6mm、幅0.3mmくらいだと思う。
20歳くらいの頃は難なく読めたけれど、30歳頃から38の区別が怪しくなって、最近では虫眼鏡の力を借りないと自信がない

老眼というのは眼のピント調整を行う筋肉が衰えて、近距離でピントが合わなくなる病気。
一般的には4050歳頃から自覚症状が出ることが多いのですが、実は10歳台の頃からピント調整能力の低下は進み続けているらしい。
4050歳頃になると、人が物を手に持って見る30cm程度の距離でピントが合わなくなり、生活に支障が出て気がつくという流れ。
先に述べた電子部品の例では極端に小さな文字を近距離で見ようとしたため、20歳代でも老眼に進みに気が付いたわけです。

視覚と同様に聴覚も歳とともに衰える。
人の耳は鼓膜を震わせた音が耳小骨を経て蝸牛管という渦巻状の空洞で共振を起こし、それを聴覚神経で感じ取って脳に伝える構造になっている。
高い音は波長が短いので渦巻きの入り口付近で共振し、低い音は奥の方まで伝わって共振するので、どの位置にある聴覚細胞が反応したかで音の高さが分かる。
歳をとると高い音が聞こえなくなるのは入り口付近の細胞からダメになっていくから。
若い頃は20kHzまで聞こえるけれど、40歳台では15kHz程度、60歳台では10kHz程度まで衰えると言われている。
学生に向かって「昔はテレビのブラウン管の音(水平走査周波数の15.75kHz)がはっきりと聞こえたけど今は怪しいなぁ。」と話したら「ブラウン管のテレビ自体を見たことがありません。」と返答されたことに一番歳を感じる今日この頃だったりします。


201743日  木野


大きさ1.6×0.8mmのチップ抵抗。望遠鏡の制御回路にもこのような部品が多数使われている。
103というのは初めの2桁が数値、最後の1桁が乗数なので10×103乗=10kΩの意味。



2017年3月10日金曜日

光子の裁判

リーダの長田です。
宇宙物理学教室には、クラシック音楽愛好家だった方のご遺族から膨大なCDが寄贈されて談話室に素晴らしいコレクションができています。
バッハ以前の音楽からバルトークやショスタコーヴィッチまで、極めて標準的というかまんべんなく趣味の良い曲揃えのCDがたくさん並んでいます。だからこれをすべて聞けば宇宙物理のメンバーは西欧のクラシック音楽を征服したことになる!、というようなものに思えます。

ところが。私もやったらめったらクラシックのCDを安く安く買いあさり、集めていました、今ではwavファイルなんぞになりつつありますが。そしてやはり標準的な曲をそろえているつもりになっていました。なのに、宇宙物理学教室の談話室のCDリストとはちっとも重ならないのです。ことごとく違っています。双方のCDリストともにドイツ古典派が分厚いなど、良く似通っているのに、ほとんど共通のものがないのです。しかも好みが違うわけではありません。私の主観で言って、上記の宇物CDは趣味が良いなあと思うのです。

例えば、上にドイツ古典派とは書きましたが、私がやたらとハイドンの曲を集めたのに、宇物CDにはハイドンがほとんどありません。調べてみて気づいたのですが私が病的とも思えるほどベートーヴェンの交響曲のCDを持っているのに対し、宇物CDにはありません。いや、全くないというわけではなくて、なんとリストがピアノ曲に編曲したものだけは全集としてそろっているのです。

さて、いま、天文観測の解説記事を計測の学会誌に書いていて、そこで私は偏光を担当することになりました。宇宙からやって来る電磁波の情報を研究するのが商売なのだから光についてはしっかりと知っていないといけないはずですが、あらためて光について調べるといろいろと感心することばかりです。

感心することの筆頭には、何と言ってもアインシュタインのノーベル賞受賞理由だった光電効果や光量子仮説、つまり、光は電磁波という波であると同時に光子という粒子でもある、ということをあげたいと思います。これを題材に、東野圭吾の湯川学ならぬ、朝永振一郎が短い名作を書いています。「私は二つの窓の両方を同時に通りました」という波乃光子被告の供述は真なのかという法廷劇「光子の裁判」です。量子力学の代弁者である弁護人が、光子は二つの窓を同時に通ったのだと実証したところで著者は・・・(いくら名作でもネタバレは良くないですね)。

しかし光がすごい点は、私にはもう1つあるように思えるのです。電子がスピンを持っていて、だとか、この2つの量子力学的状態は直交しているのでどうだらこうだら、などど講義で話しながら、私はどうもしっくり来ていませんでした。
人間が日常感覚として量子力学を体得するなんてできないのではないか、いつまでももやもやが残るのではないか、と思っていました。だけど、そのもやもやは、偏光という性質をよく考えることで、かなり日常感覚で納得できるのでは、と思い始めたのです。

光は2つの独立した成分を持ったものが重なっている、というわけです。きっとこれが高等学校でも偏光という概念をしっかり教える理由なんだろうと私には思えます。光は電磁場の波であり、それは横波なので2成分を持っているのだ、というのは高校生にもわかりやすいですよね、縦と横に振動しながらやって来る波。ただ、実はここからがちょっと難しくて、普通に私たちが見る光はそういう2成分の電磁場の振幅を足し合わせたものではないのです。スペクトル線などというほとんど単色の光の場合でも、数「ナノ秒(十億分の一秒)」というぐらいの時間しか振動が続かず(註1)、光を足し合わせてもうまく電磁場の振幅を足し合わせることにならないのです。もしも足し合わせることができるなら、縦に振動している光と横に振動している光を足せば、例えば、斜めに振動している光なんてものができるはずですよね。これを偏光の言葉で言えば、「縦方向の100%偏光と横方向の100%偏光を足せば、斜め方向の100%偏光ができるはずである(註2)」と。でもそうはなりません。普通はゼロの偏光になってしまいます。

こういうふうにバラバラに足し合わさったものを、量子力学では混合状態と呼びます。でも、2つの基底ベクトルから合成された純粋状態というのに対比して、混合状態というのを習っても、私にはあんまりピンと来ませんでした。だけど、2つの直交した偏光はまったく独立したものであり、しかもそれを足すときにうまく位相を合わせて足さないと純粋状態は表せない、というのを、偏光という格好の教材で学ぶのが良いと思うのです。

そして冒頭の宇物のCDコレクションの話題、私のCDとは直交してるんだよなあ、というオチで終わるんですけど、この強引なこじつけ、大ブーイングでしょうかねえ。(とにかく最後までお読みくださりありがとうございます。)



宇宙物理学教室のクラシックCDコレクション


1)単色の光でないと、もっと短くなってしまいます。まんべんなく色が混じっているような光だと、さらにその何百万分の1の時間というように。
2)「いや、そういう合成では必ずしも斜めの直線にならない。円偏光ができても不思議はない、電気信号なんかでも、オシロスコープで縦に振動させたのと横に振動させたのを足して円や楕円を作った」というあなた、正しいです。ただ、この場合、そういうのはやっぱり100%の円偏光や100%の楕円偏光です。




2017年3月1日水曜日

宇宙ユニットシンポジウム

  広報・サイエンス担当の野上です。

  京大で宇宙に関する研究を行っているところは、我々理学研究科宇宙物理学教室と天文台だけではありません。同じ理学研究科の中でも宇宙線研究室や天体核研究室というのがあり、工学研究科ではロケットの軌道計算をやっている研究室があったり、はたまた文系でも宇宙人類学の研究を行っている方がおられたりと、様々な「宇宙研究」がなされています。日本でもっとも多岐にわたる宇宙研究がなされている大学と言って間違いないでしょう。

  そしてそれらの研究者を結びつけ、新しい学問分野・宇宙総合学を構築することを目的に、「宇宙ユニット」という組織が2008年にスタートしました。宇宙ユニットでは毎年宇宙ユニットシンポジウムという一般の方が自由に参加できる催しをやっており、その記念すべき第10回シンポジウムが211()12()に開催されました。

  普通にエラい先生の講演やパネルディスカッションもあり、それはそれで面白いのですが、このシンポジウムはなんと言ってもポスターセッションが面白いです。『「宇宙」に関連した研究や活動を行っている人・団体』というのが参加資格なので、本当に色々なプレゼンがあります。少し例をあげると、「お寺で宇宙学」というタイトルで本物のお坊さんが話してるし、「宇宙から見える彫刻 宇宙から聞こえる即興演奏」というタイトルでジャズを奏でている人がいるし、「狩猟採集民ブッシュマンにおける世界観の変容 ー伝統的神と新しい神の狭間でー」というタイトルでアフリカのブッシュマン問題を語っているひとがいるし、となかなかにカオスな状況になっています。

  ご興味をお持ちの方は、是非来年のシンポジウムでお会いしましょう。


  画像は先日の宇宙ユニットシンポジウムのポスターです。