当初、参考資料もちこみなしの試験を予定していたのですが、 感染症対策のため、8オンラインで試験をするのはむずかしいので) レポートに変更しました。
課題 A, B は、わりあい正解が出やすく、 課題 C は、明確な正解はないものの、点数の差をつけにくい問題になってしまいました。 採点は相対評価ではないのですが、みんな「S」と「A」にするのも無理があると思いましたので、 わずかな失敗だけで成績が「B」になってしまったばあいもあります。 今回の点数の差には、いくらかは実力の差もありますが、 偶然のはたらきがかなりあると思ってください。
恒星の「HR図」は、実習の課題にもしましたが、そのまとめをしなかったので、 確認の意味で、また問題にしました。
HR図の横軸は スペクトル型 または 表面温度 (有効放射温度)、 縦軸は絶対等級をとることが多いのですが、 ここでは、星が出す 放射 (電磁波) のエネルギーの流れの量と 関係づけて理解することをもとめました。
「放射光度」「放射輝度」という、授業のとき言わなかったかもしれない (言ったとしても、おぼえてほしいキーワードにはしなかった) 用語をもちだした ことが、わかりにくかったかもしれません。 おぼえてほしかったことは、一方が、星全体が単位時間に出すエネルギー、 他方が、星の表面積あたりで単位時間あたりに出すエネルギーであることです。 「放射光度」「放射輝度」は、それぞれの省略表現と思ってください。
横軸が表面積あたりのほうに対応し、左ほど値が大きいです。 縦軸が星全体から出るほうに対応し、上ほど値が大きいです。
星全体の出すエネルギーの大小と、単位面積あたりで出すエネルギーの大小を 組み合わせると、表面積の大小を知ることができます。
星の形を球とみなせば、表面積は半径の2乗に比例し、体積は半径の3乗に比例することを つかって、表面積の大小から、体積の大小を知ることができます。
その結果、体積がいちばん大きいのは図の右上側、 小さいのは図の左下側です。
核融合によって、星の内部の水素がヘリウムにかわっていきます。 それがある段階まで進むと、主系列星が、赤色巨星にかわります。 それからは星の質量の規模によってちがいますが、 太陽ぐらいのばあいは、白色矮星になると考えられています。
出題したときは、HR図を概念的にとらえて、 赤色巨星を「(う)」、白色矮星を「(さ)」とすることを想定していました。 しかし、実際のHR図では、「(し)」のあたりも白色矮星です。 また、太陽が赤色巨星になったとしてもベテルギウスよりは小さいので、 図では「(く)」のあたりだとも考えられます。 そのあたりはいずれでもよいとしました。
数量を計算する問題です。 火山噴火によって生じた波の伝播がニュースになったので、その話題で問題をつくってみました。 しかし、波の速さ、距離、時間に関するものだけで、単調になってしまいました。 エネルギーや波の振幅に関する問題も出そうと思ったのですが、 こちらの情報収集と理解がまにあわなかったのです。
日本で観測にかかった気圧のパルスが、 噴火の時刻に火山を出たものだと仮定すると、 時刻の差と、距離から、平均の速さを出すことができます。 ここでは、地球の形を球で近似しており、 大気は固体地球にくらべて浅い層なので、 球面上をつたわるとみなせばよく、 両点間の距離は中心角と大円の円周からもとめることができます。 (今回の問題では距離の数値をあたえてしまいました。)
結果は、ほぼ大気中の音波の速さと一致しています。 (このときの波はふつうの音波ではありませんが、 水平構造は音波と同様な、ラム[Lamb]波というものだったと考えられています。)
津波は、水面の波のうちで、水深にくらべて波長が長い波です。 波の理論の用語としては、波長にくらべて水深が浅いととらえて「浅水波」ということがあります。 浅水波とみなせるかぎりでは、波の速さは波長によらず、深さの平方根に比例します。
ここでは、トンガの噴火とともに発生した津波が日本に到達したのはいつかを 概算することにしました。 海洋全体の平均の深さは 4 km ですが、太平洋はやや深いので、5 km としました。
なお、海岸にちかづくと、ふつう、水深が浅くなるので、津波の速さは遅くなります。 それにともなって、進行方向の狭い距離のうちに波のエネルギーが集中するので、 水面の変位の振幅は大きくなります。 外洋であまり大きく見えない津波が沿岸で大きな影響をもたらすのには、このようなしくみがあります。 もうすこしくわしくは、[本の紹介]にあげた (「地学概論」の授業の時間には紹介しなかったかもしれませんが) 保坂さんの『謎解き 津波と波浪の物理』を見てください。
地震波には、固体の表面をつたわる「表面波」もありますが、 P波やS波は「実体波」で、地球内部をつたわります。
もし地球内部が一様な物質でできていて、P波、S波の速度がそれぞれどこでも一定であれば、 P波やS波のうちでおもに観測されるのは、震源と観測点のあいだの直線の経路をとおったものになるでしょう。
実際には、マントルと核 (コア) との物質のちがいのほかに、 マントルのうちでも深さによっておもに密度がちがうことによって、 地震波速度がちがいます。(『図表』「地球の内部構造 (2)」のうち 69ページ [3 A] 「地震波の速度」)
それで、地震波の経路は曲線になります。 (『図表 68ページ [2 A] 「P波の伝わり方」』)。 この曲線を計算するのはむずかしいので、 ここでは、概算として、2点間の距離は球面にそった距離と同じと仮定し、 地震波の速さとしては、マントルの平均的な値をつかうことにしました。
地学を学ぶことによって、発想がどのようにひろがるか、 いろいろな考えを知りたかったので、このような問題にしました。
「洪水や地盤液状化などの災害のおきる可能性を、 地形・地質と関係づけて考えることができるようになる」という答えが多かったです。 1月17日の地形図・地質図・ハザードマップを見る実習の印象が強かったのでしょう。 その実習の教材を用意したたちばからは、うれしいことです。
地学の体系的理解のがわからすると、 ここでは地質図を読む実習をやるべきなのですが、 その前提として地図から地形を読める必要があります。 他方、板倉は、洪水にあいやすいところで、 2019年には、鬼怒川の板倉からすこし上流の洪水の被害で東武鉄道が止まって 授業が休講になったこともあったので、 ここで生活するには、ローカルな地形を洪水の可能性と関係づけて つかんでおくべきだと思いました。 それで、地形図の読みかたを中心とする実習課題にしました。
地質と地形には、 新しい時代 (第四紀) の堆積物が平野に多いという対応はありますが、 もっと古い時代の地層や岩石と地形との対応は単純ではありません。 したがって、地形を知っていても、さらに地質を知る意義があります。
他方、この実習とちがった発想があまり出てこなかったのは、ちょっと残念でした。
いま見ている自然の地形は、 人間社会にとって災害であるような、洪水とか、土砂くずれとかが、 何千年ものあいだつみかさなった結果なのだ、ということも考えてほしかったのです。
また、いまおきている地球温暖化は、人間社会にとっては大きな気温の変化だけれど、 地球史のなかではもっと大きな気温の変化もあったのだということも 考えてほしかったのです。 (温度の時間変化に注目すると、産業革命以後の温暖化は、 地球史のなかでもめずらしく速い温度上昇なのかもしれません。 ただしこの点は、遠い過去の時間分解能の高い記録が得がたいので、不確かです。)