- 福江 純、沢 武文 [たけやす]、高橋 真聡 [まさあき] 編, (1988, 1993, 2014) 2020: 極[きょく]・宇宙を解く — 現代天文学演習。恒星社厚生閣, 301 pp. ISBN 978-4-7699-1643-7.
2020年2月にでたB5判 横書きのペーパーバック。「天文宇宙検定 1級」の「公式参考書」だそうだ。わたしは、2024年3月、さいたま市 大宮の本屋で、「天文宇宙検定」 2級・3級のテキスト [読書メモ] とならんでいたのを見て、はじめて存在を知った。執筆者を2級のテキストとくらべると、福江 純さん、大朝 由美子さん、政田 洋平さんがかさなっているので、たぶん1級の問題を企画する集団ともかさなりがあるのだろう。
「極」というと地学関係者としては北極・南極を考えてしまう。天文ならば、天体の見かけの位置をしめす赤道座標に天の北極・天の南極があるし、銀河座標にもその座標の極がある。しかし、本書の「はじめに」によれば、本書は、1988年に出た『宇宙を解く』から、1993年に「新」、2014年に「超」をつけたものにつづくもので、「極」には演習書として「きわめた」という思いがあるのだそうだ。しかし、(内容を理解しないうちの印象にすぎないが) 本書の内容が決定版とはおもえず、まだかわりゆくものだろう。すなおに『宇宙を解く 第4版』としたほうがよかったと思う。
章だてはつぎのようになっている。
第1章 現代天文学の基礎概念
第2章 太陽系と太陽
第3章 恒星の世界
第4章 連星とブラックホール活動
第5章 天の川銀河と星間物質
第6章 銀河と宇宙
目次を書きぬいてみると、わたしにとって、項目としては知っているが、操作可能な知識になっていないことがらが多い。そのレベルの人が見た印象としては、天文学の基本をマスターするためのよい教科書のようだ。わたしの大学初級の「地学」の授業の教材としては、2級・3級のテキストはよいと思ったが、本書は、第1章第1節はよいが、第2節からすでに (球座標や円筒座標での積分がでてくるので) むずかしい。教えるたちばではわかっていたほうがよいのだが、いまのわたしには、本書を読んで演習問題をとくことについて、たぶん潜在能力はあるとおもうのだが、時間をさく意欲と根気がつづかないので、表面的理解のままになりそうだ。(来年にもっと高度な授業をしなければならないといった必要性にせまられればやるかもしれないが、いまのところその予定はない。)
折りかえしのあとに くわしい目次をつける。
===== 目次 =====
はじめに /沢、福江、高橋
目次
第1章 現代天文学の基礎概念
– 1. 宇宙のスケール /福江
– – 1.1 宇宙の拡がり
– – 1.2 指数と対数
– – 1.3 密度と温度と角度
– – – (1) 質量密度と個数密度
– – – (2) 絶対温度
– – – (3) 角度
– – 1.4 演習1: サイズと質量
– – 1.5 演習2: 次元解析とプランク時間
– 2. 重力と重力エネルギー /沢
– – 2.1 重力と重力加速度
– – 2.2 位置 (重力, ポテンシャル) エネルギー
– – 2.3 球殻内部の重力と位置エネルギー
– – 2.4 球殻外部の重力と位置エネルギー
– – 2.5 球対称物体による重力と位置エネルギー
– – 2.6 平面による重力
– – 2.7 演習
– 3. 宇宙気体とその性質 /高橋
– – 3.1 流体とは? : 流体力学の基礎概念
– – 3.2 気体の物理量
– – – (1) 密度 ρ, 数密度 n
– – – (2) 流体の速度 v
– – – (3) 温度 T
– – – (4) 圧力 P
– – 3.3 演習 流体のエネルギー E と 内部エネルギー ε
– 4. 音波と衝撃波 /高橋
– – 4.1 音波
– – 4.2 爆発現象と衝撃波
– – – (1) 爆発現象
– – – (2) 衝撃波
– – – (3) 不連続条件 (ランキン – ユゴニオ 関係式)
– – – (4) 衝撃波の伝播
– – 4.3 演習: ランキン – ユゴニオ 関係式の導出
– 5. 天体の磁場とその性質 /高橋
– – 5.1 磁場とは?
– – – (1) 磁場, 磁石
– – – (2) 磁力線の概念
– – – (3) 磁気圧・磁気張力・磁気エネルギー
– – 5.2 磁力線の凍結
– – 5.3 さまざまな天体のいろいろな磁場
– – 5.4 演習: 双極磁場 (磁力線) の作図
– – 5.5 研究: 荷電粒子の運動
– 6. 電磁波スペクトル /福江
– – 6.1 電磁波: 波長、振動数、エネルギー
– – – (1) 光子の波長と振動数
– – – (2) 光子のエネルギーと運動量
– – 6.2 スペクトル図とスペクトルの種類
– – 6.3 天体における輻射機構
– 7. 輻射場の基礎 /福江
– – 7.1 輻射輸送に関する諸量
– – – (1) 輻射強度と全輻射強度
– – – (2) 輻射強度と全輻射強度の保存
– – – (3) 輻射流束と全輻射流束
– – 7.2 光度
– 8. 黒体輻射のスペクトル /福江
– – 8.1 黒体輻射
– – – (1) 黒体輻射強度
– – – (2) ウィーンの変位則
– – – (3) レイリー・ジーンズ分布とウィーン分布
– – – (4) ステファン・ボルツマンの法則
– – 8.2 単位波長あたりの黒体輻射強度 Bλ
– – 8.3 演習
– – 8.4 研究 1: 輻射エネルギー密度
– – 8.5 研究 2: 輻射圧
– 9. 原子スペクトル /福江
– – 9.1 エネルギー順位
– – 9.2 リュードベリの公式
– – 9.3 演習
– 10. ドップラー効果と赤方偏移 /福江
– – 10.1 観測量としてのスペクトル線の偏移
– – 10.2 理屈としてのスペクトル線の偏移
– – – (1) 運動学的赤方偏移 (ドップラー偏移)
– – – (2) 重力赤方偏移
– – – (3) 宇宙論的赤方偏移
第2章 太陽系と太陽
– 11. 惑星の運動: ケプラーの法則 /松本 桂、福江
– – 11.1 ケプラーの法則
– – 11.2 楕円軌道の法則
– – 11.3 面積速度一定の法則
– – 11.4 調和の法則
– – 11.5 演習
– – 11.6 研究
– 12. 惑星の大気構造 /高橋
– – 12.1 地球大気
– – – (1) 地球の上層大気
– – – (2) オゾン層とオゾンホール
– – 12.2 大気構造のモデル: 静水圧平衡
– – 12.3 スケールハイト
– – 12.4 等温大気
– – 12.5 演習: 非等温大気
– 13. 太陽スペクトル /福江
– – 13.1 太陽の連続スペクトル
– – 13.2 演習 1: 実測値のプロット
– – 13.3 演習 2: 理論曲線のフィッティング
– – 13.4 研究 1: 輝度温度の違い
– – 13.5 研究 2: 惑星の表面温度
– 14. 太陽面現象と周縁減光効果 /福江、政田 洋平
– – 14.1 太陽面現象
– – – (1) 光球、黒点、白斑
– – – (2) 彩層、プラージュ
– – – (3) 紅炎、スピキュール
– – – (4) フレア
– – 14.2 周縁減光効果
– – 14.3 演習
– 15. 太陽コロナの構造と加熱源 /高橋、福江、政田
– – 15.1 太陽コロナ
– – 15.2 静水圧平衡とコロナの構造
– – – (1) 静止コロナの構造
– – – (2) コロナ形状と磁場構造
– – 15.3 演習
– 16. 太陽風とパーカーモデル /高橋、政田
– – 16.1 太陽風はなぜ吹くか?
– – 16.2 演習: 遷音速流の臨界条件
– – – (1) 流れの保存量と定常解
– – – (2) 球対称定常ガスの方程式 (微分形)
– – – (3) ボンディ – パーカー の遷音速解
– – 16.3 研究: 遷音速流の数値解
– – 16.4 太陽磁気圏と惑星磁気圏
– – – (1) 太陽風と地球磁気圏との関わり
– – – (2) 惑星磁気圏
– – – (3) 太陽圏
– 17. 太陽エネルギーの発生と輸送 /福江、政田
– – 17.1 エネルギー量への制約
– – 17.2 演習: エネルギー源の候補
– – – (1) 化学反応
– – – (2) 重力エネルギー
– – – (3) 核エネルギー
– – 17.3 太陽の内部構造とエネルギー輸送
第3章 恒星の世界
– 18. 星の明るさと色 /沢
– – 18.1 明るさと光度
– – 18.2 明るさと等級
– – 18.3 絶対等級と距離指数
– – 18.4 星の色と等級、色指数
– – 18.5 輻射等級と輻射補正
– – 18.6 演習
– 19. 恒星の距離を推定する /沢
– – 19.1 年周視差を用いる距離の推定法
– – – (1) 年周視差
– – – (2) 年周視差と距離の関係
– – 19.2 距離指数を用いる距離の推定法
– – – (1) HR図や 色-等級 図 を利用
– – – (2) 脈動変光星の周期光度関係を利用
– – 19.3 その他の方法
– – 19.4 演習
– 20. 星のスペクトル分類 /福江
– – 20.1 星のスペクトル
– – 20.2 星のスペクトル分類
– – 20.3 演習
– 21. スペクトル線の形成 /福江
– – 21.1 スペクトル線の消長
– – 21.2 ボルツマンの式
– – 21.3 サハの式
– – 21.4 演習
– – 21.5 研究
– 22. 恒星の HR図 /大朝 由美子、沢
– – 22.1 HR図と星の分類
– – 22.2 星の光度階級
– – 22.3 星の大きさ
– – 22.4 恒星の進化段階と HR図
– – 22.5 演習
– – 22.6 研究
– 23. 星団の 色-等級 図 /沢
– – 23.1 星団の 色-等級 図
– – 23.2 演習
– 24. 恒星の内部をさぐる /高橋
– – 24.1 静水圧平衡: 恒星の内部構造の基本方程式
– – – (1) 静水圧平衡の式
– – – (2) 状態方程式
– – 24.2 恒星の中心温度と中心圧力
– – – (1) 中心圧力
– – – (2) 中心温度
– – 24.3 演習: 恒星の内部構造の解
– – 24.4 研究 1: レーン – エムデン 方程式の厳密解 (N = 1, 5) の導出
– – 24.5 研究 2: 恒星の内部構造の数値解
– – 24.6 研究 3: 星の重力エネルギー
– 25. 星の進化 /沢
– – 25.1 主系列星の誕生
– – 25.2 巨星への進化と白色矮星
– – 25.3 超新星爆発
– – 25.4 星の進化のまとめ
– – 25.5 演習
– 26. 超新星とガンマ線バースト /松本
– – 26.1 超新星
– – 26.2 Ia型 超新星 (核爆発型超新星)
– – 26.3 Ia型以外の超新星 (重力崩壊型超新星)
– – 26.4 ガンマ線バースト
– – 26.5 演習: II型超新星の親星
– 27. 主系列星の質量光度関係 /福江、松本
– – 27.1 恒星の質量と光度
– – – (1) 恒星の質量はどうやって知るのか?
– – – (2) 恒星の光度はどうやって知るのか?
– – 27.2 演習
– – 27.3 研究
– – – (1) 主系列星の中心の温度
– – – (2) 質量光度関係の導出
– 28. セファイドの周期光度関係 /松本
– – 28.1 脈動変光星
– – 28.2 セファイド変光星
– – 28.3 演習 1: セファイドの周期光度関係
– – 28.4 演習 2: セファイドを用いた近傍銀河の距離推定
– – 28.5 演習 3: セファイドの脈動の様子
第4章 連星とブラックホール活動
– 29. 連星の質量を求める /福江
– – 29.1 連星の構成要素と連星の種類
– – 29.2 一般化されたケプラーの第3法則
– – 29.3 演習
– – 29.4 研究 1: 分光連星の場合
– – 29.5 研究 2: 質量関数の方法
– 30. コンパクト星の潮汐力 /福江
– – 30.1 潮汐力と潮汐加速度
– – – (1) 潮汐力と潮汐加速度
– – – (2) 潮汐加速度の成分表示
– – 30.2 潮汐半径と潮汐破壊
– – 30.3 自転周期と潮汐固定
– – 30.4 演習
– – 30.5 研究
– 31. ロッシュポテンシャル /福江
– – 31.1 ロッシュポテンシャル
– – – (1) 近接連星系周辺で働く力
– – – (2) 力のベクトル表示
– – – (3) 力の成分表示
– – – (4) ロッシュポテンシャル
– – – (5) 力とポテンシャルの無次元化
– – 31.2 演習
– – 31.3 研究
– 32. 降着円盤とは /松本
– – 32.1 高密度天体周辺の降着円盤
– – 32.2 研究
– 33. 激変星の光度曲線とスペクトル /松本
– – 33.1 激変星のスペクトル
– – 33.2 激変星の分類 1: 新星
– – 33.3 激変星の分類 2: 矮新星
– – 33.4 激変性の分類 3: その他の激変星
– – 33.5 演習: 降着円盤の大きさ
– 34. ブラックホール連星 Cyg X-1 /福江
– – 34.1 ブラックホール
– – 34.2 はくちょう座 X-1
– – 34.3 演習
– – 34.4 研究: はくちょう座 X-1 の質量
– 35. 宇宙ジェット SS 433 の謎 /福江
– – 35.1 SS 433 の観測と解釈
– – – (1) Hα線スペクトル
– – – (2) 164日周期で動くスペクトル線
– – 35.2 SS 433 の運動学的モデル
– – 35.3 演習
– – 35.4 研究
第5章 天の川銀河と星間物質
– 36. 恒星の運動 /沢
– – 36.1 恒星の空間運動
– – 36.2 恒星の速度分布
– – 36.3 太陽運動
– – 36.4 演習 1
– – 36.5 演習 2
– 37. 運動星団 /沢
– – 37.1 ヒアデス星団の固有運動
– – 37.2 演習
– 38. 天の川銀河の構造と星団の分布 /沢
– – 38.1 散開星団
– – 38.2 演習 1: 散開星団と銀河円盤の厚み
– – 38.3 球状星団
– – 38.4 演習 2: 球状星団の空間分布と太陽から天の川銀河の中心までの距離
– – 38.5 研究
– 39. 天の川銀河の姿と赤外線観測 /西山 正吾、大朝
– – 39.1 様々な波長で見る天の川銀河
– – 39.2 赤外線天文学の基礎
– – 39.3 小さな星間減光
– – 39.4 スペクトル線
– – 39.5 低温度天体の観測
– – 39.6 演習
– 40. 電波で観た星間物質 /須藤 広志
– – 40.1 電波で観た星間物質
– – 40.2 物質中を伝わる放射の性質
– – 40.3 H II 領域からの熱制動放射スペクトル
– – 40.4 演習: 熱制動放射から電子密度の見積もり
– 41. 星の形成 /大朝、沢
– – 41.1 ジーンズ不安定と重力収縮
– – 41.2 重力崩壊
– – 41.3 演習
– 42. 原始星から主系列星へ /大朝
– – 42.1 恒星誕生と惑星誕生
– – 42.2 分子雲
– – 42.3 分子雲コアから主系列星へ
– – 42.4 原始惑星系円盤から惑星へ
– – 42.5 演習
– 43. 超新星残骸 /高橋
– – 43.1 超新星残骸の進化
– – 43.2 演習 1: セドフ解の近似解
– – 43.3 演習 2: 超新星残骸の解析
– 44. 宇宙線とは /信川 正順 [のぶかわ まさよし]
– – 44.1 宇宙線の観測
– – 44.2 演習 1: 宇宙線の到来頻度
– – 44.3 宇宙線の起源
– – 44.4 演習 2: 銀河系の宇宙線を全て超新星爆発で説明するには?
– – 44.5 演習 3: 宇宙線のジャイロ半径の計算
– 45. オールト定数と銀河回転 /沢
– – 45.1 銀河回転と恒星の運動
– – 45.2 銀河回転による視線速度と接線速度
– – 45.3 オールトの解析
– – 45.4 オールト定数と銀河回転
– – 45.5 演習
– 46. 天の川銀河の回転曲線 /沢
– – 46.1 中性水素の 21 cm 線
– – 46.2 天の川銀河と銀河回転
– – 46.3 演習
– – 46.4 天の川銀河の銀河回転とガスの分布
– – 46.5 研究
– 47. X線で観た天の川銀河の中心 /信川
– – 47.1 X線反射星雲
– – 47.2 Sgr A* の 数百年前の活動
– – 47.3 Sgr A* の過去の活動の痕跡
– – 47.4 演習: X線反射星雲から Sgr A* の過去の活動を調べる
– 48. 天の川銀河の中心を探る /高橋、西山
– – 48.1 中心核バルジと中心核星団
– – 48.2 天の川銀河の中心核: Sgr A*
– – 48.3 Sgr A* を公転する恒星
– – 48.4 天の川銀河中心ブラックホール
– – 48.5 演習
第6章 銀河と宇宙
– 49. 銀河の分類 /沢
– – 49.1 ハッブル分類
– – 49.2 渦巻銀河のバルジと銀河円盤
– – 49.3 演習
– 50. 銀河回転とダークマター /沢
– – 50.1 銀河回転
– – 50.2 渦巻銀河の傾き角
– – 50.3 渦巻銀河の回転曲線
– – 50.4 渦巻銀河の回転速度と質量分布
– – 50.5 渦巻銀河の回転曲線とダークマター
– – 50.6 演習
– – 50.7 研究
– 51. 活動する銀河 /福江
– – 51.1 活動銀河
– – – (1) 活動銀河とは
– – – (2) 活動銀河の種類
– – 51.2 活動銀河のスペクトル
– – – (1) 連続スペクトル
– – – (2) 輝線スペクトル
– – 51.3 活動銀河の統一モデル
– – 51.4 演習 1: 活動銀河のスケッチ
– – 51.5 演習 2: エディントン光度
– 52. X線で観た活動銀河核 /幅 良統 [はば よしと]
– – 52.1 X線強度の時間変動
– – 52.2 X線スペクトル
– – – (1) べき乗型 (power law) 連続成分
– – – (2) 反射 (reflection) 成分
– – – (3) 軟X線超過 (soft excess) 成分
– – – (4) 暖かい吸収体 (warm absorber)
– – 52.3 演習
– 53. 電波で観た活動銀河核 /須藤
– – 53.1 望遠鏡の空間分解能
– – 53.2 電波干渉計の原理
– – 53.3 クエーサーからの電波放射
– – 53.4 演習 1: ジェットの相対論的ビーミング効果
– – 53.5 演習 2: ブラックホール・シャドウ検出への挑戦
– 54. 宇宙ジェットと超光速運動 /福江
– – 54.1 活動銀河の電波ジェット
– – 54.2 超光速運動の観測
– – 54.3 相対論的運動モデル
– – 54.4 演習
– – 54.5 研究
– 55. 超大質量ブラックホールの質量 /幅
– – 55.1 銀河中心の超大質量ブラックホール
– – 55.2 反響マッピング法
– – 55.3 演習
– 56. 銀河団と大規模構造 /幅、沢
– – 56.1 銀河の空間分布
– – 56.2 銀河団
– – 56.3 ビリアル定理
– – 56.4 かみのけ座 銀河団
– – 56.5 演習
– – 56.6 X線で観た銀河団
– – 56.7 X線による銀河団の質量推定
– 57. 重力レンズ /高橋
– – 57.1 光線の湾曲
– – 57.2 重力レンズの観測
– – – (1) 双子のクェーサー
– – – (2) アインシュタイン・リング
– – 57.3 重力レンズの性質
– – 57.4 演習: そもそも、なぜ曲がる?
– – 57.5 重力レンズからわかる天文学・宇宙論
– 58. 重力波事象 GW150914 /福江、高橋
– – 58.1 重力波事象 GW150914 の発見
– – 58.2 ブラックホールの合体
– – – (1) インスパイラル段階
– – – (2) マージャー段階
– – – (3) リングダウン段階
– – 58.3 演習: GW150914 の波形解析
– – – (1) 周波数の時間変化
– – – (2) 振幅の時間変化
– – – (3) ブラックホールの質量
– – 58.4 研究: リングダウン
– 59. ハッブル=ルメートルの法則 /福江
– – 59.1 ハッブル = ルメートル の法則
– – 59.2 演習
– – 59.3 研究
– 60. 宇宙背景輻射 /福江
– – 60.1 宇宙の進化と 3 K 宇宙背景輻射
– – – (1) 宇宙の進化
– – – (2) 3 K 宇宙背景輻射
– – 60.2 演習: 宇宙背景輻射のスペクトルと温度
– – 60.3 研究 1: 赤方偏移と見かけの温度
– – 60.4 研究 2: 宇宙背景輻射の非等方性
– 61. 宇宙膨張とダークエネルギー /福江
– – 61.1 フリードマン = ルメートル 方程式
– – – (1) フリードマン = ルメートル 方程式
– – – (2) 加速度方程式、物質保存の式、エネルギー保存の式
– – 61.2 演習: フリードマン = ルメートル 方程式 を解く
– – 61.3 研究 1: ド・ジッター宇宙
– – 61.4 研究 2: 閉じた宇宙と開いた宇宙
– 62. 系外惑星の観測と特徴 /大朝、福江
– – 62.1 系外惑星の発見
– – 62.2 系外惑星の探査方法
– – – (1) 視線速度法 (ドップラー法)
– – – (2) トランジット法
– – 62.3 演習: 系外惑星の諸量
– – 62.4 研究 1: 系外惑星 X
– – 62.5 研究 2: ハビタブルゾーン
– 63. 宇宙船から観た星景色 /福江
– – 63.1 光行差
– – 63.2 演習
– – 63.3 研究
– – – (1) 赤道座標から宇宙船地平座標への変換
– – – (2) 星景色の作成
付録
– 付録 1. 単位と定数 /福江、沢
– – 付表 1. 単位と換算表
– – 付表 2. SI 接頭語
– – 付表 3. 基礎物理定数
– – 付表 4. エネルギー換算表
– – 付表 5. 基礎天文定数
– – 付表 6. ギリシャ語のアルファベット
– 付録 2. 各種データ
– – 付表 7. 惑星の軌道データ
– – 付表 8. 準惑星の軌道データ
– – 付表 9. 太陽・月・惑星表
– – 付表 10. 地球大気の温度、気圧、密度の高度分布
– – 付表 11. 太陽外層の構造
– – 付表 12. 太陽内部の構造
– – 付表 13. 太陽と隕石の元素組成比
– – 付表 14. 主系列星の物理的諸量
– – 付表 15. 星座
– – 付表 16. 近距離星
– – 付表 17. 明るい恒星
– 付録 3. 球面天文学概説 /沢
– – 3.1 天球と球面三角法
– – 3.2 天球座標
– – – (1) 地平座標 (A, h) または (A, z)
– – – (2) 地方赤道座標 (H, δ) と 赤道座標 (α, δ)
– – – (3) 銀河座標 (l, b)
– – 3.3 各座標間の関係
– – – (1) 地平座標 (A, h) と 地方赤道座標 (H, δ) の関係
– – – (2) 赤道座標 (α, δ) と 銀河座標 (l, b) の関係
– 付録 4. 平均値と誤差 /福江
– – 4.1 観測と誤差
– – 4.2 平均値と標準偏差
– – 4.3 観測値の誤差
– – 4.4 平均値の誤差
– – 4.5 確率誤差
– – 4.6 まとめ
– 付録 5. 最小二乗直線 /福江
– – 5.1 複数の観測量の間の関係
– – 5.2 最小二乗法の考え方
– – 5.3 係数 a, b の求め方
– – 5.4 係数 a, b の誤差
– – 5.5 演習: ロジスティック回帰
問いなどの略解
参考図書
– 読物・入門書
– 教科書・参考書
– 年表・事典・図鑑
索引
執筆者紹介
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