• 中山 茂, 1984, 文庫版 2011: 天の科学史 (講談社学術文庫 2077)。講談社, 272 pp. ISBN 978-4-06-292077-3 (これは文庫本の紙版の情報).

2011年にでた縦書きの文庫本。わたしが読んでいるのは2015年にでた電子版である。もと1984年に朝日新聞社から「朝日選書」の1冊としてでたもので、「学術文庫版あとがき」がつけられているほかはほぼそのままらしい。

【わたしは、2022年に、「自然観の変遷」という授業を担当することになったので材料をあつめるうちにこの本も買ったのだが、よく読むにいたっていなかった。2024年にまたその授業を担当することになったのでそのまえに読んだ。】

あとがき (1984年7月) によれば、著者は大学の一般教育課程の天文学・天文学史の授業をしていた。その内容をテープにふきこんでおこし、手を入れて、「教養のための天文学の話」として『BASIC 数学』という雑誌に 1978-1980年に13回連載した。それに加筆して 1984年に「朝日選書」にした。

【わたしは1976-77年に東京大学の教養課程の学生だった。中山先生はそこの教員 (「講師」だったと記憶している) だったのだが担当の授業は見あたらなかった。在外研究で外国におられたようだ。授業があったとすれば本書のような文科系学生むけの自然科学の科目で、理科のコースにいたわたしが履修できるものではなかっただろう。(わたしが受けた理科系むけの宇宙地球科学の宇宙の部は 杉本 大一郎 助教授 (当時) によるものだった。)】

本書は、天文学についての科学史、あるいは「天文学史」の本だ。科学史にはいくつかのたちばがある。本書には (わたしが見たところ)
(1) 宇宙について人びとはどのような知見を発達させてきたか (知見の内容)
(2) そのような知見の発達を可能にした社会のありかた
(3) 学術にかぎらず人びとが宇宙 (世界) をどのようにとらえてきたか
というちがった態度の議論がいりまじっている。

とくに題名を「天文学の」ではなく「天の」としたのには、(3) の、(「学術文庫版あとがき」の表現によれば) 「各自の宇宙観の形成にやくだてたい」という意図がある。この「宇宙観」は、(いまでは物理学的「宇宙論」をさすこともある cosmology の本来の意味であり) 「宇宙空間の中での人間の位置づけ」であり、かつて「世界観」とよばれたものに近いものだ。

しかし、本書全体の内容は、もとが自然科学分野の授業教材だったからだとおもうが、(1) がおもになっていて、そのなかに (2) (3) が、明確なさかいめなしにまざったものになっている。(1) に重点をおいた本のうちでは、最近えられた知見に重点をおいていないという特徴がある (第9章のおわりのほうでそのことをことわっている)。ただし、(1984年現在) 最近つかわれるようになった観測技術には ((2) の科学技術の巨大化という観点から重視されたのだとおもうが) ふれている。

以下、読んだ内容のおぼえがき。ただし、どの章をくわしく読むかは、いま (2024年9月) のわたしのつごうによっており、今回読みとばした章も重要な内容をふくんでいるとおもう。

序論
著者は大学生として天文学を学び、アメリカの大学院で科学史を学び、そのうちで天文学史を研究してきた。

天文、とくに天体観測に関心をもつ人はおおい。しかし、天文の専門の勉強をする人はすくない。著者は、科学史の話題によって、プロとアマチュアの溝をうめたい。

科学につながる古代の学問としては、医学と数学と天文学、そのうち、自然科学で、精密な数値をあつかうものは天文学だ。古代の天文学を知ることには、天文常数の決定、できごとの日時の決定、文化圏間の相互関係を知る、という応用がある。近代科学のうちでも、天体力学は精密な数値をあつかう学問だが、天体物理学があつかう数値はそれほど精密ではない。

天文学史に関連して、遺跡となっている建造物の設計を天体との関連にもとづいて解釈する「考古天文学」がある。こちらは精密でない大胆な推測がおおい。考古天文学はパラダイムのある科学になっていない。(学問としてだめだといっているのではなく、専門分野内で共有する基礎知識ができていないということである。)

天文学という分野の名まえも、明治期に東京大学に学科がつくられたとき最初は「星学」で、のち「天文学」と変更された。ややおくれてつくられた京都大学の学科は (内容はあまりちがわないのだが) 「宇宙物理学」とされた。対象にもとづく観点よりも方法にもとづく観点がつよくなってくる傾向を反映している。しかし、あたらしい方法を得て、関心は対象にもどってくる。

現代からふりかえって、(過去をふくむ) 天文学はつぎのように分類できる。
(1) 恒星の位置と配置を示す — 位置天文学
(2) 天上の変化を記録する — 天文誌・占星術
(3) 暦を作る — 編暦・暦算天文学
(4) 太陽系の運行を記録してその規則性を見出す — 軌道論
(5) 太陽系宇宙論
(6) 力学的法則を見出す — 天体力学
(7) 恒星などの分布を調べる — 恒星天文学
(8) 天体の物理学的性質を究明する — 天体物理学
(9) 宇宙論・宇宙進化論

1. 星座について
ギリシャ・ローマの星座は、よくみえる星をつないだ形になまえをつけた。すきまがある。中国の星座はすきまがない。官僚が勤務する宮殿になぞらえたものだからだ。現代天文学の星座は、ギリシャ・ローマの星座をひきついでいるが、全天どこでもいずれかの星座に属するようにしたので、すきまがない。なお、西洋では天球上を太陽がとおる黄道にそって「十二宮」を設定した。中国にもにたものがあるが、黄道ではなく赤道をわけている。天球上を月がひとまわりするのは約27日である。中国では「二十八宿」を設定している。インドでは二十七宿である。

個別の星をどのようにしめすか? 固有名をつけることもあったが、その数はかぎられている。近代天文学のはじめの時期には、星座名とアルファベットによってしめす方式がつくられた。数がふえて、星表 (をつくった人) のなまえと表のなかの番号によってしめすようにかわってきた。

見かけ上天球上にある星の位置のしめしかたには、地平座標 (仰角、方位角)、赤道座標 (赤緯、赤経)、黄道座標 (黄緯、黄経) があり、現代でもつかわれている (図 1-4 ～ 1-7)。西洋では黄道座標が重視されてきたが、近代天文学では太陽系以外は赤道座標がつかわれる。中国では一貫して赤道座標がつかわれてきた。星の黄経は時代とともに変化する (黄緯は変化しない)。この変化は紀元前2世紀のヒッパルコスが発見し、「歳差」とよばれている。

現代では多くの物理量の表記が10進法に統一されてきたが、角度と時間にはいまも60進法がつかわれている。

2. 占星術
(天体は人間に影響をおよぼしうるかというのは宇宙観的問題でもあるし、占星術の需要はかつて天文観測を国家事業としてささえた社会体制の話題としても重要である。しかしわたしは今回は読みとばした。)

3. 暦の話; 4. 時の話
(日をどのようにかぞえるか、時刻をどのようにはかるか。これも天文学史の重要な部分である。しかしわたしは、すでにほかの本で得た知識とおおすじで同じに見えたので、くわしく読まなかった。)

5. 宇宙論の歴史
古代には、多くの文化圏にそれぞれ宇宙に関する神話があるが、まず宇宙生成論 (進化論) があり、宇宙構造論はそのあとのことがおおい。天を父、地を母とする神話がおおい。

各文化圏の宇宙観は、地域の地理にもとづいていることがある。古代エジプトには、宇宙は谷であるというものもあった。インドにはシュメール (須弥山) 宇宙観がある。中心に高い山があり、太陽・月・惑星はそのまわりをまわるというものだ。

科学的といえる宇宙観は、観測による証明があり、局地的な制約をこえた普遍性があるものだ。それには宇宙の形態についての議論 (宇宙形態論) と、天体の動きやそのしくみに関する議論 (宇宙物理論) がある。

宇宙形態論には、まず、天と地はどのような形をしているかについての考えがある。「地平天平」「地平天球」「地球天球」とわけられる。

中国でまず記録されたのは「地平天平」説であり、「蓋天説」 とよばれた。とくに、紀元前3～2世紀の数学書『周髀算経』では、南北に千里はなれると八尺の棒の影の長さが一寸ちがうことから、天と地が平行平面であると想定して、天地の距離は八万里であるとしている。

ついで「地平天球」説があらわれ、「渾天説」とよばれ、中国では漢代以来主流となった。天体がなす図形の角度がかわらないことから、天体は天球上にあるとかんがえられた。他方、大地のほうは平面とかんがえられた。洛陽のちかくの測量原点が「地中」とよばれそこが世界の中心という意識があった。

「地球天球」説は、西洋で早くからあらわれ、紀元前5～4世紀のギリシャの自然哲学者たち (ピタゴラスとする説もある) が主張した。

ここで「天動説と地動説」の話。西洋では「地球中心説」「太陽中心説」といい、宇宙形態論として認識された。「地動説」という表現は江戸時代日本の志筑忠雄による。中国や日本では、形態よりも動きに関心があった。ただし、「天動説・地動説」という表現は公転のことか自転のことかあいまいなので (ここでは公転のことだが)、本書ではなるべくつかわない。

宇宙形態論のつづき。太陽・月・地球と、恒星との関係。中国や日本の儒者 (哲学者) は一元的に考えたが、西洋の哲学者や天文学者は、太陽・月・惑星は、天球よりも内側の球にのっているとかんがえた。エウドソクスは、太陽・月・惑星は、天球の回転と中心は同じだがちがう軸のまわりをまわるとかんがえた。アポロニウス、ヒッパルコス、プトレマイオスなどが、惑星の運動を、周転円や離心円を追加して説明した。天体の運動を精密に計算するためには周転円などをふくむプトレマイオスのモデルがつかわれたが、宇宙のしくみを自然哲学的にかんがえるのにはアリストテレスの同心球モデルがつかわれた。

コペルニクスは、太陽中心でかんがえて、プトレマイオスのモデルよりも周転円をへらすことができた。 数学的精密さよりも美意識 (すっきりしているほうがよい) を重視する人たちが太陽中心説を支持した。

宇宙の大きさについて。天球地球論では、天球の外は問題にならなかった。その後、惑星がのる球や周転円がかんがえられたが、それは天球の内側にあるとされた。ルネサンスごろには、たまねぎ状の3次元モデルを考える人もいた。これが中国の遊芸という人の『天経或問』という本によって17世紀の日本につたわり、西川如見は疑問をしめした。他方、18世紀に文雄という人が『非天経或問』を書き、宇宙ははてしなく広大だと主張した。

コペルニクス宇宙論は、同時代には重視されなかった。惑星運行の計算の改善にならなかったからだ。しかし3次元の宇宙像をかえた。惑星の距離 (太陽と地球の距離を単位とした相対的なものだが) を三角測量の原理できめることができるようになった。ただし、惑星の距離をきめることは太陽中心でも可能であり、ティコ・ブラーエはそれをやった。コペルニクス体系からは恒星の年周視差が予想されたが、検出されなかった。そこでティコは太陽中心説をとった。年周視差は観測精度がたかまった19世紀に検出された。

ケプラーは精度よりも美意識を重視した。等速円運動を仮定せず、楕円軌道を想定したので、周転円はいらなくなった。さらに「第三法則」では、複数の惑星の公転周期と軌道半径の関係をしめした。

コペルニクス以後の天文学では、宇宙は無限と(も)かんがえられる。また、中心は太陽でなくてもよい (ニコラス クザーヌスが論じた)。

6. 天体力学
ガリレオは、地上の運動から出発し、天体にひろげようとした。ケプラーは天体の運動を説明しようとした。デカルトは宇宙をみたす物質粒子の渦の運動によって天体がうごくという説をたてた。ボレリは回転する流体中におかれた固体物体が一定の軌道での運動をくりかえす条件を論じた。このようにして、機械論的自然観による宇宙像ができていった。

地上の物体の直線運動と天体の回転とのかねあいが問題だった。ニュートンが「力」によって説明した。原因の説明がないので、ライプニッツなどは賛同しなかった。デカルトの渦のモデルのほうがよいとおもう人が多かったが、そちらでは数学的計算ができない。18世紀後半ごろにいたって、ニュートン力学が確立した知識とみなされるようになった。機械論的自然観のうちの、力学的自然観ができた。

ニュートンの力学のパラダイムは19世紀まで支配的だった。天体力学は、パラダイムのうえでの計算になった。しかし、きれいにとけるのは二体問題までであり、三体問題は厳密にはとけず、摂動で近似解をもとめる。その成功例として、海王星の発見がある。しかしうまくいかなかった例として、水星の近日点移動がある。未知の惑星による説明がされたが、その惑星はなかった。

アインシュタインによって、相対性理論が提案され、新パラダイムとなった。

人工衛星は天体力学の応用で、天体力学を問いなおす実験ではない。(しかし、観測の手段としては人工衛星は重要である。7, 8章参照。)

7. 望遠鏡の話
(本書にとって観測手段の発達も重要な話題なのだが、わたしは今回読みとばした。)

8. 天体物理学
星でおきていることを物理によって説明する天体物理学には、写真技術、測光装置、スペクトル分光観測装置という道具だてが必要で、それは19世紀なかばにそろった。

写真が肉眼観測よりもすぐれた点として、客観性、記録性、長時間露出、定量的情報 (像の大きさ・黒さ) がある。それによってわかった星の光度 (光の強さ) にもとづいて、星の等級が再定義された。また、眼視等級と写真等級のちがいが認識され「色指数」がつくられた。星の等級と星までの距離がわかれば「絶対等級」がきめられる。

分光技術でえられたスペクトルによって、地球にあるNaなどの元素が同定され、さらにHeなどの新元素が発見された。ただし新元素として報告された「コロニウム」は電離した鉄だった。分光学と天体物理学は相互影響しながら発達した。

またスペクトルから、ドップラー効果が検出され、天体の視線速度がわかった。これはのち宇宙膨張の発見につながる。

またスペクトルの理論的研究から熱輻射論が発達した。これは基礎物理の量子論につながる。

全輻射エネルギーと温度のくみあわせで星をみる「HR図」がつくられ、「主系列星」という星のグループが認識された。星でおきていることについては、1920年代から、核融合による説明が発達してきた。星は主系列から巨星に行き、それから収縮する。このように恒星のevolutionを核物理学で説明するのが、現代の天体物理学である。さらに、宇宙膨張などを、一般相対論を援用して説明するのが、現代の宇宙論である。

第二次世界大戦後、観測も変容した。電波 (波長の長い電磁波) を観測する電波望遠鏡が発達した。また、人工衛星をはじめとする大気圏外での観測がはじまった。人工衛星技術は、一方では太陽系内の惑星探査機として、他方では遠方からの電磁波をとらえる宇宙天文台として利用された。

ここで、科学論の、(著者がKuhnから学んだ) 「パラダイムの転換」という概念の話になる。新パラダイムをアウトサイダーがはじめ、既成の天文学者から抵抗にあう、ということがくりかえされた。地動説は、同時代の天文学者から、軌道計算にメリットがないとされた。天体力学も当初はそうだった。全天捜索 (ハーシェル) もアマチュアのしごととされた。天体物理学、電波天文学、X線天文学、赤外線天文学も、(科学の中とはみられたが) 既成の天文学者からは異人種あつかいされた。新パラダイムのもとで通常科学が蓄積すると、地位がいれかわり、新パラダイムのほうが科学の主流とみられる。既成の学問観の外にある人 (アマチュアやアウトサイダー) も、すくなくともパラダイムの発生の段階では、意義があるだろう。

9. 結び: あなたにとって宇宙とはなにか
専門家と一般の人の天文学理解の溝は簡単にはうまらない。みなさん「私にとって天文学とはなにか」を考えてほしい。

誰のための天文学か。
天文学は、古代は帝王に奉仕するものだった。しかし人民が強くなると、帝王以外の人もお金をはらって計算してもらえる。いまでは暦は公開された知識になった。
他方、宇宙論は、むかしは一般市民の生活に近い思考だったが、いまは専門家にまかせるものになっている。
近代人の一部はアマチュアとして天文学にむかう。
暦のサービスのために、官営天文学はつづいている。近代国家の官僚制度の一部になった。軍 (とくに海軍) も関与している。
19世紀から、アカデミックな天文学者が出現した。各人が独創的な仕事をしようとする。そのころの主題は天体力学で、あまりおかねがいらないものだった。19世紀末から20世紀には、巨大望遠鏡の時代になり、出資者を得た学者は研究できるが、アマチュアはたちうちできなくなった。
宇宙開発は軍備に関連してきた。第2次世界大戦後、アポロ計画をはじめとする国家事業がおこなわれ、それは軍備とも関連していた。著者が1950年代にアメリカで参加した流星の三角測量も、それ自体はアカデミックな研究だったが、海軍から研究費がでていた。
1980年代、何のための天文学かという反省がおきた。科学はアマチュアにも開かれたものであるべきだ。著者はイギリスの科学解説者 Nigel Calder から、日本はアマチュアが (初期の人工衛星追跡、彗星や新星の発見などで) 貢献しているとほめられた。

UFOへの関心、SFについて (メモ省略)

宇宙論と宇宙観。各人の宇宙をなんとかイメージしたいという欲求を尊重しよう。コペルニクスの基本的アイディアは美的なものだった。ブラックホールがはやるのは終末論的な魅力があるからか?

本書では最近の新知見に重点をおかなかった。電波やX線などの観測器具をパラダイムとみた。宇宙のスケールは知識が改訂されるごとに大きくなる。恒星が光るメカニズムの理解もかわってきた。太陽系の生成は、自生説と遭遇説のあいだで決着がついていない。宇宙生成論は、膨張宇宙論が定説となったが、恒常宇宙論 (エントロピーを宇宙の外に捨てる?) もある。宇宙論はまだ通常科学化していない。

学術文庫版あとがき
天文学にも社会の網がかぶさっている。冷戦構造の終結などがあり、科学技術の拡大は反省期にはいっている。
(これまでの学術の進展は大きいが、本書はそれについての改訂はしなかった。)

折りかえしのあとに目次をつける。

===== 目次 =====
目次
序論
– 天文学のアマとプロ
– 精密科学ということ
– 考古天文学について
– 韓国「瞻[せん]星台」の謎
– 天文学の定義と目標
– 天文学の諸分野の歴史的発展
– – (1) 恒星の位置と配置を示す — 位置天文学
– – (2) 天上の変化を記録する — 天文誌・占星術
– – (3) 暦を作る — 編暦・暦算天文学
– – (4) 太陽系の運行を記録してその規則性を見出す — 軌道論
– – (5) 太陽系宇宙論
– – (6) 力学的法則を見出す — 天体力学
– – (7) 恒星などの分布を調べる — 恒星天文学
– – (8) 天体の物理学的性質を究明する — 天体物理学
– – (9) 宇宙論・宇宙進化論
1. 星座について
– 星図と星表
– 星の位置の表わし方
2. 占星術
– 天上の変化を記録する
3. 暦の話
– 太陰暦について
– 太陰太陽暦について
– 太陽暦について
– 改暦の話
4. 時の話
– 昼と夜の周期
– 時計の話
5. 宇宙論の歴史
– 宇宙構造論
– – (1) 地平天平説
– – (2) 地平天球説
– – (3) 地球天球説
– 天動説から地動説へ — 太陽系宇宙論の展開
– – (4) 多層宇宙論
– – (5) 周転円宇宙論
– – (6) 太陽中心宇宙
– 宇宙の大きさ
6. 天体力学
– ニュートンの重力論
– 天体力学の発展
7. 望遠鏡の話
– 観測精度を上げるために
– 収差の問題
– 屈折望遠鏡と反射望遠鏡の優劣
8. 天体物理学について
– 天体の物理学的性質
– 天体のスペクトル分析
– 電波天文学・電波望遠鏡について
– 人工衛星について
– パラダイムの交替
9. 結び — あなたにとって宇宙とはなにか
– 誰のための天文学か
– 軍備と天文学
– UFO について
– SF について
– 宇宙論と宇宙観
あとがき
学術文庫版のあとがき
– 宇宙観について
– 科学と社会