半田 利弘 (2011) 基礎からわかる天文学

  • 半田 利弘, 2011: 基礎からわかる天文学 — 太陽系から銀河、観測技術や宇宙論まで。誠文堂新光社, 351 pp. ISBN 978-4-416-21132-8.

2011年に出た本。わたしは2019年9月、地学概論の参考書をさがしていて店頭で見つけた。

まえがきの表現によれば「入門書と専門書の間をつなぐもの」として書かれた本。数式をつかわない範囲で、現代の学問的知見を提示する。著者が「頭の中に描いている宇宙のイメージを伝えることを主眼とした」そうだ。わたしの分類によれば「大学教養科目」の本だといえる(この表現はわたしの「教養科目」像を共有した人にしか意味がないだろうが)。ただしこの本にそって授業をすれば90分の30回でもたりないかもしれない。

全体の8章のうち、第1章から第6章までは、対象(天体)別にわけられ、身近なものからだんだん大きなものの順にならべられている。第1章は、月からはじめて、太陽系内の惑星。第2章はたくさんの恒星(太陽のなかま)。恒星の「進化」をあつかうので、ブラックホールなども出てくる。第3章は第2章と同じ規模で、星間物質。恒星の「進化」のうち恒星ができるところはこちらに出てくる。第4章はわれわれのいる銀河 (「天の川銀河」という)。第5章はたくさんの銀河。第6章は宇宙全体。

第7章は観測方法。電磁波についての基本的知識からはじめて、大気をとおして観測することによる問題点、データ解析の方法にもふれ、望遠鏡・干渉計・分光器の技術にわたる。

第8章は観測以外の基本的なことがら。さまざまなレベルのものがまじる。8-1節は科学の学説がどのように発達するかについての、どちらかといえば哲学的な話。8-8節は理論的研究および数値シミュレーションとはどんな仕事か。8-2から8-7までは天文学でつかわれる物理学(力学、電磁気学、電磁波と物体の相互作用、熱学・統計力学、相対論、量子論)の知識。8-9節は天体の位置のしめしかた(複数)の約束ごと。8-10節は天体までの距離の表現と距離をきめる方法。

天文学の初歩でよく出てくる話題のうちで、本書は、地球の自転・公転と天体の位置の関係を解説していない(8-9節でちょっとだけ出てくる)。また、太陽は、第1章であつかわず、第2章で恒星のひとつとして簡単にあつかっている。そのあたりはほかの本を見ればよいという判断なのだろう。

印刷が、少数のカラー図版のほかは、黒と青の2色刷りになっている。それはよいと思うが、章・節の見出しが明るい青字、章の題につづく要約文がうすい青の地に明るい青字、というのは、読者の視力によっては読みにくいこともあるだろうと思う。紙が白地であることを前提として、見出しの文字はもう少し暗い色にしたほうがよかったと思う。

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
目次
第1章 太陽系
– 1-1 月
– – 月の自転と公転
– – 潮の満ち干と月
– – 共通重心
– – 慣性力
– – 潮汐力と潮の満ち干
– – 潮汐摩擦と地球の自転
– – 月の自転と潮汐力
– 1-2 太陽系の様子
– – 星の形と自己重力
– – 太陽系の惑星
– – 小惑星と隕石
– – 外縁部小惑星帯と彗星
– 1-3 惑星運動の特徴
– – ケプラーの第1法則
– – 惑星運動の形
– – 惑星軌道の傾き
– – ケプラーの第2法則
– – ケプラーの第3法則
– 1-4 太陽系の縮尺 (天文単位の定義と縮尺での説明)
– – 惑星軌道の間隔
– – 惑星や準惑星の大きさと重さ
– – 太陽系の広がりを実感する
– 1-5 小惑星の特徴
– – 小惑星の密集度
– – 主要部小惑星の形
– – 主要部小惑星の軌道
– – 主要部小惑星の組成
– – 主要部小惑星の族
– 1-6 惑星の特徴
– – 惑星の分類
– – 岩石惑星の特徴
– – ガス惑星の特徴
– – 氷惑星の特徴
– 1-7 太陽系の果て
– – 冥王星
– – 太陽系外縁天体
– – 彗星
– – オールトの雲
– – 太陽圏
– 1-8 太陽系のでき方
– – 3種類の惑星の配置
– – 太陽系の形成
– – 氷と水蒸気と雪境界線
– – 主要部小惑星帯と外縁部小惑星帯
– – 太陽系形成モデルの課題
第2章 恒星
– 2-1 恒星とは何か
– – 星座の星々
– – 恒星と太陽系
– – 恒星のエネルギー源
– – 恒星での核融合反応
– – 恒星の内部構造
– – 恒星が安定して輝き続けるわけ
– 2-2 恒星の明るさと色
– – 星の等級
– – 等級の基準
– – 星の色
– – 光の色と3原色
– – 光の波長とバンド
– – バンドと等級
– 2-3 いろいろな恒星
– – 絶対等級と真の明るさ
– – 大きな星と明るい星
– – 星の表面温度
– – スペクトルと黒体放射
– – 星の大きさと主系列
– – HR図と星の種類
– 2-4 恒星の誕生
– – 星の誕生と星間ガス
– – 星間ガスの収縮
– – 原始星の誕生
– – 原始星ガス円盤の形成
– – 双極分子ガス流
– 2-5 恒星の進化
– – 原始星から主系列星へ
– – 主系列星
– – 核融合が起こる場所
– – 赤色巨星へ
– – 質量放出
– – 水平分岐星
– – 鉄の芯
– 2-6 恒星の最後
– – 白色矮星と惑星状星雲
– – 電子の縮退圧とチャンドラセカールの質量限界
– – 超新星爆発
– – 中性子星とブラックホール
– 2-7 連星
– – 連星
– – 主星と伴星
– – 共通重心
– – 見かけの重星
– – 連星の見つけ方
– – 連星の重さ
– – 近接連星
– – 連星の降着円盤
– 2-8 変光星
– – 星の瞬きと変光星
– – 脈動型変光星
– – 閃光星とおうし座T型星
– – 激変星と新星
– – 磁新星とパルサー
– – 食変光星
– 2-9 太陽系外の惑星
– – 系外惑星
– – 系外惑星の検出方法
– – 灼熱ガス惑星
– – 大離心率惑星
– – 太陽系と系外惑星系の特徴
– 2-10 褐色矮星と浮遊惑星
– – 質量関数
– – エディントンの限界
– – 褐色矮星
– – 浮遊惑星
第3章 星雲と星間物質
– 3-1 星間物質
– – 宇宙は完全には真空でない
– – 3種類の星間ガス
– 3-2 星雲
– – 星雲の分類
– – 輝線星雲
– – 惑星状星雲
– – 超新星残骸
– – 反射星雲
– – 暗黒星雲
– 3-3 宇宙での物質の循環
– – 恒星の進化と物質の動き
– – 物質循環と金属量
– – 物質循環に要する時間
– 3-4 星間ガスの組成と検出
– – 宇宙の物質組成
– – 柱密度と光学的厚さ
– – 星間分子ガスの検出
– 3-5 星間塵
– – 星間塵
– – 星間塵と星間吸収
– – 星間赤化
– – 星計数と星間減光量
– – 塵の量とガスの量
– 3-6 星間分子ガスの化学変化
– – 星間ガスでの化学変化
– – 星間分子形成のパラドックス
– – 星間分子の形成
– – 奇妙な分子
– – 星間分子と生命
第4章 天の川銀河
– 4-1 天の川と天の川銀河
– – 球状星団と散開星団
– – 天の川銀河
– – 銀河面と銀河座標
– – さまざまな波長で見た天の川の姿
– 4-2 天の川銀河の大きさと構造
– – 大きさと重さ
– – 天の川銀河の構造
– – 円盤部の広がり
– – バルジの広がり
– – ハローの広がり
– – 銀河中心
– 4-3 円盤部と渦巻腕
– – 太陽系近くの様子
– – 太陽近傍の恒星の運動
– – 電波輝線と運動学的距離
– – 星間ガスの分布
– – 円盤部の中での金属量の違い
– 4-4 バルジとその形状
– – 棒状バルジと円形バルジ
– – 赤外線観測による棒状バルジ
– – 電波観測による棒状バルジ
– – バルジの大きさと向き
– 4-5 天の川銀河の中心核
– – 銀河中心の方向と距離
– – いて座 A とその構造
– – 銀河中心のブラックホール
– – 天の川銀河中心星団
– – 電波アークと磁場構造
第5章 銀河
– 5-1 銀河の分類
– – 渦巻銀河と楕円銀河
– – 銀河の形態分類
– – ハッブルの形態分類
– – 巨大楕円銀河と矮小銀河
– 5-2 銀河の内部運動
– – ダリーフィッシャー関係とフェーバージャクソン関係
– – 差動回転と平坦回転曲線
– – 失われた質量と暗黒物質
– – MACHOとWIMP
– 5-3 渦巻腕
– – 渦巻腕の巻き込み
– – 密度波理論
– – 銀河衝撃波モデル
– – 星形成伝播モデル
– 5-2 銀河の衝突と潮汐相互作用
– – 銀河の大きさと間隔
– – 銀河の衝突
– – 潮汐力による尻尾
– – 爆発的星形成銀河
– – 銀河の合体
– 5-3 活動銀河とその中心核
– – 活動銀河と通常銀河
– – 電波銀河
– – セイファート銀河
– – クェーサー
– – 銀河中心ブラックホール
– – 激しい変光と降着円盤
– 5-6 宇宙ジェット
– – 電波ローブ
– – ジェット構造
– – 噴き出すガスの動き
– – 超光速運動
– – いろいろな規模の宇宙ジェット
– 5-7 銀河群と銀河団
– – 局所銀河群
– – 銀河の集団
– – 銀河団と巨大楕円銀河
– – 銀河の運動と見落としている質量
– – 銀河団内ガス
– – スニャーエフゼルドビッチ効果
– – 銀河からのガスのはぎ取り
– 5-8 超銀河団と宇宙の大規模構造
– – 超銀河面と局所超銀河団
– – おとめ座銀河団落下運動
– – 大規模流とグレートアトラクター
– – 超銀河団
– – 銀河分布の空洞
– – 宇宙の泡構造
– 5-9 銀河の形成と進化
– – 銀河の進化
– – 銀河衝突と計算機シミュレーション
– – 銀河の合体と成長
第6章 宇宙論
– 6-1 ハッブルの法則と宇宙膨張
– – 視線速度と赤方偏移量
– – 銀河の視線速度とハッブルの法則
– – ハッブルの法則の意味
– – 宇宙原理
– – 宇宙の膨張
– – 宇宙膨張と距離
– 6-2 暗黒物質と暗黒エネルギー
– – 光の速度と過去の世界
– – ハッブル定数が変化する原因
– – 平坦な宇宙
– – Ia型新星と宇宙の加速膨張の発見
– – 暗黒物質と加速膨張
– – 宇宙項
– – 宇宙項と暗黒エネルギー
– 6-3 ビッグバンと宇宙の晴れ上がり
– – 宇宙膨張をさかのぼる
– – インフレーション宇宙と真空の相転移
– – クォークの発生と素粒子の発生
– – 水素原子の形成と宇宙の晴れ上がり
– – 黒体放射と宇宙背景放射
– 6-4 宇宙背景放射の揺らぎ
– – 宇宙背景放射の観測
– – 天の川銀河の運動
– – 宇宙背景放射の揺らぎ
– – 揺らぎの成長
– – 暗黒物質と低温暗黒物質モデル
– 6-5 宇宙暗黒時代と種族 III 天体
– – 宇宙暗黒時代
– – 第1世代の天体
– – 種族 III 天体の特徴
– – 種族 IIi 天体の形成
第7章 宇宙を調べる方法
– 7-1 光と電磁波
– – 電磁波
– – 波の特徴
– – 電磁波の波長と周波数
– – 電磁波と光
– – いろいろな電磁波
– 7-2 大気の窓
– – 大気の透明度
– – 可視光の窓と電波の窓
– – 大気の窓と地上観測
– – 地上を離れた観測
– 7-3 天体の基礎データ
– – 天体観測の手法
– – データの整約
– – データの解析と解釈
– – 発表と刊行
– 7-4 観測の限界
– – 測定値と誤差
– – ガウスの誤差分布
– – 感度
– – 分解能
– – 角分解能
– – 望遠鏡の基本性能と口径
– 7-5 天体望遠鏡
– – 望遠鏡の構成要素
– – 動作原理から見た検出装置
– – 電波の検出装置と反射鏡
– – 赤外線の検出装置と反射鏡
– – 可視光の検出装置
– – 紫外線の検出装置
– – X線の検出装置と反射鏡
– – ガンマ線の検出装置と反射鏡
– – ボロメータ
– 7-6 分光器
– – 分光器
– – 波の干渉
– – 干渉を利用した分光器
– – 可視光や赤外線の分光器
– – X線やガンマ線の分光器
– – 電波の分光器
– 7-7 干渉計と補償光学
– – 天体干渉計
– – 光学干渉計と電波干渉計
– – 超長基線干渉計
– – ホモロジー変形鏡と能動光学
– – 補償光学
第8章 宇宙を理解する基礎理論
– 8-1 観測と理論
– – 学説と法則
– – 新しい学説が成り立つには
– – 正しい学説の判断基準
– – 正しい学説の判定
– – 理論の研究と観測の研究
– 8-2 運動と力学
– – ニュートン力学
– – 円運動の場合の加速度と力
– – 重力の法則
– – 天体の質量の推定法
– 8-3 電磁気学
– – 磁石と磁場
– – 電荷と電場
– – 電磁気学と場
– – マックスウェル方程式と電磁波
– – 電磁波の発生と物質
– – ローレンツの力
– – 磁場とガスの凍りつき
– 8-4 電磁波の減衰と伝播
– – 物質による電磁波の吸収
– – 物質による発光
– – 発光も吸収も混在する場合
– – 光学的厚さ
– 8-5 熱力学と統計力学
– – 気体の性質と絶対温度
– – 気体の熱膨張の法則
– – 理想気体
– – 分子と熱運動
– – 気体の圧力と重力
– 8-6 特殊相対性理論と一般相対性理論
– – マックスウェル方程式と光速の問題
– – ローレンツ変換
– – 特殊相対論
– – 光速の意味
– – 重力場
– – 一般相対性理論
– 8-7 量子論
– – 電磁波と光子
– – 波動と粒子の2重性
– – 輝線と吸収線
– – 原子核反応
– – フェルミ粒子と縮退圧
– – 縮退圧の性質
– 8-8 理論と計算機シミュレーション
– – 理論的研究
– – 単純化と近似
– – 計算機を用いた理論的研究
– – 計算機シミュレーション
– – ソフトウェアとハードウェアの工夫
– 8-9 方向の基準
– – 天体が見える方向
– – 高度と方位角
– – 赤経と赤緯
– – 黄経と黄緯
– – 分点
– – 銀経と銀緯
– 8-10 天体までの距離
– – 天体までの距離
– – 信号の到達時間
– – 見える方向の変化
– – 大きさの比較
– – 明るさの比較
– – 系統的な運動
– – 距離のはしご
– – 距離の単位
索引

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