宇宙はどれくらい大きい? あなたから万物の果てまでの一本のはしご

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高いはしご(月 → 太陽 → 最も近い恒星 → 天の川銀河 → 万物)。ちびキャラの Pawfessor Hu がサッカーボール大の地球の上に立ち、上を見上げている。

TL;DR

  • 脳では想像できない。 誰の脳でも無理。コツは一段ずつ登り、隣の段としか比べないこと。
  • 光がものさし。 月は 1.3 光秒、太陽は 8 分、最も近い恒星は 4 年、いちばん遠い果ては 460 億年。
  • 10 段で自分の身長から観測可能な宇宙まで登る。各段は前の段の千倍から百万倍。
  • 果ては年齢より遠い。 宇宙は 138 億歳なのに、差し渡し 930 億光年。誤植ではなく、膨張のせい。
段大きさ・距離光がかかる時間
あなた1.7 m60 億分の 1 秒
地球(直径)12,742 km0.04 秒
月384,400 km1.3 秒
太陽1 億 5,000 万 km(1 AU)8 分 20 秒
ボイジャー 1 号約 170 AU約 1 日
最も近い恒星4.24 光年4.2 年
天の川銀河(直径)約 10 万光年10 万年
アンドロメダ銀河250 万光年250 万年
ラニアケア(直径)約 5 億 2,000 万光年5 億 2,000 万年
観測可能な宇宙(直径)約 930 億光年138 億年¹

¹ 見える中でいちばん古い光は 138 億年前に出発した。その出発地はいま 460 億光年先にある。最後に詳しく。


はしご

まずはスクロールしてみてほしい。どのフレームも実寸比だ。さっきまでいた場所は小さな輪になり、数字は増え続け、その間の暗闇は本物だ。

You About 1.7 metres. Every other frame is measured against this one. Height: 1.7 m Image: NASA
Earth 7.5 million of you, head to toe. Light circles it in 0.13 seconds. Diameter: 12,700 km Image: NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring
The Moon Every other planet, side by side, fits in the gap. Light takes 1.3 seconds. Distance from Earth: 384,000 km Image: NASA/Goddard/University of Arizona (OSIRIS-REx)
The Sun At this scale the Sun is a dot and Earth is invisible. Light takes 8 minutes 20 seconds. Earth–Sun distance (1 AU): 1 AU Image: NASA/SDO/AIA
The heliosphere Launched 1977, still going at 17 km/s: almost one light-day out. The most distant thing we have built. Voyager 1 from the Sun: 172 AU
The nearest star At Voyager speed, 75,000 years. Everything ever called space travel happened in the last frame. Distance to Proxima Centauri: 4.25 ly
The Milky Way A few hundred billion stars. Every star you can see with your eyes is in a small patch of one arm. Diameter: 100,000 ly Image: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech), artist's concept
Andromeda That small smudge is another galaxy of a trillion stars. Its light left before humans existed. Distance from the Milky Way: 2.5 Mly Image: NASA/JPL-Caltech (GALEX)
Laniakea Every dot is a real galaxy from the 2MASS Redshift Survey. We are the dot in the middle. Diameter: 520 Mly Image: 2MASS Redshift Survey (Huchra et al. 2012), NASA/IPAC/Caltech/UMass
The observable universe The sphere is the oldest light there is, seen from outside. Beyond it, the universe keeps going; we just cannot see it. Diameter: 93 Gly Image: NASA/WMAP Science Team

同じ 10 段を 1 本の軸に並べると:

10⁰ m 10³ m 10⁶ m 10⁹ m 10¹² m 10¹⁵ m 10¹⁸ m 10²¹ m 10²⁴ m 10²⁷ m あなた 地球 月 太陽 ボイジャー 1 号 最も近い恒星 天の川銀河 アンドロメダ ラニアケア 観測可能な宇宙
目盛り 1 つが ×1,000 — この軸での直線は、普通の軸では爆発

隙間に注目。あなたから地球までゼロ 7 個。地球から太陽まで、さらに 4 個。太陽から最も近い恒星まで、さらに 5 個。そこから銀河で 4 個、残りの宇宙で 6 個。どの段も巨大だが、人の理解を壊すのは最も近い恒星への一段だ。


第 1–2 段: あなた、そして地球

あなたの身長は 1.7 m。地球の直径は 12,742 km。頭からつま先まで並べて 約 750 万人分のあなた。

旅客機の速さで赤道を一周すると二日。光なら 0.13 秒。地球はもう十分大きいのに、このリストであなた以外ではいちばん小さい。

第 3 段: 月

平均 384,400 km。太陽系の他の惑星を全部横一列に並べると、地球と月の隙間にちょうど収まる。

アポロは三日かかった。光は 1.3 秒。月を見上げたとき見えているのは、一拍前の月だ。

第 4 段: 太陽

1 億 5,000 万 km。天文学者はこの距離を 1 天文単位(AU) と呼ぶ。ゼロを書くのに飽きたからだ。光で 8 分 20 秒。太陽が消えても、あと八分は日焼けできる。

太陽そのものは直径 139 万 km。地球を横に 109 個、体積なら 100 万個分。太陽系の全質量の 99.86% を占める。八つの惑星を含めた残りすべては、四捨五入の誤差だ。

第 5 段: 太陽系の端

海王星は 30 AU(4 光時)を回る。ボイジャー 1 号は 1977 年に打ち上げられ、いまも秒速 17 km で飛び続け、現在およそ 170 AU、ほぼ1 光日先にいる。人類が作った中で最も遠いもので、そこからの光は一日かけて届く。

ボイジャーはそこまで五十年近くかかった。次の段のために、この数字を覚えておいてほしい。

第 6 段: 最も近い恒星

プロキシマ・ケンタウリまで 4.24 光年、40 兆 km。ボイジャーの速さなら 約 75,000 年。太陽系を出るのに五十年、隣の恒星系に着くのに七万五千年。

ここが要の段だ。「宇宙旅行」と呼ばれてきたものはすべて最初の五段の中で起きている。恒星は別の競技だ。

第 7 段: 天の川銀河

我々の銀河は直径およそ 10 万光年の円盤で、1,000 億から 4,000 億の恒星を抱える。太陽は中心から約 2 万 6,000 光年の位置にあり、一周に 2 億 3,000 万年。前回この側にいたとき、恐竜はまだ登場したばかりだった。

肉眼で見える星はすべて天の川銀河の中にあり、ほぼ全部が数千光年以内、腕ひとつの小さな一角だ。

第 8 段: アンドロメダと局部銀河群

隣の大きな銀河アンドロメダは 250 万光年先にあり、秒速 110 km でこちらへ向かっている。約 45 億年後にふたつは合体する。望遠鏡なしで見える最も遠いもので、かすかなにじみに見えるその光は、人類が現れる前に出発した。

アンドロメダ、天の川、そして約八十の小さな銀河が局部銀河群をなし、差し渡しおよそ 1,000 万光年。

第 9 段: ラニアケア

さらに引くと、銀河は巨大な空洞を囲むフィラメントや壁に集まり、石けんの泡のように見える。局部銀河群はラニアケア超銀河団の中の一点で、直径約 5 億 2,000 万光年、およそ 10 万の銀河が、見えない重力の中心へ漂っている。

第 10 段: 観測可能な宇宙

どの方向にも見える最も遠い距離はおよそ 465 億光年。つまり観測可能な宇宙は直径 930 億光年の球だ。その中の銀河の数は、推定で 2,000 億から 2 兆。ひとつひとつが天の川銀河だ。

「観測可能な」という言葉が効いている。これは宇宙の端ではない。光が届く時間があった範囲の端だ。その先にも宇宙はほぼ確実に続いている。ただ見えないし、永遠に見えないかもしれない。


縮めてみる: 太陽をビー玉に

ゼロが十二個並ぶ数字は腑に落ちない。だから太陽が 1 cm のビー玉になるまで全部を縮める。

ものこのスケールでは
太陽1 cm のビー玉
地球幅 0.1 mm の塵、ビー玉から 1 m
海王星30 m 先
ボイジャー 1 号49 年飛んで約 180 m 先
最も近い恒星もうひとつのビー玉、290 km 先
天の川銀河直径 700 万 km — 実際の地球・月間距離の 18 倍

机の上にビー玉、1 m 先に塵、次のビー玉は三百キロ先の別の街。それが恒星系とその隣人だ。宇宙(スペース)という名前は主成分から取ったようなものだ。


ひねり: 138 億年より古い? いいえ。大きい? はい。

宇宙は 138 億歳。なのになぜ、どの方向にも 460 億光年先まで見えるのか。

空間そのものがずっと伸び続けているからだ。検出できる最古の光、宇宙マイクロ波背景放射は、138 億年前に発せられた。そのとき発生源はここから約 4,200 万光年だった。光が旅している間に、我々と発生源のあいだの空間は膨張し続けた。いまその発生源は 460 億光年先にある。

光より速く動いたものは何もない。光が走っている間に道が伸びただけだ。


持ち帰るもの

  • 隣としか比べない。 あなた → 地球 → 月 → 太陽なら通じる。あなた → 銀河は通じない。
  • 光の時間で測る。 月まで秒、太陽まで分、恒星まで年、銀河を横切るのに千年単位、万物を横切るのに億年単位。
  • 最も近い恒星が壁。 家を出るのに五十年、どこかに着くのに七万五千年。
  • 観測可能 ≠ すべて。 見えているのは 930 億光年の球。残りはそこにある、見えないまま。

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