天の川銀河の円盤からどれくらい離れたところから天の川全体を見ることができるのでしょうか?

友人がこう尋ねました。「太陽系が天の川面から少しずつ離れていくと、夜空に巨大な天の川が見えるようになるのでしょうか？」

それは、質問者が「天の川の平面からわずかに離れている」と言ったときに、「わずかに」と「ある程度」がどの程度を意味するかによって異なります。何人かの友人は幾何学的な観点からこの問題を分析しました。ここでは数学的な理論から議論するのではなく、地球観測データに基づいた直感的かつ知覚的な観点からのみ分析します。

科学者たちは現在、天の川銀河を巨大な渦巻き状の棒銀河、つまり中央が厚く端が薄い円盤状の銀河として理解していることが分かっています。円盤の直径は約 20 万光年、中心部の厚さは約 12,000 光年、端の厚さはわずか約 100 光年で、平均厚さは約 1,000 光年です。

太陽が現在天の川銀河の円盤の中心（実際には中心に近い 20 光年離れている）にある場合、天の川銀河の円盤全体をはっきりと見るためには、太陽が天の川銀河の円盤から少なくとも 1,000 光年飛び出さなければならないことが今でははっきりとわかっています。天の川銀河の中心核の厚さは12,000光年に達します。円盤全体を見るには、円盤部分の中心から少なくとも 12,000 光年離れている必要があります。

実際、たとえ天の川から 12,000 光年離れていても、それはまるでエベレスト山の頂上に立って地球を眺めているようなものです。彼はまだ地球全体を見ることはできない。 NASA のテストによれば、地球の弧、つまり宇宙の境界は地上約 100 キロメートルの高さではっきりと見ることができます。有人宇宙船は地上400キロメートルの軌道上で地球の表面の曲率を見ることができます。地球全体を見るには、地上から 3,400 キロメートル上空に上がらなければなりません。

この視野は、人間の目の最も快適な視野範囲である水平視野角 124 度に基づいて計算されています。この視線によれば、地球の直径は約 12,742 キロメートルです。地球の弧が見える高度100キロメートルと比較すると、その比率は約127:1になります。地球表面の曲率が見える高度400キロメートルと比較すると、その比率は約32:1になります。全体像が見える高度3,400キロメートルと比べると、その比率は約3.75:1となる。

人間が地球を見る比率で天の川を見ると、天の川の弧を見たい場合には、天の川の円盤の表面から 1,574 光年の高度にいなければなりません。天の川銀河の曲率を見たい場合、天の川銀河の円盤表面から 6,250 光年の高度に行かなければなりません。天の川の全景を快適に見るためには、天の川の円盤から約 53,333 光年の高度にいる必要があります。

光年は、光子が真空中で 1 年間に移動する距離のスケールです。光子は真空中を毎秒約 30 万キロメートルで移動し、1 光年はおよそ 9 兆 4,600 億キロメートルに相当します。したがって、天の川銀河の直径は約189.2兆キロメートル、平均厚さは約9640億キロメートルとなります。天の川全体を見るには、天の川の表面から 50 兆キロメートルの距離から、人間の目の視野角 124 度で観察する必要があります。

質問によると、夜空に浮かぶ巨大な天の川の円盤を見るためには、実際の距離はもっと遠く、ある程度のスペースを残して巨大な天の川の全体像をより快適に見ることができるはずです。では、この距離は質問者が考える「天の川面からわずかに離れている」距離なのでしょうか?彼自身だけが知っている。

今のところ、人類は地球の重力圏から抜け出せていないし、無人宇宙船が太陽系から飛び出すのもまだまだ先の話だ。そこで疑問なのは、インターネット上に出回っている無数の天の川の写真はどうやって入手されたのか、ということだ。

実際のところ、天の川の外観の写真はすべて、人間が実際に見たものでも、カメラで撮影したものでもありません。代わりに、科学者は多くの類似した銀河の観測と、長年にわたる地球上の天の川銀河の星の分布の観測から得られた膨大なデータの統合、そしてコンピューターモデリングを通じてそれらを取得します。

地球上で実際に目にする天の川の画像のほとんどは、大型望遠鏡や衛星を使って私たちの位置から天の川の中心に向かって撮影された多数の写真を合成して得られた部分画像にすぎません。天の川の360度パノラマ画像だと主張する唯一の画像は、NASAが10年かけて打ち上げたスピッツァー宇宙望遠鏡で撮影された200万枚以上の写真を組み合わせて作成されたものだ。

この天の川の 360 度パノラマ画像には、200 億ピクセルを含む大量の情報が含まれています。それを印刷すると、展示するのにスタジアムほどの広さのスペースが必要になります。現在、NASA はこの画像のデジタル版を世界中の科学者や天文学愛好家に研究と調査のために公開しています (上の写真を参照)。しかし、この写真はより専門的であり、一般の人には理解しにくいものです。

読んでいただきありがとうございます。ぜひ議論に参加してください。これはSpace-Time Communicationからのオリジナル記事です。著者の著作権を尊重してください。ありがとう。