ハッブル望遠鏡は93億光年離れた星を見ることができるのに、なぜ月にいる人間を見ることができないのでしょうか?

誰かが尋ねました。「現代の望遠鏡で月にいる人間を見ることはできますか？」私はノーと言いました。もし私たちが月面にいる人々を見ることができれば、前世紀のアメリカのアポロ月面着陸ミッションが残した遺物を見ることができるでしょうし、アメリカの月面着陸が真実か虚偽か、陰謀か公然の陰謀かといった論争もそれほど多くは起こらないでしょう。

では、なぜ望遠鏡は 93 億光年離れた星を見ることができるのに、とても近い月にいる人間を見ることができないのでしょうか?月は平均して地球からわずか 384,000 キロメートルしか離れていないことを知っておく必要があります。これは約 93 億光年のわずか 23 億分の 1 に相当します。身長1.6メートルの人を23億倍に拡大すると、368万キロメートル離れていることになります。見えるどころか、圧力によって地球が平らになってしまうでしょう。

ボリュームを増やしたとしても、身長1.6メートルの普通の人の場合、BMIは約60キログラムになるはずです。人体の密度は水とほぼ同じです。 60キログラムの水の体積は0.06立方メートルなので、23億倍の1億3800万立方メートルになります。球形の体積の公式によれば、1億3800万立方メートルは直径が約641メートルの球体になります。

こんなに大きなボールはいつでも見ることができますよね？つまり、ハッブル望遠鏡は93億光年離れた星を見ることができるので、月にいる人間も見ることができるはずだ。なぜそれが見えないのでしょうか?一緒に話し合いましょう。

まず、ハッブル望遠鏡がどのようにして93億光年離れた星を観測したかについてお話ししましょう。ハッブル望遠鏡は、現在までで最も強力な光学宇宙望遠鏡です。私たちから93億光年離れたこの星を見ることができるのは、この星だけです。実際、ハッブル望遠鏡が観測した最も遠い天体は、地球から133億9000万光年離れたGN-z11銀河です。銀河は非常に巨大なので、今日は例として使いません。

実際、ハッブル望遠鏡はこの遠い星を直接観測したのではなく、偶然に発見したのです。これは巨大な超青色巨星であり、人類がこれまでに観測した中で最も遠い星です。私たちがこの星を見ることができるのは、人間の視線とこの星の間に巨大な銀河団があり、それが重力レンズとして働き、この星の像を拡大しているからです。

この星は、MACS J1149 + 2223 Lensed Star 1 としてカタログに登録されています。MACS J1149 + 2223 は、重力レンズとして機能する巨大な銀河団の番号です。レンズ化とは、この星が重力レンズ効果によって発見されたことを意味します。星 1 は、この星が重力レンズ効果によって発見された最初の星であることを意味します。

科学者たちはこの星に「イカロス」という愛称を付けた。これはギリシャ神話の悲劇的な人物です。なぜこのような悲劇的な人物にちなんで名付けられたのかは不明です。興味のある友人は情報を調べてください。ここでは説明しません。

いわゆる重力レンズは、アインシュタインの一般相対性理論の予測です。アインシュタインは、光が重力場の近くを通過すると、レンズを通過したときのように曲がり、背景の天体の像が拡大され、人間がレンズの後ろや遠くにある天体を観察できるようになると信じていました。この予測は天文学的観測によって長い間確認されており、暗黒物質、暗黒エネルギー、大規模重力、宇宙観測などの天体物理学の研究において重要な役割を果たしています。

宇宙では、銀河、銀河団、そして巨大なブラックホールを持つ暗黒物質の集団が重力レンズ効果を生み出す可能性があります。これらは遠くの天体と人間の視界の間に挟まれ、背後の天体が拡大効果を生み出す原因となります。 MACS J1149 + 2223 銀河団は、イカロスと私たちの視線のちょうど中間、約 50 億光年の距離にあります。

通常の重力レンズは背後の像を50倍しか拡大できませんが、この巨大な重力レンズは「イカロス」を2,000倍に拡大しました。このようにして科学者たちは星を観察することができたのです。この巨大な重力レンズがなければ、ハッブル望遠鏡がいかに強力であっても、この星を見ることは不可能でしょう。

ハッブル望遠鏡で2,000倍に拡大すると、この星は465万年離れているように見える。重力レンズ効果を除外すると、ハッブル望遠鏡のような強力な宇宙望遠鏡でも、この距離にある単一の星しか見ることができません。

この星はビッグバンから45億年後に光を発し、93億光年離れている。宇宙は膨張しているため、この星は現在私たちから280億光年離れています。恒星進化の法則によれば、このような巨大な恒星の寿命は1000万年を超えることはないでしょう。したがって、それはずっと前に死んでいるはずでした。私たちが見ているのは、今現在の姿ではなく、93億年前の姿です。

最も優れた望遠鏡でも、星は明るい点として見えます。科学者は望遠鏡を通して星を見たとき、ほとんどの星の本当の姿を見ることができません。彼らに見えるのは明るい点だけであり、その中には、わずか 4.22 光年しか離れていない最も近い恒星プロキシマ・ケンタウリも含まれており、明るい点としてしか見えません。これは、星の大きさと距離の比率が非常に大きいため、最高の望遠鏡を使っても、人間の目で見るときの最小解像度に到達できないためです。

太陽やベテルギウスなど、ぼんやりとした円形の表面として見える星はごくわずかです。これは、これらの星が近すぎるか大きすぎるためです。ベテルギウスがぼんやりとした丸い表面に見えるのは、その体積が太陽の7億倍以上あり、明るさも太陽の9万～15万倍と非常に大きく、距離もそれほど遠くないからです。

したがって、どんなに巨大な望遠鏡を使っても、私たちが見る星は基本的にその表面の外観ではなく、星が発する光だけになります。人間の目は光に敏感なので、少数の光子が人間の網膜に到達すれば光は見えますが、発光体の外観をはっきりと見ることはできない場合があります。

たとえば、ホタルが私たちから 100 メートル離れている場合、昼間でも人間の目には見えません。しかし、夜には光るので遠くからでも見つけられますが、ホタルをはっきりと見ることができるわけではありません。星を観察する場合も同様です。私たちが見ているのは星が発する光だけであり、星の見た目ではありません。

これは、人間の目が物体を見るときに最小の解像度角を持つ必要があるためです。つまり、物体は最小解像度角を超えて網膜に到達する必要があります。そうでない場合は、物体を区別できません。通常の明るさでの人間の目の分解能角は通常 1′ (1 分角) です。つまり、物体を区別するには、網膜に到達する角度が少なくとも 1′ である必要があります。

望遠鏡にも最小分解能角があり、その分解能はレイリー基準式 θ0 = 1.22λ/D に準拠する必要があります。つまり、最小分解能角 θ0 は、光の波長 λ に 1.22 を掛け、それを望遠鏡の口径 D で割った値に等しくなります。つまり、望遠鏡の口径が大きいほど解像度が高くなり、より遠くまで見ることができます。

光学望遠鏡の口径が大きくなるほどレンズも大きくなりますが、レンズが大きくなるほど変形を制御するのが難しくなるため、製造がより困難になります。したがって、望遠鏡の最小解像度には限界があります。ハッブル望遠鏡の主鏡の直径は2.4メートルです。可視光の波長は380～760 nmです。中間値として 570 nm、つまり 5.7*10^-7 m を採用します。

これらのデータを上記の式に代入すると、ハッブル望遠鏡の最小解像度は約 2.9*10^-7rad (ラジアン) となり、1 ラジアンは約 206264.8 秒角なので、ハッブル望遠鏡の解像度は約 0.059 秒角となります。

では、ハッブル望遠鏡で解像できる月面上の物体はどれくらいの大きさでなければならないのでしょうか?月と地球の平均距離は348,000キロメートルです。ハッブル望遠鏡の最小解像度 2.9*10^-7rad に距離 384,000 キロメートルを掛けると、可視物体の最小直径または長さが求められ、これは 111.36 メートルに達する必要があります。そのため、身長1.6メートルの人が月面に横たわっていたとしても、ハッブル望遠鏡の視野内に到達する距離はわずか0.00085秒角であり、まったく区別がつきません。

さらに、月の地球側に立つと、人が地球に向くのは頭と肩だけになり、さらに見えにくくなります。では、月に横たわる人間を見るためには、どれくらいの大きさの望遠鏡が必要でしょうか? 570nm 帯域の光を観測する場合、式によれば主鏡の口径は少なくとも 167 メートルである必要があります。

現在、人間には、変形せずにこれほど巨大な光学レンズを作る能力がありません。これらの巨大な電波望遠鏡や放射線望遠鏡は口径が大きいですが、観測できるのは電波や放射線の源だけであり、一般の人間を観測することはできません。

私の言いたいことが伝わったか分かりませんが？議論へようこそ。読んでいただきありがとうございます。

Space-Time Communicationの著作権はオリジナルです。侵害や盗作は非倫理的な行為です。ご理解とご協力をお願いいたします。