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2012年12月27日

天文(16)−重力レンズ効果

 

 Actual gravitational lensing effects as observed by the Hubble Space Telescope in Abell 1689 – Enlarge the image to see the lensing arcs.
 ハッブル宇宙望遠鏡で観測された、銀河団 Abell 1689 によって作られた重力レンズ。遠方の多数の銀河の像が円弧状に引き伸ばされて見えている。
 
 (旧暦11月15日)
  
 恒星や銀河などが発する光が途中にある天体などの重力によって曲げられたり、その結果として複数の経路を通過する光が集まるために明るく見えたりする現象は重力レンズ効果(Gravitationslinse)と呼ばれ、光は重力にひきつけられて曲がるのではなく、重い物体によってゆがめられた時空を進むために曲がると解説されています。

 これは、アインシュタインの一般相対性理論(Allgemeine Relativitätstheorie)から予測された物理的事象で、たとえば太陽の縁をかすめる光は、最初の方向から1.75秒角曲がることが計算されていました。

 ニュートン力学では重力とは質量と質量の間に働く力だと解釈されていたので、質量を持たないはずの光が重力に引き寄せられて曲がるという現象はなかなか理解されませんでした。 

 そしてこれを確かめるためには、太陽のまわりの光が明るく見える日食のときに観測する必要があると考えられていました。

 第一次世界大戦集結直前の1919年5月29日、天体物理学者アーサー・エディントン(1882〜1944)率いるイギリス観測隊は、アフリカ西海岸沖、大西洋上にあるプリンシペ島で皆既日食を観測し、太陽周辺に見える星の位置が一般相対論の予測通りにずれていることを確かめたとされています。

 

 One of Eddington's photographs of the total solar eclipse of 29 May 1919, presented in his 1920 paper announcing its success, confirming Einstein's theory that light "bends".
 エディントンが撮影した1919年の皆既日食の写真。位置測定に用いた恒星が2本の線でマークされている。

 翌年発表されたエディントンの観察結果は、アインシュタインの相対性理論の予測を証明したとされ、またニュートン学説信奉者に一般相対性理論の決定的証明として是認されました。

 さらにこのニュースは大きな話題として世界中の新聞で報道され、アインシュタインと相対性理論の名は、一躍世界中に知られるようになりました。

 アインシュタイン自身は、1916年に発表した『一般相対性理論の基礎』
 Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie. In: Annalen der Physik. Ser.4, 49(1916), Seite . 769〜822
の中で、次のように述べています。

 

 §22. 静的重力場内にある物指と時計、光線の弯曲、惑星軌道の近日点移動

  次に静的重力場内での光線の進路を調べてみよう。特殊相対性理論によれば光の速度は


 

によって与えられる。したがって、一般相対性理論では

 

によって与えられる。いま光の進む方向、すなわち

 

の比の値が与えられると、(73)によって

 

は与えられる。また、光の速さ

 

もユークリッド幾何学の意味において決められる。

 そこで

 

が定数でないときは、座標系から見て光線が弯曲して見えることは容易にわかるであろう。いまnは、光の進行方向に垂直な方向を示すとすれば[( γ, n )平面で考えて]、ハイゲンスの原理により、光線は曲率ー∂γ/∂nをもつことになる。

 

 そこで、質量Mの物体から距離Δだけ離れた所を通過する光線が受ける曲率を求めてみよう。いま、座標系を図のように選ぶと、光線が受ける弯曲の総計Bは(原点に向かって凹、つまり、図で光線が左の方に弯曲する時は を正とする)、ここに考えている近似では次式によって与えられる。

 

一方、(73)および(70)から

 

これを上のBの式に代入して計算すると

 

となる。そこで太陽のそばを通過する光線は1.7″の弯曲を受ける。また、木星のふちを通る光では0.02″となる。  続きを読む

Posted by 嘉穂のフーケモン at 13:33Comments(0)天文

2012年12月11日

新生代(20)−新第三紀(9)−メッシニアン塩分危機

 

 Artistic interpretation of the Mediterranean geography during its evaporative drawdown, after complete disconnection from the Atlantic. The rivers carved deep gorges in the exposed continental margins; The concentration of salt in the remaining water bodies lead to rapid precipitation. The inset evokes the transit of mammals (e.g., camels and mice) from Africa to Iberia across the exposed Gibraltar Strait.
 大西洋から完全に遮断された後の蒸発乾燥した期間における地中海地理の想像図。 河川は露出した大陸棚に深い峡谷を刻み、塩分の濃縮は残留水域に急速な沈殿をもたらした。挿入図は、露出したジブラルタル海峡を通ってアフリカからイベリアまでの哺乳動物(例えば、ラクダやネズミ)の通過を再現している。

(旧暦10月28日)

 え〜っ!地中海って、海水が蒸発して干上がってしまったことがあったんだってえ〜・・・?!
 な、なんで〜?

 それは、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の人類学の名誉教授、Brian Murray Fagan(1936〜)編著『 THE CONMPLETE ICE AGE』によれば、

 およそ600万年前の新生代中新世末期のメッシニア期(Messinian、724万6千年前〜533万2千年前)に地殻変動が進行してジブラルタル海峡が閉鎖され、地中海が一時的に太平洋から分離された時期があった。
 この間に地中海は何度か干上がって、厚さ最大3キロメートルもの岩塩(蒸発岩)堆積層が形成され、世界中の海水に溶解していた塩分の6%近くが岩塩となって沈殿し、地球規模の気候大変動をもたらした。その後、約550万年前には、地中海は完全に孤立して塩の砂漠となってしまった。


 と云うものです。

 新生代中新世末期のメッシニア期(Messinian、724万6千年前〜533万2千年前)と呼ばれる階層の時代区分に地中海の海水が干上がった事象は20世紀後半に解明され、これをメッシニアン塩分危機(Messinian salinity crisis)と呼んでいます。

 以下、ウィキペディアによる解説を参照してみましょう。

 Messinian salinity crisis
 The Messinian Salinity Crisis (MSC), also referred to as the Messinian Event, and in its latest stage as the Lago Mare event, was a geological event during which the Mediterranean Sea went into a cycle of partly or nearly complete desiccation throughout the latter part of the Messinian age of the Miocene epoch, from 5.96 to 5.33 Ma (million years ago). It ended with the so-called Zanclean flood, when the Atlantic reclaimed the basin.

 メッシニアン塩分危機
 メッシニアン事象、そしてその最新の段階ではラーゴ海事象と呼ばれるメッシニアン塩分危機(MSC)は、地中海が596万年前から533万年前の中新世メッシニア期の後半に、一部もしくはほぼ全域が乾燥する循環周期に移行したという地質学的な出来事であった。そしてその出来事は、いわゆるザンクレアン洪水で終結し、その時大西洋は地中海を取り戻した。


 Sediment samples from below the deep seafloor of the Mediterranean Sea, which include evaporite minerals, soils, and fossil plants, show that, about 5.96 million years ago in the late Miocene period, the precursor of the Strait of Gibraltar closed tight and the Mediterranean Sea, for the first time and then repeatedly, partially desiccated.
 蒸発岩鉱物、土壌、植物化石を含む地中海の深い海底の下からの堆積物標本は、中新世後期およそ596万年前、ジブラルタル海峡の前身が固く閉じて、地中海が初めて、そしてそれからは繰り返し、部分的に乾燥したことを示している。

 5.6 Ma ago the strait closed for the last time and, because of the generally dry climate conditions, within a millennium the Mediterranean basin nearly completely desiccated, evaporating into a deep dry basin bottoming at some places 3 to 5 km (1.9 to 3.1 mi) below the world ocean level, with a few hypersaline Dead Sea–like pockets.
 560万年前、一般の乾燥気候状態のために海峡は最終的に閉じ、死海の様な窪地のわずかな過塩水とともに、場所によっては海水面より3〜5キロメートル下の深く乾燥した盆地底部まで蒸発しながら、1000年以内で地中海盆地は完全に近い状態まで干上がった。

 Around 5.5 Ma, less dry climatic conditions allowed the basin to resume receiving more fresh water from rivers, with pockets of Caspian-like brackish waters getting progressively less hyper-saline, until the final reopening of the Strait of Gibraltar 5.33 Ma with the Zanclean flooding.
 約550万年前、乾燥の少ない気候条件は地中海盆地に、カスピ海のような窪地に過塩水より薄い汽水を徐々に受け入れながら、河川からのより新鮮な水を受け入れることを再開した。そしてそれは、ザンクレアン洪水に伴う533万年前のジブラルタル海峡の最後の再開まで続いた。

 

 Artistic interpretation of the flooding of the Mediterranean through the Gibraltar Strait.
 ジブラルタル海峡を通過する地中海洪水の想像図

 Even now the Mediterranean is saltier than the North Atlantic because of its near isolation by the Strait of Gibraltar and its high rate of evaporation. If the Strait of Gibraltar closes again, which is likely to happen in the near geological future (though extremely distantly on a human time scale), the Mediterranean would mostly evaporate in about a thousand years. After that, continued northward movement of Africa may obliterate the Mediterranean.
 現在でさえ地中海は、ジブラルタル海峡による隔離に近い状況とその高い蒸発速度により、北大西洋よりも塩分濃度が高い状態にある。
もしジブラルタル海峡が再び閉じるならば、地中海はおよそ千年でほぼ蒸発するであろうことは、人間のタイムスケール上では極めて遠いことではあるが、近い地質学的未来において起こる可能性は高いとされている。その後に、アフリカ大陸の継続的な北への移動が、地中海を消滅させるかもしれない。
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Posted by 嘉穂のフーケモン at 21:01Comments(0)新生代

2012年12月06日

古生代(6)-カンブリア紀(2)−カンブリア爆発

 

 Charles Robert Darwin (1809 〜1882)

 (旧暦10月23日)

 Consequently, if my theory be true, it is indisputable that before the lowest Silurian stratum was deposited, long periods elapsed, as long as, or probably far longer than, the whole interval from the Silurian age to the present day; and that during these vast, yet quite unknown, periods of time, the world swarmed with living creatures.
『The Origin of Species』Chapter 9: On the Imperfection of the Geological Record by Charles Darwin

 従って、私の理論が真実であるならば、最下部のシルル紀(カンブリア系)の地層が堆積する前に、長い時間が経過していたことは明白である。それはシルル紀(カンブリア紀)から現代へ至る期間全体と同じか、あるいははるかに長かったかもしれず、この長大な時間の間に、世界は生物で満ちあふれていたはずである。
 『種の起源』 第9章 地質学的記録の不完全について チャールズ・ダーウィン


 よく知られた地質年代の区分であるカンブリア紀は、国際層序委員会 の“International Stratigraphic Chart”2010年版によれば、古生代(約5億4200万年前〜約2億5100万年前)の区分の最初に定義されている紀(period)であり、約5億4200万年前から約4億8830万年までの約5370万年間を指しています。

 カンブリア(Cambria)の名称の由来は、1835年にイギリスの地質学者アダム・セジウィック(1785〜1873)が、ウェールズ地方でこの時代の地層を調べたことに起因していますが、この名称は、ウェールズを表すケルト語の”Cumburia”から派生したローマ綴りに由来しています。
 古代ローマ人が、この地方を「カンブリア“Cambria”」と呼んでいたために、それが山脈名や地域名として使われることになったそうです。

 In the early 1830s, both men were working on the rocks of Wales, which were and are very difficult to work on due to extensive folding and faulting. However, they seemed to be older than most of the sedimentary rocks farther east. Murchison documented the presence of a distinctive set of fossils, one in which very few fish were found, but that included numerous different types of trilobites, brachiopods, and other such fossils.

 1830年代の初頭、両方の男(アダム・セジウイックとロデリック・マーチソン)はウェールズの岩石に取り組んでいましたが、それらは大規模な褶曲運動や断層運動の故に研究することは非常に困難なものでした。しかしながら、それらはより東方の多くの堆積岩より年代が古いように思われました。 マーチソンは化石の特有なグループ、ひとつは極めて少数の魚しか見いだされないが、しかし三葉虫や腕足類と他のそのような化石の多数の異なった類型を含んだものの存在を立証しました。

 Murchison named the system of rocks containing such fossils the Silurian, after the Silures, a Celtic tribe living in the Welsh Borderlands at the time of the Romans.
 
 マーチソンは、ローマ帝国の時代にウェールズの国境地帯に住んでいたケルト人の種族シルル族にちなんで、このような化石を含んでいる岩石の系統をシルリアンと命名しました。
 
 Sedgwick, who had been working in central Wales, proposed the existence of a separate system below the Silurian, which he named the Cambrian -- after Cambria, the Latin name for Wales.

 中央ウェールズで取り組んでいたセジウイックは、ウェールズのラテン語の名前カンブリアにちなんでカンブリアンと命名したシルリアンの下の別個の系統の存在を提唱しました。

 The two presented a joint paper in 1835, entitled "On the Silurian and Cambrian Systems, exhibiting the order in which the older sedimentary strata succeed each other in England and Wales."

 二人は1835年に、"On the Silurian and Cambrian Systems, exhibiting the order in which the older sedimentary strata succeed each other in England and Wales."という題名の共同の論文を提出しました。

 University of California Museum of Paleontology 「カリフォルニア大学古生物博物館」 Paleontology/Geologist biographies/Adam Sedgwick
  http://www.ucmp.berkeley.edu/history/sedgwick.html

 カンブリア紀の地層からは数多くの化石が見つかりますが、その下にある始生代(Archean eon、約40億年前〜約25億年前)や原生代(Proterozoic、約25億年前〜約5億4200万年前)の地層からはほとんど化石は見つからないので、先カンブリア時代(Precambrian period)全体に隠世代(Cryptozoic eon、隠れた生命)という名称が付けられ、カンブリア紀とそれに続く時代には、顕生代(Phanerozoic eon、目に見える生命)という名前が当てられました。

 古くから、カンブリア紀とそれ以前の始生代や原生代の地層との間の化石資料の差については謎とされてきました。
 原生代の化石群集は稀少で、発見されたものは20例のみ、放射年代測定法によりすべて6億5000万年ほど前の化石群集とされています。

 この中でも、オーストラリア南部フリンダーズ山脈の西部エディアカラ丘陵(Ediacara Hills)で大量に発見される生物化石群であるエディアカラ生物群(Ediacara biota)は、化石の保存状態や採集された動植物標本の多様性でも群を抜いています。
 この化石群は、1946年にオーストラリアの地質学者レッグ・スプリッグ(Reginald Claude Sprigg、1919〜1994)により発見されました。肉眼的に確認できる生物化石が多量に出るものとしてはもっとも古い時代のものであり、先カンブリア時代の生物相を示すものとして数少ないものでもあります。

 

 ① スプリッギナ(Spriggina)、④ カルニオディスクス(Charniodiscus)

 エディアカラ生物群は、クラゲや軟質サンゴ、蠕虫類(ぜんちゅうるい、ミミズや回虫など)と関連が有り、クラゲは15種類が確認されています。カルニオディスクス(Charniodiscus)に代表される軟質サンゴや明確な頭部と40の体節をもつ環形動物のスプリッギナ(Spriggina)などが挙げられます。  続きを読む

Posted by 嘉穂のフーケモン at 14:19Comments(0)古生代