How far are you? ：あの星まで何光年？

最近急に寒くなってきましたね。こんな冬にはユニクロのヒートテックシリーズがとても暖かいのでおすすめです。今まではヒートテックは下着しか持ってなかったのですが、この間久しぶりにいってみるといろいろな種類のヒートテックがあって驚きました。（靴下と手袋がおすすめです）

私事ではありますが、先日からついに大学での部活動が始まりました。今まで同じ大学の人との交流があまりなかったので、部活はとても楽しいです。まだ制限がかかった上での活動なので、早くいつも通りの活動ができればいいなとつくづく思っています。
そんな部活の帰り道にひと空を見上げると、オリオン座が見えました。夜に星空をみることは久しぶりだったので新鮮な気持ちになったと同時に、一つ疑問が浮かびました。

どうしてあの星まで何光年だとわかるんだろう？

と、くだらない前振りはこれくらいにしておいて、今日は地球から他の星までの距離の測り方について説明していきたいと思います！笑

本題の前に、、、：有名な星までの距離

余談ですが、これからの話のスケールを実感してもらうためにいくつか有名な星や銀河までの距離を記しておきたいと思います！（皆さんご存知だと思いますが、これから使う「光年」という単位は光が１年間に進む距離で、光は秒速３０万kmです。１秒で地球を７周半進みます）

月：３８万km（光が１.３秒で到達）
太陽；１億５千万km（光が約８分で到達）
シリウス：８.６光年
プロキオン：１１光年
ペテルギウス：６４２光年
アルタイル：１６光年
ベガ：２５光年
デネブ：約1600光年（諸説あり）
アンドロメダ銀河：２５４万光年

まあ、意味わかんないくらいでかいスケールですよね😅

距離感で異なる測り方

それでは星までの測り方を説明していきます！
まず、全ての星の距離を同じように測ることはできません。その距離感によって五種類の測り方があります。

①銀河系の中で近い星
②銀河系の中で遠い星
③銀河系の外の星
④遠くの銀河
⑤さらに遠くの途方もないくらい遠くの銀河

それぞれ説明していきたいと思います！

①割と近い星：三角測量

まずわたしたちがいる、天の川銀河のなかにある割と近い星は、「年周視差」を使った三角測量で測ります。

地球は太陽の周りを公転しているので、一年のうちで星の見え方は異なってきます。その時の角度の違いを「年周視差」と言います。地球⇄太陽の距離は分かっているので、年周視差を使えば三平方の定理などなどを使って距離を求められます。
例をあげると、人間は片目を閉じるとものの距離感をうまくつかめませんが、両目で見ることで距離感を掴める原理と同じです。

②わりと遠い星：星の明るさと色を利用

先ほどの年周視差は、遠くに行けば行くほど誤差が生まれ正確に測ることはできなくなります。その時には星の明るさと色の関係を利用します。
当然ですが、私たちが地球でみる星の光は、実際の星の明るさよりも暗くなっています。光がいつまでも明るさを変えず進むことはありえませんから。これらを区別して、「見かけの明るさ」と「実際の明るさ」と呼ぶことにします。

しかし、遠くにあるからといって青色の星が赤色に見えることはないように、星の色までは変わりません。

そして面白いことに、その色によって星の実際の明るさがわかります。下の図から分かり、HR図と言います。

今、HR図から星の「実際の明るさ」が分かりました。それと地球からみた「見かけの明るさ」も分かっています。あとはこの二つからその距離の関係性がもし見つけられたら勝ちですね。
もちろん見つけちゃいます。1856年、イギリスのポグソンです。
（一方その頃日本ではペリーの黒船に騒いでいます）

要約すると、ポグソンの式から「見かけの明るさ」は「実際の明るさ」に対して、距離の２乗に反比例することが分かります。
すなわち、はじめ１m離れているところから２mのところまで離れると、距離が２倍になるので明るさは１/４になると言った感じです。

以上のように、星の明るさと色の関係からその星までの距離が測れます！

③近めの銀河までの距離：脈動変光星

次は天の川銀河の外の銀河までの距離です。とても遠いので、さっきのように明るさを使って測ることはできません。ちなみに一番近くにある銀河はアンドロメダ銀河です。（さっきも言いましたが254万光年という途方もない距離です。）
ここでは、それぞれ銀河の中にある脈動変光星というちょっと変わり者の星を使って距離を測ります。

この脈動変光星という星の特徴はその名の通り、脈動するかのように、発する光の明るさが、変わる、星です。この星は規則正しく周期的に星の大きさが変わり、そのことによって周期的に明るさが変わります。
そしてなんと面白いことに、その周期から「その星がどれくらい明るいか」がわかります（絶対等級と言います）観測によってその周期は簡単に分かります。まあ難しいので②でだした「実際の明るさ」だと思ってください。そこから先ほどと同じ手順でポグソンの式から距離を導き出すことができます！

④さらにさらに遠い銀河：超新星爆発！！！

今度は今までの方法が使えないくらい遠くにある銀河までの測り方です。

星の中には、その一生を終える時に大大大爆発を起こすものがあります。その時に発する光は凄まじく、太陽の数億倍の明るさで、どんなに遠くても地球まで光が届いてきます。その様子があたかも新しい星が生まれたように見えるので、超新星爆発と呼ばれています。普通の星が放つ光は遠すぎて届いてきませんが、この爆発によって届いた光からとても遠い銀河までの距離を調べることができます。

⑤さらにさらに途方もないくらい遠い銀河：宇宙の膨張速度

次が最後です。

これは今までのやつよりもさらに遠い銀河まで測ることができるもので、宇宙が膨張していることを利用します。
（宇宙の膨張については僕のnoteで以前に述べたので、詳しいことが知りたい人は見てみてください！）

ざっと説明すると、地球から見て銀河が遠くにあればあるほど、速い速度で遠ざかっていくということです。

宇宙は至るところで常に膨張しているので、私たちの地球と他の天体はどんどんと遠ざかっていきます。その速度から距離を計っちゃおうというのが今回の測り方です。

その方法なのですが、なんとあの「ドップラー効果」を使います。（余談ですが、高校の物理でやるドップラー効果は救急車の音で遊んでみたり、壁に向かって走る音源を乗せた謎の車と追いかけっこしたりといったような意味不明のものばかりですが、実際のドップラー効果は野球で球の球速を計ったり、血液が流れる速度を計ったり、星の距離を計ったりと、とても実用的なものです）

ドップラー効果とは、救急車でお馴染みの、移動する物体が発する音や光の波長はその速度によって変わるよというものです。今回の星の場合は光の波長が変わります。

図からもわかるように、自分から遠ざかる物体から発せられた音や光の波長は実際の波長よりも長くなります。そして、光はその波長の長さによって色が変わることが知られています。

なので、遠ざかる銀河から発せられる光は、その遠ざかる速さが速いほど、つまりは遠ければ遠いほど、赤っぽくなります。これを赤方偏移と言います。

このように、さらに遠い星は赤方偏移を使ってその距離を測ることができます！

まとめ：人間って賢いな

以上が星の距離の測り方です！調べていて自分が持った正直な感想は、こんなことまでわかるなんて人間って賢いな、ということです。というのも、紀元前の人間は地球は平面だと言ったり、１６世紀になってコペルニクスが地動説を唱えるまで地球を中心に全宇宙が動いていると思っていたり、といったところから数百年で何億光年も先の銀河までの距離を測れるようになるなんてすごいなと思いました。
やっぱり宇宙にはロマンがありますよね🧐
これからどんどん科学が進歩して、天才たちが宇宙の謎をどんどん解き明かしてくれることに期待ですね。

最後まで読んでいただき、ありがとうございました！！