夏の夜空に天の川が見えるのはなぜ？

仕組みの科学

天の川の見え方を決めているのは、私たちの立ち位置である。国立天文台は、円盤状に恒星が集まった銀河の内部にいて、内側から銀河円盤を一周見回すと、空をぐるりとめぐる帯状の星の集まりとして見える、これが天の川なのだと説明している。外から眺めれば渦を巻いた円盤に見えるはずの構造を、内部の一点から眺めるために帯として認識される。同じ天文台の解説によれば、天の川銀河は渦巻腕を持つ円盤状で、この円盤を真横から見ると、薄い凸レンズのような形をしている。ここから密度の差が生じる。太陽の位置から円盤の方向を見るとたくさんの星が見えるが、それと垂直な方向には星があまりない。視線が円盤に沿って走れば奥へ奥へと星が重なるが、円盤を突き抜ける向きでは、薄い層を抜けた先に星の少ない空間が広がるからだ。春の星座は、ちょうどこの垂直方向にあたるとされる。だから春は夏や冬のように華やかな天の川を見ることができない。逆に言えば、夏の夜に濃い帯が横たわるのは、地球の夜側がちょうど星の密集する方向を向いているからにほかならない。天の川の濃淡は、宇宙の構造そのものを写した地図なのである。

歴史と発見

自分が内部にいる構造の全体像を描くのは、簡単な仕事ではない。街の中から街全体の地図を描くようなもので、手前の建物が奥を隠してしまう。そこで天文学は、可視光以外の目を持つことで壁を越えてきた。国立天文台は、野辺山45メートル電波望遠鏡やチリのアルマ望遠鏡といった装置で銀河の姿を調べている。電波であれば、光をさえぎる星間の塵の向こう側の様子まで届く。こうした観測の積み重ねから、現在の銀河系の姿が数値として描かれるようになった。日本天文学会が編む天文学辞典によれば、円盤部は半径15から20キロパーセク、厚さは1のe分のスケール長で0.3キロパーセク、中心のバルジは軸比10対5対3の棒状の三軸不等楕円体で長半径は約2キロパーセクとされる。太陽系は中心から8から8.5キロパーセク離れた円盤部のほぼ中央面の上にあり、厳密には40パーセクほど離れた位置を占める。半径25キロパーセクのハロー内には多数の球状星団が散在し、暗黒物質を除く全質量は太陽の1000億倍程度と見積もられている。子ども向けの解説で語られる直径10万光年ぐらいという表現は、この数字を光の進む距離に置き換えたものである。

もう一歩先

観察する側に立つと、条件がすべてを決めることが分かる。JAXAの解説は、天の川を見るには空気がすんだ山の上や海岸などでないと難しいかもしれないと率直に書いている。都市の空では、街の照明が大気に散乱して背景が明るくなり、淡い帯は埋もれてしまう。同じ夜空でも、見えるか見えないかを分けているのは天体の側ではなく地上の明るさなのだ。月齢も大きく響く。満月前後は空全体が明るくなるため、新月に近い時期を選ぶと差が出る。目の順応にも時間が要る。暗い場所に出てから二十分ほど待つと、それまで見えなかった淡い光が浮かび上がってくることがある。記録の取り方にも工夫の余地がある。同じ場所と同じ時刻で、月齢の異なる日を並べて比べれば、見え方の違いが自分の観察結果として残る。季節をまたいで続けるなら、夏と春の空を同じ手順で観察してみるとよい。国立天文台が説明する円盤の向きの話が、記録の上で再現されるはずである。宇宙の構造を確かめるのに、大きな望遠鏡がいつも要るわけではない。暗い空と根気があれば、肉眼でも十分に迫れる領域が残っている。