開発に携わったXRISM衛星が宇宙に
私自身が物理や宇宙に興味を持ったのは、中学生の頃です。当時、宇宙は無限に広がっているかもしれないという噂を聞いて、自分が生きている世界に不思議さを感じ、そんな世界の中でなぜ自分は存在しているのだろうかといった疑問を持ち始めました。そうした疑問を考え始めていくと物理につながっていき、この世界を知るために物理や宇宙について学びたいと考えるようになりました。
宇宙と物理をつなげて考えていくと、どんどん面白いものが出てきます。例えばブラックホールは、光を曲げるぐらいに重い天体です。光はまっすぐ進むものとして学校で習いますが、重力が重すぎると光は抜け出せなくなるのです。このような謎を知ろうと思えば、必ず物理学の知識が必要です。他にも、宇宙の物質の9割は謎の物質でできていると言われており、宇宙を観測すると、よくわからない現象がたくさんあって、調べていくのがとても面白くなっていきます。
私たちのような生命体が誕生した起源も、そのヒントは宇宙にあります。星が死んで爆発すると、まき散らされた物質を材料としてまた新しい星が生まれます。そのサイクルを繰り返すうちに物質がどんどん進化し、私たちの体を構成するような物質が宇宙に広がっていくと考えられているのです。
このように、宇宙にはたくさんの不思議があっていろんな研究分野がありますが、明治大学の私の研究室では、X線望遠鏡の開発や星の死骸の観測を主に行っています。X線望遠鏡とは、宇宙から放射されるX線を観測するための望遠鏡です。X線はエネルギーが高く、可視光では見えない情報が見えてきます。ブラックホール周辺や、銀河・銀河団、超新星残骸などいろんなものを見ることができます。しかし、可視光と違い、X線は地球の大気に吸収されてしまうので、高い高度まで装置を運ばないと観測できません。ですから、宇宙開発と宇宙理解の分野の両方を研究していく必要があります。宇宙に関する開発とサイエンスを幅広く学べるのが私たちの研究の面白さです。
私がNASAで研究開発に携わっていたXRISM（クリズム）衛星は、2023年夏にJAXAが打ち上げに成功し、今まさに宇宙でいろんな天体を観測しています。アメリカで作った望遠鏡を日本に運んできて、筑波宇宙センターで衛星本体に設置して打ち上げました。設置の際にはミクロン単位での精密な計算に基づいた作業が必要で、企業とも連携して打ち上げを成功させました。すでに、XRISM衛星から得られた観測データによって、生命体や地球環境と星の活動に関わる重要な発見や成果が得られており、世界最先端の宇宙物理のプロジェクトとなっています。私は天体観測チームのサブリーダーを務めており、国際的な取り組みを進めていく中で、学生たちも一緒に学びつつ、海外にも羽ばたくきっかけを提供できればと思っています。
物理学の知識は、世界の謎を解き明かす基礎
最後に、宇宙物理という学問の入口として、身近な太陽の話をしましょう。太陽はどうやって輝いているのか。この謎が解明されたのもわずか100年ほど前です。太陽の年齢は46億年と知られていますが、もし化学反応だけで燃えている天体だとしたら、寿命はわずか6000年ほどになってしまう計算になります。さまざまな測定結果から、太陽ははるか昔から存在していることがわかっており、もっと長いエネルギー源は何かと考えた時に、核融合だという答えが導き出されました。軽い原子核同士が結合してより重い原子核になる時、わずかな質量差がエネルギーに変わる現象です。
太陽がなぜ輝いているのかをしっかりと理解するには大学レベルの物理学の知識が必須で、少なくとも相対性理論、量子力学、熱統計力学の基礎が必要です。宇宙など私たちが生きる世界の謎を解き明かすための基礎を学べるのが大学の物理学科で、基礎を身に付けた先はいろんな分野へと道がつながっているというわけです。
「宇宙や物理を学んで、実社会で何の役に立つのか」と言う人もいます。でも、それは単純に宇宙や物理の知識を使わない仕事をしているだけ、使いこなせていないだけだと個人的には思います。好きなものを突き詰めていくと、未来にはいろんな関わり方があるし、自分にしかできないことが見つかったりします。だから、自分が本当に面白いと思えるものを学んでいってください。そして、宇宙や物理にも興味を持ってもらえたらうれしいと思っています。
【関連記事】
「X線天文学」で見抜く、元素の起源と宇宙の進化 | IT・科学 - Meiji.net（メイジネット）明治大学
＜明治大学リバティアカデミーについて＞
明治大学は、大学の学びや研究を社会に広く届けることを大切にしています。
その取り組みの一つが「明治大学リバティアカデミー」です。
リバティアカデミーでは、本講座のように、高校生でも参加しやすいテーマの講座が多数開講されており、大学での学びを身近に体験することができます。
※記事の内容は、執筆者個人の考え、意見に基づくものであり、明治大学の公式見解を示すものではありません。
