『コスモス』（1980年）は、一般向け科学書の金字塔です。宇宙を理解するための基本的な概念、惑星や星々の姿、そしてそれらに対する人類の理解がどのように変化し、発展してきたかを教えてくれます。
この本で得られるもの。宇宙の壮大さを理解するための、小さな一歩を踏み出そう。
人生のドラマに圧倒されそうになることは、誰にでもあります。空港に妹を迎えに行くのを忘れた？また試験に落ちた？そんな時、自分の人生がすべてを飲み込み、地球の全エネルギーを吸い取ってしまったかのように感じるかもしれません。
でも、もちろん、世界には何十億もの人がいます。そして地球そのものは、膨張し続ける宇宙の中の、ほんの小さな塵の一粒に過ぎません。いったい何を心配する必要があるでしょう？カール・セーガンの才能は、難しいことを身近に感じさせることにありました。そして、宇宙ほど壮大なものはないと言えるでしょう。宇宙について学ぶことは、必ずしも難しい数学ばかりではありません。
それは科学の授業であると同時に、歴史の授業でもあるのです。セーガンの導きに従い、本書の要点をまとめたこの解説では、有史以前から20世紀の偉大な宇宙探査まで、人類の宇宙への関心の旅を辿ります。ここでは、以下のことがわかります。
- もしエイリアンがいたら、私たちのことをどう思うか？
- 地球平面説を信じなかった古代ギリシャ人は誰か？
- アインシュタインの有名な思考実験のひとつ
地球は、本当に小さな存在だ。
人類の歴史は、長い間地球に閉じ込められてきました。私たちにとって、地球は文字通り世界そのものです。しかし、宇宙全体と比較すると、地球は塵の粒の中の、さらに小さな一点に過ぎません。なぜなら、宇宙、すなわちコスモスの大きさは、ほとんど理解を超えているからです。
実際、あまりに大きいため、光の速度に基づく特別な単位を作らなければなりませんでした。光は宇宙で最も速いものです。光はたった1秒で30万キロメートル進みます。わかりやすく言うと、これは地球を7周する距離に相当します。これに基づき、科学者がコスモスを語る時、「光年」という単位を使います。これは、光が1年かかって進む距離です。数字にすると、約10兆キロメートルです！
それだけでも驚くべきことですが、コスモスには約1000億、つまり10の11乗個もの銀河が含まれています。そして、それぞれの銀河の中には、おおよそ10の11乗個の星と、10の11乗個の惑星があります。計算してみると、私たちの惑星は、コスモスに存在する10の22乗個もの惑星の中の一つだとわかります。ぞっとするほど取るに足らない存在です。地球の基本的な物理的性質は、昔から人類に知られていました。約2000年前には、すでに科学者たちがその本質を探求していたのです。
彼らは、地球の大地が無限でもなければ平坦でもないことを計算していました。紀元前3世紀、エジプトの有名なアレクサンドリア図書館長だったエラトステネスは、地球が球体であることを突き止めました。ある日、パピルスの巻物を読んでいたエラトステネスは、ナイル川近くのシエネ（現在のアスワン）で、正午に棒が影を作らないことを知りました。これは、シエネの正午には太陽が真上にあることを意味していました。そこでエラトステネスは実験を行いました。アレクサンドリアの地面に棒を立て、正午に影が「ある」ことを観察したのです。
これから、彼は地球が平坦ではありえないと結論づけました。曲がっているはずだと。もし大地が平坦なら、両方の棒に同時に影ができないか、太陽に対して同じ角度になるため、同じ長さの影ができるはずだからです。彼は影の長さの違いを利用して、地球の円周を正しく計算することにさえ成功しました。しかし、その計算に必要な最後の測定値を得るために、彼はアレクサンドリアとシエネの間の距離（約1000キロメートルの道のり）を歩いて測る人を雇わなければならなかったのです！この発見は決定的に重要でした。
この知識に基づき、野心的な探検家たちは小さな船で航海に出ました。彼らがどこまで到達したかは、永遠にわからないかもしれません。しかし、探検の精神は、今日に至るまで科学によって駆り立てられ続けています。人工衛星は、宇宙を航行する船に他ならないのではないでしょうか？
星や惑星は常に私たちを惹きつけ、地球と宇宙におけるその位置について教えてくれる。
有史以前から、人類は天空を見上げ、夜空にきらめく小さな点の意味を理解しようとしてきました。しかし、ただ眺めていただけではありません。それらを「使える」ことにも気づいたのです。約4万世代前、私たちの遊牧民の祖先は、星の位置を見ることで、遠く離れた地にいる他部族との年次集会の日付を決めていました。また、季節のリズムを計算し、特定の果実がいつ熟すか、レイヨウやバッファローがいつ移動するかを知るためにも星を利用しました。
これらすべては、天体の規則的で予測可能な動きがあるからこそ可能なのです。実際、惑星の動きを長期間追跡すると、空で輪を描くような動きをしているのがわかります。この観測から、紀元2世紀にアレクサンドリア図書館で働いていたプトレマイオスは、ある理論を提唱しました。プトレマイオスにとって、地球は宇宙の中心であり、星や惑星はその周りを回っている、というものです。これは何世紀にもわたって支持された理論でした。1543年になってようやく、ニコラウス・コペルニクスが、地球と他の惑星は太陽の周りを回っているという革新的な理論を唱えました。
今度は、太陽が宇宙の中心と見なされるようになりました。このモデルは約60年後にさらに洗練されます。ドイツ生まれの天文学者ヨハネス・ケプラーは、デンマークの貴族で観測天文学者だった故ティコ・ブラーエが収集した、驚くほど包括的なデータを入手しました。これらのデータセットに基づき、ケプラーは、惑星の太陽周回軌道が、それまで考えられていたような円形ではなく、実際には楕円形であることを計算しました。これは彼の惑星運動に関する3つの法則の最初のものとなり、今日に至るまで天体物理学で使われ続けています。ケプラーには非常に興味深い理論もありました。
彼は「磁力」と呼ぶ力が、離れた物体に影響を与えると主張しました。これにより、惑星が太陽に最も近づいたときに速度が上がる理由が説明できる、というわけです。どこかで聞いたように感じるかもしれませんが、それはケプラーが本質的に、アイザック・ニュートンの万有引力の法則を約半世紀も先取りしていたからです。「男は火星から、女は金星から来た」という古いことわざがあります。
金星は地獄のように過酷だが、火星は居住可能かもしれない。
この表現は、ローマ神話で金星が愛の女神、火星が戦いの神とされていたことに基づいています。素敵な表現ですが、物理学的には全く別の話です。どう言い繕っても、金星は基本的に、私たちの太陽系における地獄のような場所です。
金星は地球よりも太陽に6000万キロメートル近いため、猛烈に暑くなります。表面温度は摂氏480度に達することもあります。さらに悪いことに、私たちは惑星の大気の組成を解明できます。天体分光学を用いて金星から反射される光を分析すると、大気の実に96パーセントが二酸化炭素であることがわかっています。
そして表面の上空では、雲は濃硫酸でできています。これらが温室効果を生み出し、惑星を高温に保っているのです。金星は、ロマンチックな休暇を過ごすような場所では全くなさそうです。火星は少し事情が異なります。新婚旅行にも良い場所ではないでしょうが、少なくとももう少し地球に似ています。火星は地球に最も近い惑星で、いくつかの点ではかなり似通っています。
極地には氷冠があり、白い雲や砂嵐もあります。一日の長さも24時間です。これらの類似点が、私たちが宇宙人を「火星人」と考える理由を説明しているのかもしれません。火星人の神話は、1894年にアリゾナ州フラッグスタッフにあるローウェル天文台の創設者であるボストン出身のパーシヴァル・ローウェルにまで遡ることができます。ローウェルは、火星の表面に運河らしきものがあると確信しました。そして、それらは知的生命体によって掘られたに違いないと考えました。
彼の確信は後に間違いであると証明されましたが、この神話は大衆文化の中に残り続けました。とはいえ、いつか人類が火星に住めるようになるかもしれないという考えは、決して突飛なものではありません。火星は地球よりも寒く、気温は摂氏0度からマイナス80度の範囲です。しかし、それは人類が生存できる南極とそれほど変わらないのです。
人類が火星に住む上での最大の課題は、水の確保でしょう。火星には開けた水域はなく、大気中にも水は存在しません。さらに、気圧が非常に低いため、水は地球上よりもはるかに速く沸騰して蒸発してしまうため、状況はさらに複雑になります。とはいえ、ローウェルが考えたような運河を作るために、火星の極冠を溶かすことができれば、いつか私たち人類が自らを「火星人」と呼べる日が来るかもしれません。
他の惑星に生命は存在するかもしれないが、宇宙船で地球に来る可能性は低い。
結局のところ、将来「本物の」火星人がいるとすれば、それは私たち人類かもしれません。しかし、これは関連する疑問を投げかけます。他の惑星や銀河に生命はいるのだろうか？確かなことは言えませんが、合理的に考えてほぼ確実なことが一つあります。地球外生命体は、間違いなく私たちとは非常に異なる姿をしているだろう、ということです。
地球上の生命の多様性を考えてみてください。単細胞のバクテリアからクジラ、昆虫、人間に至るまで、進化は豊かな宝庫を生み出してきました。それはランダムな突然変異に満ちた長くゆっくりとしたプロセスであり、決定的に重要なのは、地球上の条件に依存してきたことです。これは、別の惑星の生命体が地球上の生命体と似ていると考える理由がないことを意味します。結局のところ、その惑星は全く異なる条件と異なる進化の歴史を持っているでしょう。しかし、だからといって、この異星の生命がどのような姿をしているか、推測しようとすることができないわけではありません。
木星はどうでしょう？木星は巨大なガス惑星で、大気中には水素とヘリウムが豊富にあります。もしそこに生命体がいるとしたら、巨大なガス風船のような姿で存在し、その直径は数キロメートルに及ぶかもしれません。彼らはおそらく、ガスを噴出することで推進力を得て、あるいは地球上の植物の光合成のようなプロセスで自らの食物を作り出しているかもしれません。そうは言っても、私たちが地球外生命体と交信するとしても、最初の接触は直接会ってという形には、おそらくならないでしょう。おそらく彼らはまず、電波を通じて私たちに連絡を取ってくるでしょう。
なぜなら、電波は遠距離で通信するための、安価で高速、かつシンプルな方法だからです。高度な地球外文明であれば、私たちのように「単純な」文明でさえ、おそらく電波の基本を解明し、宇宙からの信号を受信しようと試みるだろうことを知っているはずです。ですから、おそらく彼らも私たちに電波を送ろうと試みるでしょう。しかし、彼らはどのようなメッセージを送ってくるのでしょう？素数の数列のようなものが効果的かもしれません。理想的なメッセージは、それが意図的なものであり、知的生命体によって送られていることを明確かつ簡潔に示すべきだからです。
そして私たちはどうでしょう？他の惑星の生命と物理的に接触することは可能でしょうか？理論的には可能ですが、政治的な理由から実現は難しいでしょう。1958年に、プロジェクト・オリオンが始動しました。これは、莫大なエネルギーで推進する恒星間宇宙船を作るという構想でした。このエネルギーは、宇宙船の外側での小さな核爆発によって生成される予定でした。
しかし、それは実現しませんでした。1963年、アメリカとソビエト連邦が「宇宙空間における核兵器の爆発実験を禁止する」条約に署名したのです。そうして、オリオン型宇宙船が星々に到達する可能性は失われてしまいました。
現代科学はそれほど「現代的」ではない：古代イオニア人が先駆者だったが、その研究は何世紀も抑圧された。
多くの人にとって、現代科学は啓蒙主義や、16世紀ルネサンスの産物であるコペルニクスやダ・ヴィンチのような人々と何らかの関連があります。しかし実際には、現代科学にはもっと深いルーツがあります。ギリシャのイオニア人がその先駆者でした。イオニアは地中海東部の地域で、現在でいうとギリシャの東の島々やトルコの西海岸にあたります。
古代において、ここは文明の交差点に位置していました。イオニアは交易の中心地であっただけでなく、エジプト人、バビロニア人、その他の強大な文明の影響も受けていました。これらの文明にはそれぞれ神々がいて、その領域を支配していると考えられていました。このため、イオニア人は少し混乱しました。ギリシャの神ゼウスとバビロニアのマルドゥク、どちらを崇拝すべきなのか？彼らが導き出した結論は驚くべきものでした。
彼らは、物理原理と自然法則が世界を統治していると結論づけたのです。イオニア人は実験を始め、科学革命の口火を切りました。おそらく最も有名なのは、デモクリトスが紀元前430年頃に「原子」の概念を発明したことでしょう。これはギリシャ語で「それ以上切れないもの」を意味します。彼は、リンゴを切るとき、ナイフは実際には原子と原子の間の空白を通り抜けていると主張しました。その結果、あらゆる物体は原子と空白から構成されていると考えることができる、と結論づけました。
しかし悲しいことに、実験を重んじるイオニアの手法と学問は、何世紀にもわたって抑圧されました。この原因はギリシャのピタゴラスにあります。ピタゴラスとその弟子たちは、世界は完全で神聖であるため、一定の幾何学的法則に従っていると信じていました。彼らに必要だったのは純粋な思考だけで、それ以外は何もいらなかったのです。この学問的な考え方に実験の入る余地はありませんでした。決定的だったのは、プラトンやアリストテレスを含む古典世界の最も偉大な哲学者たちが、ピタゴラスの思想に深く影響を受けたことです。
紀元前5世紀から4世紀にかけて、彼らは、実験することは畑での肉体労働と変わらないと主張し始めました。したがって、それは奴隷にのみふさわしい仕事だと。逆に、純粋な知的労働は理論的であるべきだとされました。キリスト教が支配的になると、ピタゴラス的な完全で神聖な世界という概念も取り入れました。
その結果、教義を脅かす可能性のある新たな発見につながる科学的研究は抑圧されました。この検閲は長い影を落としました。観察と実験という科学的方法が復活したのは、16世紀になってからのことでした。
光は、私たちの宇宙で特別な位置を占めている。
肉眼や望遠鏡で見えるものだけに基づいても、宇宙が驚異と神秘に満ちた場所であることは明らかです。爆発する星、宇宙塵、彗星、そして惑星の色彩の豊かさは、それだけで信じられないほどです。しかし、さらに驚くべきことは、説明はできるものの見ることができないものも、コスモスにはたくさんあるということです。その典型的な例が、光の速度です。
驚異的なのはその速さだけでなく、その速度が一定であり、いかなるものもそれを超えられないという事実です。アルバート・アインシュタインは、20世紀初頭に、「思考実験」を意味するドイツ語「ゲダンケン・エクスペリメント」を通じて、光のこれらの特性を解明しました。ここで一つ例を挙げましょう。あなたが車に乗って踏切を渡ろうとしているところを想像してください。線路の上を、あなたの車と直角方向に電車が同じ踏切に向かって走っています。踏切に近づくと、電車と全く同時に到達することに気づきます。
そこで衝突を避けるために、ギリギリで減速します。次に、あなたの友人が踏切の反対側にいると想像してください。友人は、あなたが走っている道のさらに先にいて、まっすぐ向かってくるあなたの車を見ています。さて思考実験です。もしも、あなたの車と電車の両方が光の速度に近い速さで移動していたらどうなるでしょうか？友人は、あなたの車から反射した光であなたを見ます。もし光の速度が変わるなら、あなたの車から反射した光は、光の速度＋車の速度で友人に届くでしょう。
一方、こちらに向かっていない電車から反射した光は、光の速度だけで届きます。言い換えれば、友人は電車よりも先にあなたの車が踏切に到達するのを見ることになります。あなたと友人が、どうして同じ出来事を違ったように経験できるのでしょうか？アインシュタインは、次のルールが守られれば、このような直感に反する状況は避けられることに気づきました。第一に、光は常に一定の速度で進み、それは誰が見ても変わらない。第二に、何物も光の速度より速く移動することはできない。
ボイジャー1号と2号は、私たちの文明を乗せて宇宙を旅している。
エラトステネスが地球の曲率を発見して以来、探検家や旅行者は科学に触発され、新たな領域を発見するために旅をしてきました。私たちの太陽系を通り、宇宙空間へと旅立った無人宇宙船の航海ほど、私たちの発見への思いを象徴するものはありません。NASAは1977年の9月と8月に、それぞれボイジャー1号と2号を宇宙に打ち上げました。この2機の宇宙船は巧妙に設計されており、数百万もの部品が冗長的に組み立てられています。
つまり、一つの部品が故障しても、別の部品がその役割を果たせるということです。例えば、それぞれ3種類の異なるコンピューターを搭載しており、各コンピューター自体も複製されています。動力源は長持ちするように設計されています。それはいわば「小型の原子力発電所」を搭載しているようなものです。エネルギーは「プルトニウムのペレット」の崩壊によって生成されます。両方の探査機は、私たちに大量のデータも供給しており、その中には電波を使って地球に送り返される写真も含まれています。
ボイジャーチームのリンダ・モラビトは、1979年にこれらの写真のいくつかを使い、木星の最も内側の衛星イオで活火山を発見することができました。ボイジャー探査機は、私たちに信号を送るだけではありません。人類の最良の側面についての情報も運んでいます。科学者たちはこれを非常に慎重に選びました。彼らは、もし地球外生命体が地球からの信号を傍受したら、間違いなく非常に混乱するだろうと認識していました。彼らはおそらく、ラジオやテレビ放送からの信号を拾うでしょう。彼らが抱く地球のイメージは、自動車や洗剤の広告に、危機や戦争の時に送られる公式メッセージの断片が混ざったものになるでしょう。
彼らは私たちをどう思うでしょうか？それらの信号については、どうすることもできません。すでに送信されてしまっているからです。しかし、ボイジャーチームは、各探査機にカートリッジと針が付いた金メッキ銅製のレコードを取り付けることにしました。アルミ製のレコードジャケットには、レコードのかけ方の説明書まで付いていました。レコードには、NASAが地球上でユニークで興味深いと考えるものの録音が詰め込まれました。それには、私たちの脳の大脳皮質や大脳辺縁系に関する情報や、60の人類言語による挨拶が含まれていました。
世界中の文化からの1時間分の音楽や、自然と現代技術の音も収められていました。かなり幅広い選択です。これを見つけた地球外生命体は、私たちの業績を称賛するかもしれません。あるいは、まったく理解できないかもしれません。少なくとも、私たちは努力したと言えます。
最終的な要約
コスモスは、ほとんど理解を超えた広大な存在ですが、驚くべき素晴らしいもので満ちていることもわかっています。何世紀にもわたり、多くの科学研究のおかげで、私たちは地球が広大なコスモスの中の一点に過ぎないことを学びました。私たちは今、自らの位置を知っています。そして、天体物理学によって、少しずつ探求することができるのです。
