🌌地学㉙：膨張する宇宙
🌠 単元の概要
「宇宙は静的なもの」ではなく、膨張している――
この衝撃的な事実は20世紀初頭に発見され、現代宇宙論（ビッグバン宇宙論）の基礎となりました。
今回は、観測的証拠と理論の展開、宇宙の始まりと未来まで学びます。
🔭1. 銀河の赤方偏移とハッブルの法則
🌈赤方偏移とは？
- 銀河からの光のスペクトル線が赤い方（長波長）にずれている現象
- ドップラー効果に類似 → 銀河が地球から遠ざかっていることを示す
🧮ハッブルの法則（1929年）
> 遠くの銀河ほど、その後退速度は大きい
> v = H0 × d
> （v：後退速度、H0：ハッブル定数、d：距離）
- 宇宙全体が一様に膨張していることを示す重要な証拠
💥2. ビッグバン宇宙論
🌌宇宙の始まり
- 約138億年前、高温・高密度な1点から膨張が始まった
- ビッグバンは宇宙空間そのものの膨張を意味し、「爆発」ではない
🧪観測的根拠
1. ハッブルの法則（銀河の後退）
2. 宇宙背景放射（CMB）
* 約38万年後、宇宙が冷えて原子ができた時のマイクロ波
* 宇宙がかつて非常に高温だった証拠
3. 元素存在比
* H, He, Li などの比率が理論と一致 → 初期の核融合による生成を示唆
🕳️3. 宇宙の構造形成
- ビッグバン後、わずかな密度のむら（量子ゆらぎ）が重力で増幅
→ 銀河や銀河団などの構造が形成された
- ダークマター（暗黒物質）の重力的影響が構造形成に不可欠
🔮4. 宇宙の未来とダークエネルギー
💨宇宙の加速膨張
- 1998年、Ia型超新星の観測により膨張速度が加速していることが判明
- この加速膨張を説明するためにダークエネルギーの存在が提唱された
🧩宇宙の構成（現在の標準モデル）
| 成分 | 割合（概算） |
|---|---|
| 普通の物質（原子） | 約5% |
| ダークマター | 約27% |
| ダークエネルギー | 約68% |
🧭5. 宇宙の未来シナリオ（理論的仮説）
| シナリオ名 | 内容 |
|---|---|
| ビッグフリーズ | 加速膨張が続き、やがて全宇宙が冷えきって静止する |
| ビッグリップ | ダークエネルギーが強まり、あらゆる構造が破壊される |
| ビッグクランチ | 膨張が止まり、逆に収縮して宇宙が一点に戻る（収縮宇宙） |
| ※観測的には「ビッグフリーズ」または「ビッグリップ」が有力とされる |
📘関連する発見の年表（抜粋）
| 年 | 発見・理論 |
|---|---|
| 1929 | ハッブル、銀河の後退と法則を発表 |
| 1965 | 宇宙背景放射の発見（ペンジアスとウィルソン） |
| 1998 | 宇宙の加速膨張の発見（Ia型超新星の観測） |
✅受験チェックポイント
📌 赤方偏移とハッブルの法則（公式含む）
📌 ビッグバン理論の観測的根拠（3つ：赤方偏移・背景放射・元素比）
📌 宇宙の構成成分（普通の物質、ダークマター、ダークエネルギー）
📌 宇宙の未来に関する仮説
📌 宇宙背景放射と観測手段