第3章　宇宙はだれの想像よりも大きかった

第19夜：ピンク色の光の下のレタス

十九日目、ヌールは午前中を庭師として過ごしました。ステーションの一角には、台所の戸棚ほどの大きさの小さな栽培室があり、そこでは色のついた明かりの下で植物が育てられています。明かりは赤と青をまぜたもので、そのせいで栽培室はピンク色に光っています。赤と青は、葉が育つためにいちばんよく使う色なので、ほかの色に電力をむだづかいする必要はないのです。中では、若いレタスが一列に並び、粘土のような育成材と肥料を詰めた小さな布のまくらから、芽をのばしていました。

ヌールの仕事は、一株ずつ様子を確かめ、写真を撮り、葉の大きさを測り、細い管を通して水を慎重に決まった量だけ与えることでした。無重量状態では、水は地球の土の中のように下へしみこんではいきません。玉になって上にのったままになったり、まくらの側面をつたっていったりするので、ゆっくり与えなければならないのです。根にも、おかしな問題があります。地球では、根は重力の引く力を感じとるので、下へのびていきます。ここには、根が感じとれる「下」がないので、植物はおもに光の向きをたよりにします。葉は明かりのほうへのび、根はたいてい反対側の、湿った育成材の中へのびていきます。

ヌールはこの仕事が好きでした。ベランダで小さな庭の手入れをするような、ふだんの暮らしに近い感じがしたからです。地上の科学者たちは、彼女の写真や測定結果を調べて、いつか長い旅に出る乗組員の食べものを植物でまかなえるようにする方法を学びます。数週間後には、乗組員はその葉のいくらかを食べてよいことになっていました。アデは、塩は自分が持っていくと、もう宣言していました。

午後、トマスはヌールに別の仕事を手伝ってほしいと頼みました。使い終わった装置やごみを、貨物船に積みこむ仕事です。その貨物船はのちにステーションを離れ、上空の大気の中で燃えつきて、何の害も残さずに消えます。どの職場にもある、だれも写真に撮らないような種類の仕事でした。袋の一つひとつにラベルを貼り、専用の装置で重さを量り、所定の場所にベルトで固定しなければなりません。貨物船のエンジンが噴射したときに、何もずれないようにするためです。終わるころには、貨物船の小さな船室は、きちんと荷づくりされた引っ越しトラックのようになっていました。そして、重さのない重たい袋を押しつづけたせいで、ヌールの腕は疲れていました。

その夜、最後の点検リストを終えたあと、ヌールは窓のところへ行きました。ステーションは、町の明かりがまったくない海の上で、闇の中に入りました。目が慣れてくると、空を横切って、淡い光の帯がのびているのが見えました。むらがあってやわらかく、霧の流れのようでした。天の川です。地球では、町から遠く離れた場所で数回見たことがあるだけでしたが、ここではくっきりと、広々と見えました。彼女は、ほんの百年ほど前には、この帯とそのまわりの星々が宇宙のすべてだと信じていた天文学者がたくさんいたことを思い出しました。

その夜サミにメッセージを書いたとき、ヌールは自分のほうから質問をして書きはじめました。「1900年に、宇宙がどれくらいの大きさだったか知ってる？　本当の宇宙じゃなくて、人々が信じていた宇宙のことだよ」

銀河一つきりの宇宙

天の川の淡い帯は、私たち自身の銀河を、内側から見たものです。銀河とは、星とガスとちりが重力によってまとまった、巨大な家族のようなものです。私たちの銀河は、おおまかに言えば、真ん中がふくらんだ平たい円盤のような形をしています。太陽はその円盤の中の星の一つで、中心からずっと外側の、はしまでのおよそ半分くらいのところにあります。円盤に沿った方向を見ると、遠くのたくさんの星がぎっしりと集まって、ぼんやりとした帯に見えます。円盤から外れた方向を見ると、星は少なくなり、暗いところが多くなります。

かんたんなたとえが役に立つかもしれません。広くて平らな森の真ん中に立っているところを想像してみてください。地面に沿ってまっすぐ前を見ると、どの方向でも木々が重なりあって、幹の壁のように見えます。まっすぐ上を見ると、枝が少し見えるだけで、あとはひらけた空です。私たちは、その森の中にいる人のように、銀河の円盤の中に住んでいます。円盤に沿って見ると、ぎっしり詰まった星の壁、つまり淡い帯が見えます。円盤の外へ向かって見上げると、ひらけた宇宙が見えるのです。

今では、天の川銀河は差しわたしおよそ10万光年あり、何千億個もの星をふくんでいることがわかっています。それだけでも、思い描くのがほとんど不可能な大きさです。いちばん速い使者である光でさえ、端から端まで横切るだけでおよそ10万年かかります。ところが二十世紀のはじめには、これがすべてだと考える天文学者がたくさんいました。彼らの描く宇宙は、果てしない暗い海に浮かぶ一つの大きな星の島で、その向こうには何もなかったのです。

その描き方には、一つ謎がありました。天文学者たちは望遠鏡を使って、空のあちこちに、かすかでぼんやりとした光のしみをたくさん見つけていました。彼らはそれを、雲や霧を意味する古いことばにちなんで、星雲と呼びました。星雲の中には、明らかに、星々のあいだで光っているガスの雲だとわかるものもありました。けれども、ほかのものはちがっていました。その多くは、排水口に吸いこまれていく水のうずのような、美しいらせんの形をしていました。そして、当時のどんな望遠鏡でも一つひとつの星に分けることのできない、やわらかな光でできているように見えたのです。それらは渦巻き星雲と呼ばれました。

それはいったい何だったのでしょうか。私たちの銀河の中にある小さな雲で、もしかすると新しい星の集まりが生まれようとしているのかもしれない、と考える天文学者もいました。いっぽう、それぞれがまるごと一つの銀河で、あまりにも遠くにあるために、何十億もの星がぼやけて霧のように見えているのかもしれない、と考える人もいました。ちょうど、私たちにとって天の川がそう見えるようにです。ほかにも銀河が、ほかの「島宇宙」がありうるという考えは、新しいものではありませんでした。思想家たちは、百年以上も前にそれを唱えていました。けれども、どちらとも証明できる人はいませんでした。渦巻き星雲がどれだけ遠くにあるのかを、だれも測ることができなかったからです。

これは、天文学のいちばん根本的なむずかしさです。空に光が見えても、それが近くにある暗い光なのか、遠くにある明るい光なのかは、かんたんには見分けられません。部屋の向こう側のろうそくと、遠くの海岸の灯台が、同じくらいの明るさに見えることもあるのです。宇宙の大きさを測るために、天文学者たちには、ある光が本当はどれくらい明るいのかを知る方法が必要でした。標準光源と呼ばれることもあるものが必要だったのです。本当の明るさがわかっている種類の光で、見かけの明るさから、その距離を割り出すことができるものです。

星を測った女性

鍵をもたらしたのは、ヘンリエッタ・リービットという女性でした。彼女は1900年代のはじめ、ある天文台で、写真乾板を調べるために雇われた女性たちのチームの一員として働いていました。写真乾板とは、光に反応する層をぬったガラスの板で、望遠鏡の先にとりつけて星を記録するものです。望遠鏡は、来る夜も来る夜も写真を撮りました。女性たちは、来る日も来る日も、拡大鏡でそれを調べ、星の明るさを測り、別の夜に撮った乾板どうしをくらべ、すべてを丁寧なメモに書きとめていきました。

それは時間のかかる、根気のいる仕事で、給料もよくありませんでした。女性たちは、よく「計算手」と呼ばれていました。機械が計算をするようになる前の時代に、計算をすることが仕事だったからです。その多くはとても腕のよい天文学者でしたが、当時はめったにそう呼ばれることはありませんでした。リービットの仕事は、時間とともに明るさが変わる星を見つけることでした。彼女は、地球の南半分から見える、雲のような二つの小さな銀河を写した乾板を調べ、その中に、そうした明るさの変わる星を千個以上も見つけました。

その中に、ゆっくりした心臓の鼓動のように、一定のリズムで明るくなったり暗くなったりする、特別な種類の星がありました。そのリズムの周期は、一日ほどから数週間ほどです。こうした星は、ケフェイド変光星と呼ばれます。リービットは、それらについて驚くべきことに気づきました。明るいケフェイド変光星ほど、リズムがひとめぐりするのに時間がかかっていたのです。暗いものほど、速く脈打っていました。そして、そうした小さな銀河の一つの中にある星はみな、私たちからほぼ同じ距離にあるので、明るさのちがいは本物のはずでした。いくつかの星が近くにあるせいで、そう見えているだけではないのです。

彼女は、この結果を1912年に発表しました。それは、ケフェイド変光星のリズムから、その本当の明るさがわかるということを意味していました。星が脈打つのにかかる時間を測れば、それが本当はどれくらい明るいのかがわかります。それを見かけの明るさとくらべれば、どれだけ遠くにあるのかを割り出すことができます。ケフェイド変光星は、天文学者たちが求めていた標準光源そのものだったのです。近くのいくつかのケフェイド変光星の距離がほかの方法で測られると、リービットの法則は、空を測る巻き尺のように使えるようになりました。

ヘンリエッタ・リービットは、自分の発見がどれほど大切なものになったのかを見とどけることはできませんでした。長年の静かな仕事のあと、1921年に亡くなりました。それは、彼女の法則が天文学の最大の問いの一つに答えるために使われる、数年前のことでした。彼女の物語は、大きな成果が、名前がかならずしも覚えられていない人々の、注意深く地味な仕事から生まれることが多いのだということを、思い出させてくれます。

答えの出ない論争

1920年になるころには、渦巻き星雲の問題はとても重要なものになっていたので、二人の指導的な天文学者が、ある学会でそれぞれ反対の意見を発表しました。このできごとは、「大論争」としてよく語りつがれています。一人の天文学者は、私たちの銀河はとても大きく、人々が考えていたよりもはるかに大きいこと、そして渦巻き星雲はその中か近くにある小さな天体だと主張しました。もう一人は、私たちの銀河はもっと小さく、渦巻き星雲はそれ自体が遠くにある銀河なのだと主張しました。

この論争のおもしろいところは、どちらの側も、一部は正しく、一部はまちがっていたことです。一人めの天文学者は、ケフェイド変光星やほかの手がかりを使って、私たちの銀河がとても大きく、太陽はその中心にはないことを、正しく示していました。それは大切な一歩でした。二人めの天文学者は、渦巻き星雲が別の銀河であるという点では正しかったのですが、私たちの銀河を実際よりも小さく考えていました。どちらにも、問題に決着をつけられるだけの証拠はありませんでした。

この論争は、最後に勝者が発表されるような試合ではありませんでした。それぞれの天文学者が自分の証拠を示し、そのあと二人とも、自分の理由を説明するもっと長い論文を書きました。ほかの天文学者たちはそれを読み、手紙や会合で議論し、そしてまた自分の望遠鏡のところへ戻っていきました。最終的に、問題に決着をつけたのは、どちらがより説得力のある話し方をしたかではありませんでした。数年後、一つの測定によって決着がついたのです。科学ではそうあるべきなのです。いつもそれほど早く決着がつくとはかぎりませんが。

こうしたことは、科学ではよく起こります。注意深い二人の人が、不完全な証拠を見て、ちがう結論を出すのです。どちらも愚かなわけではありません。二人とも、手もとにあるものを使って最善をつくしているのです。議論そのものも役に立ちます。どんな証拠が必要なのかがはっきりするからです。このときは、何があれば決着がつくのか、だれもが同じ考えでした。少なくとも一つの渦巻き星雲までの距離を、信頼できる方法で測ることです。もしだれかがその中にケフェイド変光星を一つでも見つけられれば、リービットの法則が答えを出してくれるはずでした。

むずかしさは、実際的なところにありました。遠くの渦巻き星雲の中にあるケフェイド変光星はとてつもなく暗く、当時のたいていの望遠鏡では、一つの星として見分けるにはあまりにもかすかでした。それを見るためには、天文学者は、世界でもっとも大きな望遠鏡の一つと、たいへんな忍耐と、何夜もの寒い夜の仕事を必要としたのです。

アンドロメダの中の一つの星

その天文学者が、エドウィン・ハッブルでした。1923年から1924年にかけて、町の明かりから遠く離れた山の上にある、当時もっとも大きな望遠鏡の一つで、ハッブルは来る夜も来る夜も仕事を続けました。そして、渦巻き星雲の中でいちばん大きく明るいもの、アンドロメダ座にある星雲を撮影しました。写真乾板をくらべていくうちに、彼は、一定のリズムで明るくなったり暗くなったりする星を見つけました。それはケフェイド変光星でした。まもなく、ほかにもいくつか見つかりました。

この話には、小さなこぼれ話が残っています。ハッブルがはじめてガラス乾板の一枚にその星を見つけたとき、彼はそれを、一度ぱっと明るくなって、そのあと暗くなっていく種類の新星かもしれないと書きこみました。そのあと、同じ空の一角を写した古い乾板とくらべて、その光が決まったリズムでくり返し明るくなったり暗くなったりしていることがわかると、最初の書きこみを線で消し、それが変光星、つまり明るさの変わる星であると短く書きそえました。その乾板は、訂正された書きこみがついたまま、今も保管されています。偉大な発見でさえ、一人の人が自分の最初の推測を正すところから始まるのだということを、すてきな形で思い出させてくれます。

リービットの法則を使って、ハッブルはそれらの星がどれだけ遠くにあるのかを割り出しました。その答えは、当時もっとも大きく見積もられていた値とくらべても、私たちの銀河の大きさをはるかに超えるものでした。アンドロメダ星雲は、天の川銀河の中にある小さな雲ではなかったのです。それは私たちの銀河のはるか外にある別の銀河で、それ自身のとてつもない数の星でできていました。彼の結果は、1925年のはじめごろに発表されました。

ハッブルが最初に見積もった距離は、今日の値の半分にもなりませんでした。測るための巻き尺に誤差があり、それがのちに直されたからです。今日では、アンドロメダ銀河はおよそ250万光年のかなたにあることがわかっています。けれども、彼の最初の数字でも十分でした。短いあいだに、宇宙は一つの銀河から、あらゆる方向の空間に散らばる数えきれない銀河へと広がったのです。天の川銀河は、もう宇宙そのものではなくなりました。たくさんある島の中の、一つの島になったのです。

この変化がどれほど大きなものだったかは、いくら強調してもしすぎることはありません。一つの世代が働いているあいだに、知られている宇宙はとても大きくなり、昔の描き方はちっぽけなものに思えるほどになりました。そして、これはほんのはじまりにすぎませんでした。ハッブルやほかの人々はまもなく、こうした銀河からの光をもっとくわしく調べはじめ、さらに不思議なことを見つけました。それが、この本の次の夜の物語です。

眠る前に

ヌールは、ステーションがふたたび昼の側に入るまで窓のそばにいました。それからサミにメッセージを書きました。「1900年には、私たちの銀河が宇宙のすべてだと考えていた天文学者がたくさんいたの。それから、ガラス板に写った星を測っていた女の人が距離を測る方法を見つけて、大きな望遠鏡を使っていた男の人が、それでアンドロメダ星雲が別の銀河だと示した。いきなり、銀河が数えきれないほどになったんだよ。今日の宿題。もし暗い夜に出会えたら、空を横切る淡い帯を探してみて。それが、内側から見た私たちの銀河だよ」

サミは翌朝、仕事を終えて眠る前に返事をくれました。何年も前に、いなかを通る配達の道すじで、明かりのない道ばたに車を止めたとき、一度天の川を見たことがある、と書いてありました。そのときは、うすい雲だと思ったそうです。「あれが何千億もの星だったって、今はわかったよ」と彼は書いていました。「もう一度見てみるね」

ヌールは朝食のときに、そのメッセージを読みました。隣には、袋入りのドライフルーツを食べているアデが浮かんでいました。彼女はメッセージをアデに見せました。アデは、暗い道ばたでトラックの運転手が何千億もの星を見上げて、それを雲だと思うというのは、いい話だねと言いました。「これまで生きてきた人のほとんどが、同じように思っていたんだよ。きみの弟さんは、たくさんの仲間といっしょだね」

町や都会に住んでいると、天の川を目にすることはめったにないかもしれません。街灯や明かりのついた窓が、空を明るくしてしまうからです。それは悲しむようなことではありません。もしいつか、晴れた夜に明かりから遠く離れた場所へ出かけることがあったら、しばらく空を見上げてみる理由になる、というだけのことです。淡い帯はそこにあるでしょう。人類の歴史のすべての夜にそこにあったように、少し時間のある人が気づいてくれるのを待っているのです。

よくある誤解

天の川は宇宙と同じものだ、あるいは二つのことばはほとんど同じ意味だ、と思っている人はたくさんいます。これは、すでに見てきたように、ほんの一世紀前には多くの天文学者が信じていたことでした。けれども今では、天の川銀河は、一つひとつ数えるにはあまりにも多い、ばく大な数の銀河のうちの一つにすぎないことがわかっています。天の川銀河は私たちのふるさとの銀河で、私たちがその中に住んでいる銀河です。宇宙とは、すべてのことです。すべての銀河、そのあいだのすべての空間、そして存在するほかのすべてのものです。

ほかの銀河は大きな望遠鏡でしか見えない、と思っている人もいます。たしかに、そのほとんどは目で見るにはあまりにも暗すぎます。けれども、いくつかは、道具を何も使わずに見ることができます。アンドロメダ銀河は、明かりから遠く離れた、晴れた暗い夜には、小さなかすかなしみ、やわらかな光の小さなだ円のように見えます。本に載っているらせんの写真のようには見えません。目に見えるのは、その明るい中心部だけだからです。それでも、もし見つけることができれば、およそ250万年前に別の銀河を出発した光を、自分の目で見ていることになるのです。地球の南半分からは、ヘンリエッタ・リービットが調べた二つの小さな銀河も、暗い空に浮かぶ二つの淡い雲のように見ることができます。

三つめの誤解は、星雲ということばにかかわるものです。今日、天文学者はこのことばを、宇宙にあるガスやちりの雲を指すのに使います。新しい星が生まれている、光り輝く場所などです。昔は、同じことばが、望遠鏡で見えるかすかでぼんやりしたしみなら何にでも使われていました。のちに銀河だとわかった渦巻き星雲もふくめてです。古い本がアンドロメダ星雲と呼び、新しい本がアンドロメダ銀河と呼ぶのはそのためです。それらは同じ天体です。変わったのは、私たちの理解だけなのです。名前はそのままで知識が深まっていく、こうした変化は、科学の物語の一部です。そして次の夜には、銀河の色を注意深く見ることで、宇宙の描き方がふたたびどのように変わったのかを見ていきます。