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地球外文明と恒星間航行の可能性 ~単純な数式と相対性理論~

地球外文明と恒星間航行の可能性 ~単純な数式と相対性理論~ 科学
地球外文明と恒星間航行の可能性 ~単純な数式と相対性理論~

 

かつて、科学者という立場の人間が地球外文明の存在の可能性について公言することは、その立場上、躊躇することが多かったようですが、最近ではその傾向に変化が生じてきているようです。

実は、宇宙には2兆という膨大な数の銀河が存在しているとされ、知的文明を築いているの地球人だけだと発言することの方が独善的だと考えられることもあるようです。

最近、米国で行われたアンケートでは地球外知的生命体の存在を信じている人の割合が54パーセントと過半数を超える結果が出ています。

現在、多くの科学者が、地球外生命存在するという見解を支持していますがの存在を示す具体的な証拠は、今のところ一切見つかっていないことも事実です

では、地球外文明はどのくらい存在するのでしょうか?そして最も近くにある地球外文明と地球との距離を推定することは可能なのでしょうか?今回は、こうした疑問について解説します。

 

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「ドレイクの方程式」

1961年、アメリカの天文学者であるフランク・ドレイク氏が「我々の銀河系に存在し人類とコンタクトする可能性のある地球外文明の数Nを算出する」として「ドレイクの方程式」を考案しました。

この式は、ひとつの恒星系が持つ、生命の存在が可能となる状態の惑星の平均数、そこに生命が実際に発生する割合発生した生命が知的なレベルまで進化する割合など、複数のパラメーターで構成されています。

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恒星が、生命の存在可能な惑星を有する確率

しかし「ドレイクの方程式」を使わなくても、地球外文明の数地球との距離を推論することは可能だと言います最近の研究では、6分の1の確率で恒星が生命の存在可能な惑星を有していることが分かりました。

では、地球と同程度の規模の惑星00万個あったとして、そこに生命が存在し、さらに高度な技術文明を構築している確率はどのくらいなのでしょうか?

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生命の存在可能な惑星に生命が誕生する確率

地球では、アミノ酸などの有機物が存在する大量の海水生じた化学反応によって、生命が誕生したと言われています。

うしたことから、生命の存在可能な惑星の半分で生命が誕生するというのはかなり妥当な仮説であると言えます。

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知的生命体が存在する確率

生命の存在可能な惑星の半分で生命が誕生するとしてその生命体が高度な知性を有する確率はどのくらいあるのでしょうか?

「ドレイクの方程式」では、生命が誕生した惑星の%で知的文明が獲得され知的文明を有する惑星の%が通信可能となり、通信可能な文明は1万年間存続すると仮定されているので、恒星系1億個の内の1個の惑星高度な技術文明を構築できる生命が存在することになります。

これは宝くじの当選確率と同程度と考えて良いかもしれません。

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地球外文明との最短距離

次に、地球外文明との最短距離について考えましょう。私たちが暮らす銀河における恒星の平均距離は約4.2光年なので、およそ1辺4.2光年の立方体の中に平均1の恒星があると考えることにします。

では、1億個の恒星が存在する空間について計算すると、1辺2000光年という立方体が想定され、そこに高度な技術文明を持った惑星が1つ存在するということになります

の計算は大雑把なものではありますが、地球の2000光年先に地球外文明を持つ惑星が1存在すると推定されるのです

もちろん、2000光年よりも遠い、あるいは近い所に地球外文明が存在するという可能性が無いということではありませんが、推定された距離は地球の近くに地球外文明存在しない示唆しています

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恒星間航行の可能性

知的地球外生命体が存在する可能性高く、私たちが暮らす銀河には1万の文明があ、他の銀河も同様であると考えられますが、推定される地球外文明を有する惑星との最短距離を考慮すると地球その惑星との間を恒星間航行すること不可能だと言えます

では本当に恒星間航行不可能なのでしょうか?アルバート・アインシュタインが発表した相対性理論恒星間航行の可能性を示唆していますが、現在の地球上の科学技術では実現は難しいと考えられています。

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加速によって体にかかる重力

人間という生き物は、極端な加速よって体にかかる重力に耐えられない構造となっています

実際、加速によって1G程度の重力が人体に長時間かかると、いろいろ悪影響を及ぼし、10Gの重力なると即座に失神し、死亡する危険性があります

恒星間航行をするには、まず移動速度まで加速しなくてはなりませんが私たちが長時間耐えられる重力の限界が1.5Gだとすれば、目的地に着くまで私たちの身体が無事でいられる可能性が低くなります。

そのため、サイボーグやロボットなど、人体よりも頑丈なものを送らなくてはなりません

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相対性理論による実現の可能性

では、相対性理論が示唆する恒星間航行可能性はどうなのでしょうか?光速に近い速度で移動できれば、宇宙船内の時間は遅くなり、目的とする恒星にはかなり早く到達することが可能となります。

私たち人間の体が1.5Gまでの重力に耐えらるという前提で目的地までの行程の半分で加速と減速を一定の割合で行った場合、642光年離れたベテルギウスまでであれば9年、6523光年離れた「かに星雲」までであれば12年で到着することが可能となるそうです。

つまり、目的地が遠いほど大きな恩恵を受けることとなり、約470億光年あると言われている宇宙の隅々でさえも28年程度で到達できるそうです。

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実現するための2つの課題

相対性理論による恒星間航行が実現すれば、夢のような話ではありますが、その実現には2の課題があります1つ目の課題は、相対性理論の効果は宇宙船の中にいる旅行者だけが得られるということです

地球で経過する時間は、相対性世界の速度で移動している宇宙船より、相当早く経過しているため、宇宙船に乗った旅行者が地球に帰還すると数千年が経過しているといった、いわゆる「ウラシマ効果」が発生することになります

したがって、遠く離れた恒星に向けて調査隊を派遣したとしても、地球に残った人たちがその調査結果を知ることは絶対にあり得ないということです

つまりレジャーとしての宇宙旅行に、時間旅行までオプションとして経験したいという人にはお勧めしますが、学術的な調査研究目的である場合は難しいのかもしれません。

つ目の課題は、相対性の効果を得られる速度レベルまで加速するには、文字通り天文学的なエネルギーが必要になるという、より直接的かつ実践的な問題です

仮に目的地を「かに星雲」とした場合、宇宙船1キログラム当たり7×10の20ジュールの運動エネルギーが必要になります

確かに数字だけ見ると膨大なエネルギー量ではありますが、手にすることは可能だそうです

最も簡単なものとして、太陽の出力は3 × 10の26ワットありますから、宇宙船が相対性の効果を得られる速度レベルまで加速させるには、理論上では太陽エネルギー数秒分で充分ということになります

なお、あくまでも理論上ということですから、こうしたエネルギーの質量を増大させずに宇宙船の加速力に転換できると仮定しています

もし宇宙船に化学燃料などを搭載した上で相対性の効果を得られる速度レベルまで加速させなくてはならないのだとすれば、燃料を搭載したことによって重くなった自重をカバーして加速するための燃料に加え目的とする高度に達するための燃料必要になるのです

 

いかがでしたか?
高度な技術文明を持った惑星が存在する確率も、その惑星に向って航行するために光速に近い速度まで加速する可能性も、理論上は実現可能であっても様々な課題があることが分かりました。しかし、こうした問題も、違った側面から見れば楽しみさえ感じられる技術的課題だと言えるのではないでしょうか?
参考 :  disclose.tv, など
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