＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
Index　　第一話　　第二話　　第三話　　コラム

第一話　原子の旅

　1  原子はめぐる top

　そういう意味では私たちの体は、たえず入れ換わっているのだといえます。
　では、どんなふうに入れ換わっているのでしょうか？
　ここに一つ幕の内弁当があります。幕の内弁当っていろいろ入っていてとても楽しいですね。
　値段は八〇〇円。たいていはイカの天婦羅（てんぷら）がついています。
　八〇〇円のうちの、言ってみれば二〇円分ぐらいがイカの代金でしょう。
　このイカは、どうせ八〇〇円のお弁当のイカですから、近海でとれた上等なものではなく、きっとアフリカ沖でとれたモンゴウイカか何かと思われます。
　それから天婦羅だからコロモがついていますね。
　そのコロモは、たぶんブラジルかどこかでとれた小麦を粉にしたもので、それをあげた油は、たぶん中国から輸人した大豆から絞ったものでしょう。
　用いたフライパンは、オーストラリアで掘った鉄の鉱石をシンガポールで鍋に加工して、日本に輸入したものかもしれませんね。
　それから燃料はイランからのもので、それをギリシヤのタンカーで運んできました。
　船員はフィリピンの人だったかもしれません。
　たった一切れの二〇円ぐらいのイカの天婦羅でさえも、世界中ありとあらゆる場所からいろいろなものが集まってきて、できたものです。
　私が払った弁当代八〇〇円の、そのうちの二〇円も、さらに小さく分けられて、それぞれ、アフリカの漁師の家だとか、その漁師の仕事を手伝った人だとか、ブラジルの小麦をつくったお百姓さんだとか、それをトラックで港まで運んだ運転手さんだとか、そういう人に全部細かく細かく分かれていっているはずです。
　私が払った二〇円か、ある時は細かい流れになり、ある時は一緒になって大きな流れになりながら世界中の経済をグルグル回って、最後には行くべきところにはっきり、この一円が到達しないと、世界の経済は成り立たないわけです。
　私たちの体の中を、そういうふうに、世界中からの物質がやって来て、通り抜けては去っていくのです。
　私たちの体の中には、自然界の大きな循環の風がいつも吹き抜けているのだということがわかると思います。
　「我々は一人の人間である」とか「独立した自我である」とか哲学的なことを言ったりしますけれども、その一方では自然界の大きな物質循環の中にいるということもまた、重要な事実であるということがわかります。
　そういう循環をもう少しくわしくみてみましょう。たとえばブラジルで小麦をつくる時に使った化学肥料は、日本から輸入したものだということになります。
　ところがその日本産化学肥料だって、実は中国の石炭からとった物質と、イランの石油からとった物質とをある方法で化合させて、云々（うんぬん）と論じていくと、本当にわけがわからなくなります。
　これはまさに自然を舞台にした一つの大きなドラマと言えるかもしれません。
　けれども、一方ではそういうふうにして数えあげたものの動きが、すべて地球の表面の物質に限られていることもわかります。
　たかだか、地下で言えば数千メートル、海の場合でも一万メートル、逆に上にたどってみても、一〇キロとか二〇キロとか、その辺に存在する物質があっちへ行ったりこっちへ行ったりしているのです。
　それが、自然界の大きな循環というものの正体です。
　考えてみれば、とても小さいものです。

　2  地球の元素循環 top

地球は実は、宇宙から孤立した小さな循環系なのです。 　それはいつからかというと、地球が生まれた頃、いまから五〇億年ぐらい前、地球が宇宙からものをたくさん集めて固まったときです。 　その時から地球は、実質的には閉ざされた循環系であったと言うことができます。 　外界から地球に入って来るものに流れ星がありますね。夜、ときどき星が流れて見えるあれです。 　流れ星は宇宙から落ちてくる塵（ちり）だと言いますから、確かに宇宙から地球に物が降ってきているわけですね。 　逆に太陽からの風とか紫外線とか熱とかで、地球の上層の大気はいつも少しずつ吹き飛ばされています（図1）。 　その分また下のほうから補給されます。 　下の方の空気が減るわけです。同じ作用のために、たとえば月では、地球とくらべて引力が弱いため、空気はなくなってしまっています。 　ですから、地球に物が入ってきたり出て行ったりしていることは確かです。 　しかしその量は非常にわずかで、地球全体の物質循環にはほとんど何の影響もしていないということが知られています。 　ですから、私たちがここでいま考えた自然界の循環というのは、大きな「自然界」の循環と言うけれども、実は地球表面のきわめてわずかの部分での循環なのです。

　地球創成以来五〇億年の長い間ずうっと、地球の表面だけで閉じてきたものだといえましょう。
　さて、私たちの体は原子からできていると言いました。
　それはどんな原子でしょうか。たとえばタンパク質は、それを壊していくと炭素や窒素や酸素、水素などの原子を多く含んでいます。
　人間の体に多く含まれている水分は酸素と水素です。どんな原子がどのように集まって私たちの体を作っているか考えてみましょう。
　人間の体を壊して、でたらめに原子を一〇〇個取り出してみましょう。
　その中の原子の数を調べると、その四〇％か三〇％かは水素です。水素原子は元素記号を使ってＨと表わします。
　同じように、炭素はＣ、酸素はＯ、窒素はＮです。水素をのぞくと残りは炭素とか窒素とか酸素とか、もうちょっと重たい原子が全部です。
　わかりやすいように、水素が五〇％で重い原子が五〇％としておきましょう。
　ところで、ちょっと話はかわりますが、ここで重い原子と軽い原子の話をしておきましょう。
　水素（Ｈ）、ヘリウム（Ｈe）という二つの原子は軽い原子です。商店街大売り出しでくばるゴム風船や広告のアドバルーンには、水素、ヘリウムなどのガスが入れてあります。
　水素やヘリウムのガスは軽いので、風船やアドバルーンは空に浮き上がるわけです。
　ガスが軽いのは原子が軽いからです。
　水素の原子一個の重さを1とすると、ヘリウムは4、それとくらべて炭素は12、窒素は14、酸素は16、鉄（Ｆe）は50以上、ウラン（Ｕ）やプルトニウム（Ｐu）は200以上です。
　さて、こんどは地球です。地球はどうなっているでしょうか。
　地球では、水素が二％ぐらいでしょうか。
　それから人間の体がもっていないヘリウムというものを、○・○幾らもっています。それで炭素、窒素、酸素、鉄などが九八％とか、そのくらいです。
　水素が五〇％をしめる人間の体、水素がほんの少ししかない地球、それとくらべて宇宙全体の原子の数はどうなっているでしょうか。
　宇宙はまた全く違っているのです。宇宙から原子を一〇〇個とってくると、水素が九〇％で、ヘリウムが一〇％、炭素、窒素、酸素はコンマ以下です。たとえば〇・四％といったくらいでしょうか。
宇宙・地球・人間の三者の間にこれだけの違いがあるのです。
　いまから五〇億年前に、宇宙から地球が生まれました。そして五〇年ほど前に、地球から私が生まれました。その三者の間にこれだけの違いがあるのです。
　これらの組成の違いを見れば、そこにものすごい選別があったことがわかります。
　この選別がどうやって行われてきたのかということをつかむことができれば、ひとまず私たちの物質としての側面を、材料という面からある程度理解できた、と言うことができるのではないでしょうか。
　まず、ここでは宇宙の組成、水素九〇％、ヘリウムー○％、炭素、窒素、酸素などがコンマ以下ということの意味をまず考えてみたいと思います。

　4  星が生まれる top

　宇宙には冷たいガスがあって、そのガスのかたまり（雲）が縮んでいきます。とことん縮んでいくと星になるのです。
　宇宙にあるガスは、本当に縮むかなと、疑うぐらいのところから始めてみましょう。
　どうやって縮むのか、縮む力は何だろうとまず考えてみないといけません。
　たとえばタバコの煙が空中にただよっている場合を考えましょう。
　これはだんだんに拡散していきます。
　拡散はするけれど、タバコの煙がずっと集まってきてタバコになったりはしません。
　気体というものはフワフワしていて、普通は散っていってしまうものです。
　しかし、拡散してしまわないガスもあります。
　たとえば地球の周りの空気です。空気はどこかに行ってしまいません。
　タバコの煙と違って、どこにも行きません。
　いつまでも地球の周りにジッとしています。それはなぜでしょうか。
　もちろんそれは地球の引力が引っ張っているからです。
　同じように宇宙にガスの雲があり、それが散っていってしまわないとすると、それは引力によると考えていいでしょう。
　逆に、引力が働けばいつでもどこまでも雲は縮んでいってしまうのでしょうか。
　これについてもまた地球の空気の場合を考えてみましょう。
　地球の空気は、地球の引力によって引っ張られていますが、しかし全部地上まで落ちてきてはしまいません。
　むしろいつもある高さを保っているわけです。空気は何かの力で下から支えられているのです。
　それは何でしょうか。
　空気を下から支えているのは地球の空気の圧力です。
　私たちの生活圏では空気は大まかに一気圧の圧力を持っていますね。
　それが上の空気を押し上げて、空気の重さを支えているのです。
　圧力と引力のバランスによって空気は現在の形をたもっているのです。
　宇宙のガスの場合でも、引力と圧力とがどういうバランスになるか、どっちが強いかで、このガスの雲が縮んでいくか、あるいは膨らんでいくかが決まると考えてよさそうですね。

そこで、宇宙の中で縮んでいく、すなわち引力が圧力より強い雲があるとして、その雲に着目します。 　雲は縮んで行きます。そして、雲がたとえば半分に縮んだところを考えましょう。 　さっきのバランスはどっちに傾くでしょうか。 　雲の大きさが半分になったということは、雲をつくっているガスのそれぞれの部分の間の距離が半分になったということです。 　二つの物体間に働く引力の強さは距離の二乗に反比例しますから、引力は四倍に増えます。圧力はどうでしょうか。 　圧力は体積に反比例しますから、圧力は八倍になります。　一方、その圧力のかかる面積は長さの二乗に比例しますから四分の一になります。 　結局圧力は8×1/4＝2倍にしか増えません（図3）。 　縮んだことによって縮むための引力は四倍に増えるのに対して、それに抗する圧力は二倍にしかならない。　ということは、この雲はますます縮みやすくなったというわけです。

　普通私たちの考えでは、ガスは押し縮められると圧力が増えて、押し縮めようとする力に対して反発する性質を持っています。
　しかし宇宙のガスの雲の場合はそれと反対に、縮めば縮むほどさらに縮む力が強くなって、どこまでも縮んでいくという性質を持っているのです。
　これが、引力と圧力のバランスによって形を保っているガスのかたまりの持つ特殊な性質なのです。
　宇宙にガスのかたまりがたくさんあれば、その中のいくつかは引力が圧力にうちかって縮んでいって、星ができるのではないかと考えてもよさそうですね。
　さてそこで、実際に宇宙で観測されているガスの雲について、引力が圧力に勝つ条件を計算してみましょう。
　計算してみると、引力と圧力がバランスする条件というのは、宇宙のそこらにあるガスの条件でいうと、雲の重さが太陽の一万倍から一〇万倍あればよいということになります。
　重さがそれ以下の場合は、引力は圧力に勝てないでガスは拡散してしまうという計算です。
　これは少し困ったことになります。このことは、太陽の一〇万倍ぐらいの重さの雲でないとうまく縮んでくれないということです。
　そうすると太陽の一〇万倍ぐらいの星ができてしまうということなのでしょうか。
　天文学者は困ってしまいました。でも、宇宙では実際に星が生まれているのですから、自然はもっとウマクやっているはずですね。それはこうなのです。
　さっき考えた半分に縮んだ雲を考えましょう。引力は圧力より二倍だけ余分に強くなりました。
　ですからこのガスの雲を半分に割って、引力を半分にしてもまだ縮む力が勝つはずですね（実際はもうすこし複雑な計算になりますが）。
　つまり、縮めば縮むほどさらに縮みやすくなるという宇宙のガスの雲の性質は、収縮しながらガス雲を分裂させる作用も同時にもっているのです。
　雲はあるていど収縮すると分裂し、そのそれぞれがまた収縮してさらに分裂し……、ということを繰り返して、いろいろな大きさの星が生まれてくるのです。
　引力と圧力でバランスしたガスの雲が、ちょっと縮むとますます縮みやすくなる。
　このことを発見したのは、ジーンズという学者です。いまから五〇年ほど前のことです。
　ちょっと外から変化を与えるとその影響がさらに大きくあらわれてくる現象を、不安定性と言いますが、この場合は、「ジーンズの不安定性」と言います。
　ジーンズは、これで星ができるということが全部わかったと、思ったわけです。
　縮んで壊れて、壊れて縮んで、壊れて縮んで、縮んで壊れて、これを繰り返して、それでいま私たちが見ているような星がみんなできた、と。
　その頃の天文学では、星間ガスやパルサーなどは何も発見されていませんでした。だからそんな時代にこれだけの話をつくったのですから、ずいぶん偉い人といえます。

　5  宇宙からの電波 top

　ところで、ガスの雲というのは、どうせ宇宙にポカッと浮いている冷たいガスですから光を出しません。
　光を出さないからどんなに大きな天体望遠鏡を使っても、観測することができません。
　冷たいガスの中の現象は、従来の天文学の観測では、全然観測に引っかからなかったのです。
　さっきのような話も、一〇〇％推測にたよるしかなかったのです。
　温度が高い物体は光を出します。これはみなさんよく知っていますね。
　もうちょっと温度が低いと、光は出さなくても赤外線は出します。
　ポッ卜式のストーブでは温風も出てこないし、火も直接見えません。
　でも暖かさは伝わってきますね。見たところは冷たいときと同じですから光は出していないわけです。
　途中に薄い紙などをおいただけで暖かさは伝わってこなくなります。
　これが赤外線です。赤外線は光と同じ電磁気の波、電磁波ですが、波長が長くエネルギーが小さいのです。
　だから温度が低くても放射されるのです。
　もっと温度が低くなるとこんどは赤外線も出さなくなってしまいます。
　それでも電波は出ています。
　電波は赤外線よりもっと波長が長くてエネルギーの低い電磁波ですから、温度が低い時も出るのです。
　ですから、冷たいガスは電波で観測するしか可能性がないのです。
　でも、ふつうの冷たいガスというのは電気をもっていません。

　エチルアルコールは細長い分子ですから一本の棒だと考えます。棒といえば英語ではバーになります。
　アルコールと全く縁がないわけでもありません。だから分子を棒と考えても許されるでしょう。
　ＯＨの方がちょっとマイナスに、Ｃ2Ｈ5の方が電子をとられているからプラスになっていますから。
　この棒は両端にプラスとマイナスの電気がくっついた棒だと考えていいわけです。
　一端にプラスがあってもう一端にマイナスがある棒状の分子が、宇宙のガスの雲の中に一個浮かんでいたとします。
　そうすると、気体の中では分子は自由に運動しています。同時に回転もしています。
　両端にプラスとマイナスをもった棒状の分子がグルグル回転すれば、プラスとマイナスが次々入れ換わって、振動電流と同じわけで電波が放出されます。
　分子の回転数が電波の周波数になります。
　分子の回転数はそれぞれの分子によって、何種類かに決まっています。分子が違えばこの回転数も違うのです。
　ここではくわしくは述べませんが、量子論の法則で、角運動量が飛び飛びの値しかとれないということから来ています。
　角運動量は飛び飛びの値しかとれないから分子の回転数も幾つかの飛び飛びの値しかとれないのです。

　電波望遠鏡の周波数を分子の回転周波数に合わせてやると、棒状の分子がグルグル回転して発振する電波が受信できることになります。
　分子によって周波数が異なりますから、その周波数によって電波を出している分子の種類を区別することができますね。
　こういうやり方で、エチルアルコールに限らず、いろいろな分子の電波が電波望遠鏡で受信できます。
　電波は温度が低くても出るから、電波望遠鏡を用いれば、温度の低い場所にあるガスの性質をいろいろ観測することが可能になってくるのです。
　電波望遠鏡の周波数を次々に動かして、受信する電波の強さを順次測っていきましょう。
　測っていくと、ところどころの強さでピュッと電波が強くなります。
　ちょうど、ラジオでダイヤルを回していって放送に周波数が合うとメーターが振れるのがありますが、あれを連想してください。
　ダイヤルを回していってメーターを見ながらメーターの振れをグラフに描けば、図5に示すようなものができるでしょう。
　ここに見える一つ一つの山が一つ一つの放送局に相当すると考えて下さい。
　大きな山は電波が近くて強く受かる局、小さい山は弱い局、？がついているのはホントにあるかどうかわからないくらいかすかにしか受かっていない局、といった具合です。
　なにも放送のない周波数ではラジオはノイズ（雑音）でザーッと言う音がしていますが、メーターの針もそれにしたがってピクピク揺れていて、結果としてグラフはギザギザになっています。
　実はこの図はラジオのメーターの振れではなくて、野辺山宇宙電波観測所の四五メートル望遠鏡で受けた分子の電波の記録です。
　ラジオの場合だったら一つ一つの山は放送局ですから、グラフでは各放送局のコールサインをつけるのがよいでしょう。
　電波望遠鏡の場合には、放送局ではなくて分子です。だからグラフには分子式がついているわけです。
　図5をもう一度よく見てください。
　たとえばＡにメチルアルコールがあって、Ｂにもメチルアルコールがあります。
　Ａ、Ｂ二つのメチルアルコールの山を比べると、Ａのほうが少し強く、Ｂのほうが少し弱いですね。
　これからわかることは、Ａの電波を出す回転の状態の方が、Ｂとくらべてたくさんの分子を持っているということです。
　Ｂの方が少しエネルギーの高い状態なので、分配が少なくなっているのです。
　もし温度が低いと、このエネルギーの高い状態まで分子を持ち上げることはもっとむずかしくなります。
　Ｂの電波はもっと弱くなるでしょう。
　つまり、Ａ、Ｂの二つの電波の強さを比べると、メチルアルコールの分子が置かれているガスの雲の温度がわかるというわけです。
　それから、もう一つ、幅がついている電波があります。
　幅がついているというのは、少しずつずれたいろいろな周波数の電波を出す分子があるということです。

　6  見えない物を見る top

　分子の電波は周波数が決まっていると言ったのに、何でいろいろあるのかと不思議に思う人もあるでしょうが、これはドップラー効果によるのです。
　ドップラー効果とは「運動している物体の放出する波の周波数がずれる」現象です。
　最近はおなじみになってきていますが、自動車や野球のボールの速度を調べるスピードレーダー（これは反射波のドップラー効果を使ったもの）や、救急車のサイレンの音の高さが近付くときと遠ざかるときで、変わる現象など、ドップラー効果の典型例といえます。
　宇宙における分子の場合も、自分自身では決まった周波数を出しているのですが、たとえばガスのなかに乱流があったりすると、いろいろな速度の分子があって、それぞれの周波数がズレてみえる結果、周波数に幅がついてみえるわけです。
　こんなふうにして宇宙のガスの雲の電波を調べると、ガスの様子がくわしくわかってくるのです。
　今見ていただいた記録は、実はオリオン座のまん中にあるガスの雲、オリオン星雲のまん真ん中の部分に電波望遠鏡を向けたものです。
　望遠鏡をまん中からちょっとずらすと、幅の広い山はみんな見えなくなってしまって、細いピークばかりになってしまいます。
　それから、中には幅の広い部分ととんがった細い部分と両方もっている分子があります（図5）。
　こちらの場合は幅の広い方が消えてしまうのです。
　オリオン星雲の真ん中に向けると、幅の広いのがある。
　さつきのドップラー効果の説明から考えて、ガスが大きく動いている部分です。
　横へ向げると細いのだけになることは、ガスが静かだということです。
　それから今度は、二つの電波の強さを比べる方法で温度を調べてみるとき、その真ん中に温度が高くて、しかも激しく乱流が起きている場所がある。
　そして周りには冷たくて静かなガスがある、などということがわかります。
　従来どんな大きな天体望遠鏡を使っても観測できなかった冷たいガスの雲の性質が、この程度の観測からこれだけくわしくわかるなんて、電波の観測はすばらしいですね。
　この観測結果を絵解きしてみましょう。冷たい静かなガスがあったとしましょう。
　このガスの雲が縮んできます。
　そして分裂が起こって、いくつかにわかれたり、また縮んだりします。
　結局その分裂の中にどんどん先に収縮が進んでしまった部分ができて、その中で星が生まれることになるでしょう。
　新しく生まれた星はすごく明るく輝きます。
　その星からのエネルギーで、まわりのガスが熱せられ、そして乱流が起こります。
　電波望遠鏡で中心部にだけ見えていた幅の広いところは、この星の周りの乱された部分の電波ということになります。
　星によって乱されていないまわりの静かな部分は、当然幅の狭い電波というわけですね。
　こうして、星がどうやってつくられたか、生まれたばかりの星が外にどんなことをやっているか、というようなことがどんどんわかり始めてきています。
　ともあれ、星がジーンズの不安定性によって縮んでは壊れ、壊れては縮みして、どんどんできてきたことがわかりました。
　そしてできてきている過程は、電波を用いてわかるようになってきたということがわかりましたね。

7  同位元素の記憶 top 　もうひとつ見ておいていただきたいことがあります。 　後のほうにあるＨＣとＨＮです。 　ＣとかＮとかは元素の記号で炭素や窒素をあらわすことはまえにも話しました。 　ととかは同位元素と言って、原子の性質は同じ炭素や窒素でも、原子の重さだけちがう原子を言います。

　元素の記号であるＣやＮの左肩の数字の13、14などが、水素原子を1とした場合（もっと正確には酸素原子を16とした場合ですが、ほとんど同じなのでここでは水素＝1としておきます）の原子の重さを表わしています。
　炭素は普通重さが12（と表わします）、窒素は14（同じく）ですが、自然界には重さの違う炭素や窒素がわずかながら混じっているのです（図6）。
　そのなかで、少し多くて、観測にかかるのがやなのです。
　分子の電波を観測して、たとえば普通のＨＣＮと、Ｃをで置き換えたもの、Ｎをで置き換えたものなどの電波の強さを比べれば、宇宙にどのくらいの同位元素が存在するかがわかるわけです。
　地球上でははの一〇〇分の一、はの約三〇〇分の一ありますが、宇宙ではどうなっているでしょう。
　そしてそれはどんな意味をもつでしょうか。
　まえに原子の話をしたときに、炭素や窒素などの重たい原子は星の中で原子核反応でつくられたと言いました。
　たとえば、普通の（重さが12の）炭素は、星の中心の温度が一億度程度に達すると、ヘリウムが三個ぶつかって融合してつくられます。
　星の進化のなかではかなり普通のプロセスによってできるのです。
　だから宇宙には多く存在し、結果として生物の体をつくるのにも使われたのです。
　ここで炭素という元素を考えてみましょう。炭素の原子量は普通は12です。
　しかし炭素には同位元素として原子量13のものと14のものと15のものがあります。
　14と15の炭素は不安定で、放射性をもち、ある時間たつと他の原子に変化してしまいます。
　炭素の同位元素12と13の比は、さっき言ったように地上では大体一〇〇対一です。
　普通のでできている化合物と、少々重い同位元素136でできている化合物が、回転する場合を考えてみましょう。
　一例としてＨＮとＨＮにつして比較すると、その分子の回転は重たい原子をもっているＨＮのほうが少しゆっくり回ることになります。
　同様に同じＨＣＮでも普通のからできているのとからできているものの回転を比較しても同じことがいえます。
　普通のＨＣＮと比べて、ＨＣとＨＮは少しゆっくり回るわけです。
　だから電波の周波数は少し低くなります。同位元素でおきかえた分子も、周波数の違いによって分離することができるのです（図5）。
　はに対して一〇〇分の一しか存在しません。
　したがって分子の数も、ＨＮの分子は普通のＨＣＮの一〇〇分の一になっているはずです。
　そうするとＨＮの電波の強さは普通のＨＣＮと比べて一〇〇分の一になっているはずですね。
　べについても、存在比についての同様の議論が成り立つはずです。
　ところが、くわしい観測の結果をみると、ととが、地球では一〇〇対一なのに、星間空間、つまり宇宙で見ると五〇対一ぐらいになっていることがわかりました。
　宇宙と地球とで違うのです。そしてこのことは、が少ないというよりはむしろ、が多いというふうに考えたほうがいいらしい。
　どうして地球と宇宙とで存在比が違うのかを考えてみましょう。
　それは宇宙でととかがどうやってつくられるかを考えてみればわかります。
　炭素は星の中心でヘリウムが三つぶつかって、原子核融合反応でつくられることはすでにお話ししました。
　この原子核反応は非常に温度が高くないと起こりません。
　ふつうの星の中心には水素がありますが、水素が原子核反応をするような温度になると、星の中心で水素かどんどんヘリウムに変っていって、ヘリウムがかなりたまってきた段階で、この中心ではもう水素の原子核反応が起こらなくなってしまいます。
　中で発熱があれば圧力を維持していられるのですが、発熱がないから、外からの圧力で縮んできます。
　縮んでくるとガスを圧縮するから、密度が上がって、また温度もあがります。
　温度があがるということは。原子の動く速度が速くなります。
　その一方密度が上がるということは、たくさんの原子が狭いところにあることになります。
　速い速度でたくさんの原子に出合うのですから、衝突してこういう融合反応が起こる確率がふえるわけです。
　ヘリウムが三つぶっかって炭素になる反応もおこり得るというわけです。
　そして炭素ができるのです。でもこれは普通の炭素、すなわちの話です。
　ヘリウムは電子を二個もっていて、重さが4です。
　それが三つ集まると、電子が六個あって重さが12の炭素の原子ができるというのが一番自然な反応です。
　こういうふうにうまくできているために宇宙では炭素が、自然に簡単につくられたと考えるべきでしょう。

では、というのはどうやってつくられるのでしょう。 　これは、電子の数は同じで重さだけが一つ多いのです。 　これはに中性子をぶつけてやればできるはずです（中性子についてはコラムの「原子と素粒子」参照）。 　でも中性子は不安定で、短時間の内に壊れてしまいますから、宇宙には物質としては存在しないのです。 　つまり材料としては使えないのです。そこで、ふつうは陽子をぶつけてやるわけです（図7）。

　陽子というのは水素の原子核です。
　陽子は一個電気を持っていますから、これをぶっけると炭素は重さだけでなく電気も1ふえて、13の窒素になってしまいます。
　でもこれはすぐにこわれて13の炭素になります。
　水素ならたくさんあるからいいと思うかもしれません。しかしそれもけっこうむずかしいのです。
　だって、炭素のたくさんたまった星の中心では、水素どころかヘリウムまでほとんど使いはたされているのですから。
　実はこんな方法でつくられるのです。
　中心に炭素がたまった星とか、あるいはもっと重い元素がたまった星では、核反応のある種の暴走がおこって、星の大部分、ときには全体が吹きとばされる大爆発がおこります。
　超新星爆発といわれる現象です。
　この爆発で中心にたまった重たい原子――もちろん炭素も――が宇宙に放り出されるのです。
　宇宙にさまよい出た重さが12の炭素の原子は、宇宙の中で水素やヘリウムのいっぱい入った宇宙のガスとまざり合い、そしてそのガスのかたまりかなにかの拍子に縮んで星を作ります。
　その星の中心では水素の原子核と出合い、核反応をおこしてめでたく重さが13の炭素の原子炉つくられるのです。
　さらにその星が爆発しては宇宙に放り出されます。それが今、私たちが見ている重さが13の炭素なのです。
　このように、は、を原料として、しかも二度の手間をかけて作られたものです。
　だから元のの何十分の一しか存在していないのです。
　そう考えると、地球と宇宙とのの量の違いもわかってきそうですね。
　地球が宇宙からものを巣めて作られた今から五〇億年の昔には、宇宙にははの一〇〇分の一しかたまっていなかったのです。
　それが五〇億年の宇宙の歴史の中で現在の五〇分の一にまで増えてきたというわけです。
　原子としては見別けのつかないような二つの炭素のちょっとした違いにも、宇宙という大きな舞台を一杯に使った星の生成と消滅、原子の誕生というストーリーがあることがわかっていただけたでしょう。

　8  地球と生命の誕生 top

　さて次は、地球のできる話にうつりましょう。
　五〇億年前に宇宙のガスから太陽ができたときを考えましょう。
　太陽にとりこまれなかったたくさんの残りのガスや塵は、きっと太陽の周りをうずをまくように回っていたのでしょう。
　太陽はもうかなり明るく輝やいています。
　太陽からの光や熱であたためられた水素やヘリウムという軽いガスは、太陽か明るく輝やくにつれて宇宙にとばされてしまいます。
　比較的助かったのは木星の距離から外の方です。
　だから木星より外側の惑星は大きくて、主に水素やヘリウムからできているのです。
　太陽からの風、光や熱も、そんな距離ではもうかなり弱くなっています。
　だからガスまで含めてかたまることができたのです。
　ガスがふきとばされて、残った塵が集まってできたのが地球や金星などの惑星です。
　塵が集まるとき激しくぶっかった熱のために、たくさんあったはずの水までもが飛ばされてしまい、塵の中にとりこまれてわずかに残った水が、地球では海を作っています。
　そんなわけで地球には水素やヘリウムといった軽い原子が少ないのです。これが第一の選別です。
　さあ次につくるのは私たちの体です。
　地球がつくられ、そしてその表面に海ができると、そこにいろいろな物質が溶けこんで、化合して分子をつくったり、太陽の紫外線でこわされたりして、いろいろに変化して行きました。
　単なる化学変化の繰り返しではなく、だんだんに複雑な物質――たくさんの原子で作られた巨大分子――もできて来たのです。
　繰り返しではなく、一つの方向性を持った変化、地上で何億年もかけて生物がたどった「進化」の歴史になぞらえて、この歴史を「化学進化」と呼ぶ人もあります。

それには、二つの特徴をあげることができます。 　第一は、炭素が、この巨大分子を作るのに非常に都合のよい性質を持っていること、第二に、そのような化学反応は水の中でおこりやすいことです。 　この二つの特徴が、のちにあらわれる生物の特徴として、現在まで伝わっているのです。 　それらの巨大分子の中には、現在の生物の衵胞をつくっているアミノ酸などもあったでしょう（図8）。

　それらの中のいくつかの分子が、お互いの性質をおぎない合う形で組み合わさりながら、さらに大きな複合体となってはじめての生物が生まれたのです。
　いろいろな分子のいろいろな組み合わさり方があり、そのどれを自然が選んだかで、現在の生命現象のしくみはそのとき決まったのです。
　生命のない化学物質相互の間ではあっても、きっと非常に激しい生き残りへの競争であったのでしょう。
　ともあれそうやって私たちの「先祖」が生まれたのです。
　こうやって考えて来ると、水と炭素が多く含まれている現在の生物の姿、つまり私たちの体の成分と自然界での原子の割合の違いも、理解することができます。
　そしてその違いが、原子の性質、星やガスの光や熱、引力や圧力の性質、そんなものに支配されながら、宇宙の始まりから二〇〇億年の長い時間をかけて造られていったのです。
　銀河系のどこかの星で二つの原子が生まれました。二つの原子は、それぞれに長い長い旅をしました。
　宇宙のガスと混じって、再び星の中心に取り込まれたかもしれません。
　そして再び別の原子に変換されたかもしれません。
　もう一つの原子はさらに何回も星の中心をくぐり抜けたかもしれません。
　その二つの原子が百何十億年の旅ののち、いまから五〇億年の昔、地球にやってきたのです。
　さらに地球の上の化学進化、生物の発生と進化の歴史かたどって、現在ここで、私たちの体のなかで出合っているのです。
　おもえば大きな、長い旅のあとの奇跡のような再会です。
　銀河系の中で生まれた星の総数は一兆個と一〇兆個の間くらいでしょう。
　その数と比べて、私たちの体にある原子の総数は何百億の何百億倍も多いのです。
　そうすると、一つの星から何百億の何百億倍の原子が我々の体にやってきているという勘定にもなります。
　だとすると、この出合い、案外平凡であったのかもしれません。
　ともあれ、原子の旅、ここでひとまず大団円です。でも、これからも何百億年とさらに旅は続くのです。
　銀河系のどこかの星で生まれた二つの原子がそれぞれに百何十億年という旅をして、今、私たちの体の中で出合っているのです。
　そして、私たちの体も、百何十億年の原子がたどった長い長い旅の一つの通りみちと言うことができるでしょう。
　モンゴウイカの例でみたように、私たちの体は、自然界の物質循環の風がふきぬけているわけです。
　そしてさらに大きな眼でみれば、私たちの体を作っている原子は、宇宙のはじまりは水素とヘリウム、それが百何十億年かの星の誕生と消滅の歴史をくぐりぬけながら少しずつ炭素や窒素などの重い原子となり、それが五〇億年昔に地球にやって来たのです。
　それからさらに化学進化、生物進化の長い長い歴史をくぐりぬけ、そして昨日、モンゴウイカの天婦羅（てんぷら）という形で私たちの体にとりこまれたというわけです。