＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
Index　一章　二章　三章　四章　五章　六章　七章　八章　九章　十章

七章　宇宙線の望遠鏡

　宇宙線は電波とも関係が深いし、十何年か前には私も十何歳か若かったこともあって、ずいぶんいろいろと小田さんに議論をふっかげたりしました。
　そのまま、いまでもそんな関係がつづいています。
　小田さんは、いまは宇宙からのＸ線の観測をしておられます。
　Ｘ線の天体、エクスターを発見したというニュースをおぼえておられる方もあるでしょう。
　小田さんはあのときの立役者でした。
　「Ｘ線天体を電波で観測すればどうなるか」「電波を出す天体で、Ｘ線を出しそうなのはどれだろう」「今度オレのつくる望遠鏡は太陽をＸ線でみるのだ」「オレこそミリ波でこんな望遠鏡を……」といった具合で、会見はかならず何か議論のふっかけっこをしています。

　1  宇宙線 top

　宇宙線というのは、宇宙からやってくる放射線だとお話ししました。
　放射線のことをお話しするには、少しばかり原子核のこともお話しした方がよいでしょう。
　原子核のことなんか「先刻ご承知だワイ」という方は、この部分は少しとばして読んでください。
　私たちの周りにある「物質」は、原子からできています。
　原子は、中心に原子核という「重くて小さい」そして「プラスの電気をおびた」粒子があり、その周りをマイナスの電気をもった軽い電子が、原子核のプラスの電気に引きつけられて動いている、という構造になっています。
　電子はあまり速く動くので、普通は原子核を大きく包んだ雲のようにみえます。
　そして、全体としてはプラスとマイナスの電気が打ち消し合って、電気をおびていない粒子のようにみえるのです。
　それが原子です。
　私たちが、ものとものとが「さわった」と感じるのは、この電子の雲どうしがお互いに反発力をおよぼし合う近さまできたことをあらわします。

原子からこの電子の雲を全部とってしまうと、中心の小さくて、重くて、硬い、原子核だけ残ります。 　原子核はプラスの電気をもっているので、電気の力で自由に動かしてやることができ、真空中で他のものとぶつからないようにして動かせば、非常に速く走らせることができます。 　原子核からはぎとられた電子も、原子の中では雲のようですが、ひとりでいれば粒子として同じように動かすことができるぱずでず。 　テレビやラジオに使ってある真空管の中では、電気の力で電子を動かして（電気をおびたものが動けば電流が流れたことになりますね）、弱い電波を増幅するのです。 　テレビのブラウン管では、その上に磁石を使って電子の運動を曲げて、ブラウン管のすみずみまで光らせています。 　宇宙でも同じようなことがおこっています。 　宇宙の中でうんと速いスピードで走っている原子核や電子が、いまからお話しする宇宙線です。

　宇宙線は、電気をおびた粒子の運動ですから、針金を流れる電流と似ているところがあります。
　それは磁石作用です。粒子ひとつといえども、動いていればそれは電流ですから、小さな小さな電磁石といえます。
　ですから、もし近くに磁石があると引きつけられたり、反発されたりします。
　磁石の磁力をあらわす磁力線と、その中で動く宇宙線の動き方を図におみせします。
　プラスの粒子は左へ左へ、マイナスの粒子は右へ右へと曲げられて、結局はぐるぐると一定の半径でまわることになります。
　磁力が強いほどまた宇宙線の速度が小さいほどこの曲げられ方が大きく、そのために小さな円を描くことになります。
　私たちの銀河系には、弱いながらも磁界があり、そのためにエネルーキーの高い宇宙線でも、直径何十光年とか何百光年とかいう大きな円を描いて、ぐるぐるまわるはずです。
　この銀河系の磁界で曲げられてしまうような宇宙線は、あまり遠くからはまっすぐはやってこられないというわけですね。
　もっと遠方に宇宙線の源があれば、宇宙線は曲げられて地球からみているとどっちの方向からも同じようにやってくることになります。
　実際、普通の宇宙線では、方向によらず強さが一定であるということになっていました。
　もっとエネルギーの高い宇宙線ならば、銀河の磁界であまり曲げられずにやってきます。
　遠方の「宇宙線をだす天体」があったとすれば、その方向からの宇宙線が強く観測され、つまりその天体を宇宙線で「みる」ことができるわけですね。
　というわけで、やっと話が小田さんにもどりました。
　小田さんはこの高いエネルギーの宇宙線を調べて、宇宙線を出す天体をさがそうとしていたのです。
　まあ、「宇宙線天文学」とでもいえるでしょう。
　そうすると、そういった宇宙線を観測するのは、「宇宙線望遠鏡」ということになります。

2  小田さんの望遠鏡 top 　小田さんの望遠鏡は、普通の望遠鏡のように、細長いものではなくて、地面にひろがったひらべったいものです。 　これは宇宙線のおこす空気シャワーをはかって、宇宙をみるのです。 　宇宙線は宇宙からやってくる放射線だとお話ししましたが、これが地球にやってくると、まず空気の中に入ってきます。 　空気の中に入ってきた放射線は、空気の原子とぶつかります。 　スピードが速い（エネルギーが高い）ので、電子の雲なんかは関係なく直接原子核にぶつかります。 　ぶっかり方、スピード（エネルギー）によって、原子核がこわされたり、やってきた放射線がエネルギーを失ってとまってしまったりします。 　小田さんのねらった高エネルギーの宇宙線は、二回や三回の原子核との衝突ではへばったりしません。 　それどころか、こわされた原子核の破片が、またいくつもの放射線となって、また新しい原子核衝突をおこします。 　この破片からできた放射線も、またずいぶんエネルギーが高いので、この二次的な原子核衝突からできた破片もまた、かなり高いエネルギーの放射線として三次、四次の衝突をおこします。 　宇宙からこんなエネルギーの高い宇宙線がやってくると、何十万個という副産物の放射線（二次宇宙線）がかたまって降ってくることになります。 　これが小田さんの観測していた空気シャワーです。図は空気シャワーの想像図です。 　さて、この空気シャワーを受ける望遠鏡は、どんなものが必要でしょうか。 　さっきちょっとふれたように、うんとひろがったものが必要です。

　この数から宇宙線のエネルギーを知ります。二次粒子が多いのは、もとの宇宙線のエネルギーが高かった証拠です。
　そこから何百メートルか離れたところに、いくつかずつのカウンターを、あっちにひとかたまり、こっちにひとかたまりというふうにおいていきます。
　これによって、空気シャワーがどのくらいの範囲に降りそそいだか、そしてその中心はどのあたりだったかを知り、真ん中においたカウンターの読みをさらに正確なものに直すのです。
　遠くにおいてあるカウンターのもっと重要な役目は、方向をきめることです。
　前の説明で、二つのカウンターがはなれるほど時間のずれが大きくなり、それだけはかりやすくなる道理です。
　はかりやすくなるということは、同じはかり方なら、より正確に方向がきめられるということですね。

　3  時刻の差をはかる top

　こうしてばらまいたカウンターを、真ん中の近くにある実験室とケーブルでつなぎます（右図）。
　そして、実験室にある装置で、あちこちのカウンターから入ってきた放射線のパルスの到達時刻の差をはかるのです。
　これはあまりやさしいことではありません。
　たとえば、天頂（真上）から五度だけ離れた方向からやってくる粒子を考えてみましょう。
　カウンターは、核研（小田さんのいた原子核研究所の通称）の構内の約五〇〇メートルの範囲にばらまかれています。
　天頂からの粒子に対してはどのカウンターも同時に入りますが、左図のように五度だけ離れた方の粒子では、端の方のカウンターどうしで、遅れは約四五メートル（五〇〇メートル×サイン五度＝約四五メートル）になります。
粒子はほとんど光と同じ速度で走りますから、この四五メートルの遅れが、時間に直して一秒の約一億分の一五ということになります。
　つまり、このくらいの時間の遅れを、正しくはかれなければならないわけです。
　どうやったら、そんな短い時間をはかることができるでしょう。
　たとえば、こんな方法を考えてみましょう。
　一秒一〇〇回転のスピードでまわっている円板に、目盛りをつけてみましょう。
　一方のカウンターに粒子が入ったときと、もう一方のカウンターに粒子が入ったときにフラッシュをたくことにしておくと、フラッシュのわずかな時間のずれで、目盛りが少しばかりずれてみえるはずです。
　たとえば、さっきの一億分の一五秒のずれでは、目盛りは一回転の一〇〇万分の一五だけずれているわけです。
　一回転、三六〇度の一〇○万分の一五といえば、角度にして二〇〇分の一度です。
　こんな小さな角度を読むのは、大変むずかしいことですね。
　円板の回転を、一秒に一万回にしてやって、このずれがやっと二〇分の一度になり、なんとか目でみえるようになってきます。
　しかし、円板を一秒に一万回転でまわすのはとても大変なことです。
　つまり、短い時間をうまくはがるためには、円板を速くまわすような、速く動いているものを使えばよいというわけです。
　実際に円板などを動かしていては、あんまり速くはできません。
そのためには、テレビのブラウン管のようなものを使います。
　テレビでは、ブラウン管の上に光の点を縦・横に動かして、画をだします。画の明るいところは光の点がそこにきたときに、ブラウン管の電流をふやし、暗いところは逆にへらしてやるのです。
　テレビのブラウン管をよくみると、横に何本もの線（走査線）が走っていますね。これが光の点の動いている道です。
　さて、テレビは一秒に六〇枚の画をだし、一枚の画には走査線が五〇〇本ありますから、一秒に約三万本の走査線を描きます。
　実際には、もう少しこみ入ったことになっているのですが、それではブラウン管テレビの話になってしまうので省略します。

　これを動かすパルスを、一方のカウンターに放射線が入ったときにスタートさせて、もう一方のカウンターに放射線が入ったところでストップさせれば、その間の進みから時間間隔がはがれるというわけです。
　たとえば、一秒に一億個くらいのパルスで、計数装置を動かすのは、そんなにむずかしいことではありません。
　一億分の一五秒ならば、数字が一五だけ進むわけです。
　というわけで、なんとか時間間隔を測定することができるようになりましたね。
　私が円板をまわすところから短い時間をはかる話を始めたのは、実はわけがあったのです。
　一八四九年に、フィゾーという人がこの方法を使って、光の速度をはかったのです。
　フィゾーは、歯車をすごいスピードでまわして、その歯のすきまから光を飛ばして、うんと遠方の山の上においた鏡に反射させ、戻ってきた光が歯にあたるかどうかを調べたのです。
　まず、歯車がとまっているときに、ちょうど光が歯のすきまに戻ってくるようにしておきます。
　光がもし無限の速さで進むものであれば、歯車をどんなに速くまわしても、光は歯のすきまのところに戻ってくるはずです。
　フィゾーは歯車をだんだん速くまわすと、戻ってきた光が歯の方にあたることをみいだし、そのずれから光の速度をはかったのだといいます。

　4  宇宙線はどこから top

　さて、こうして小田さんの宇宙線空気シャワー望遠鏡は動きはじめました。
　世界中でも、いろいろな人たちが、いろいろな工夫をして、空気シャワーをはかっています。
　私かワイルドのところで働いていたころ、そのすぐそばで、シドニー大学の人たちが、小田さんとはだいぶ違った形の空気シャワーの望遠鏡をつくっていました。
　一〇キロ四方のところに、たくさんのカウンターをばらまいて、少しでもたくさんの空気シャワーを捕まえようという計画でした。
　小田さんは小田さんで、南米のボリビアの科学者だちと協力して、ラパスの近くにある海技五〇〇〇メートルのチャカルタヤ山上に大がかりな空気シャワー望遠鏡をつくりました。
　高いところへ行けば、それだけ生に近い宇宙線を捕まえることができ、普通では捕まえることができない、エネルギーの高いものまで捕まえることもできるのです。
　海技五〇〇〇メートルといえば、なれない人には呼吸が苦しいくらいのところです。
　そんなところで、カウンターをあちこちにおいたりするのは、大変な苦労であったろうと思います。
　空気シャワーからでる電波をはかったり、逆に空気シャワーにあたって戻ってくる電波をはかったりして、調べようとしている人たちもいます。
　こうやって、世界中で大がかりな空気シャワーの望遠鏡が活動し初めてから、もう三年くらいになります。
　どこでも、だんだんと観測結果がで初めているところです。
　それらの中で、ここではうんとエネルギーの高い宇宙線のお話をしましょう。
　広い場所にたくさんのカウンターをばらまいて観測すると、それだげたくさんの空気シャワーがつかまります。
　そうすると、その中には数が少なくても高いエネルギーの宇宙線のつかまるチャンスも増してきますね。世界中で協力してやれば、その分だけまたチャンスがふえます。
　こうやって捕まえた高エネルギー宇宙線の中には、銀河系の磁界ではもうほとんど曲げられないくらいエネルギーの高いものがいくつかあります。
　銀河系の磁界では閉じこめることができないのですから、こういった宇宙線は、銀河系の外からやってくる、と考えなければならないのです。
　私たちの「宇宙線望遠鏡」が、銀河系の外までとどいた記念すべきときといえるでしょう。
　ところが、銀河系の外にとどくやいなや、大問題にぶっかってしまいます。
　私たちの宇宙には、宇宙が始まったころ放出された電波が行き交っています。
　宇宙の初めからあるのですが、いろいろなものにぷつかってもあんまり吸収されないので、いまでも相当な強さで残っています。
　宇宙線望遠鏡でみつかったこの高エネルギー宇宙線は、こういった電波にあたると電波を吸収するどころか、逆に電波にエネルギーをやって、自分はスピードが落ちてしまうという性質をもっています。
　そのために、こういった宇宙線は、銀河系の外とぱいっても、数百万光年かせいぜい一千万光年のところより遠くからはやってくることはできません。
　銀河系の磁界でまげることができないほどの宇宙線をつくるのは、並大抵のことではありません。
　たぶん強い磁界とはげしい運動などがともなって、初めて可能になるのでしょう。
　このような天体が、そのくらいの近く（といっても一千万光年も遠いのですが）にあるというわけです。
　あんがい近くに、しかもすごい天体がまだ発見されないで存在しているのです。
　空気シャワーの観測が進めば、もっと何千個も高いエネルギーのシャワーがつかまって、そんな源、つまり宇宙線天体がみつかるかもしれません。
　宇宙線天文学はやっと始まったところなのです。