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「地球・宇宙そして大気」の一覧

空気の押す力化か、それとも真空の引く力か

水はある程度の高さの壁を超えて汲み出すことができます。
サイフォン効果といいます。
しかし、どの程度の高さの壁を超えることができるのでしょうか。
この限界の高さはかなり以前から知られておりました。
水面よりおよそ10m程度が限界で、それ以上高い壁は越えることができません。

地球の気温はなぜ計算で求められた温度-15℃よりも暖かいのか+15℃

熱のバランス

太陽の光が地球を温めるエネルギーです。
太陽の熱がなければ、地球はほとんど絶対零度、-273Kの極低温の世界になってしまいます。
地球の暖かさは、太陽から差し込まれる熱と、地球が放出する熱がうまいことバランスして、平均気温15度という過ごしやすい環境を作っているためです。
周囲より温度の高い物質は温度の低い周囲に向かって熱を放出します。
そして、温度の高い物質は冷やされ、温度の低い物質は温められ、最終的に同じ温度になるのです。

ガリレオは空気に魅せられていた

空気とは一体何なのか

ガリレオの時代は、アリステレス以来の世界は4元素でできていると考えていた時代です。
水、土、火、空気。
すべてはこの4元素から成り立つ。
しかし、それにしても空気とは何なのか?

空気は彼にとって、身近にありながら、不思議なことに、あまりにも漠然とした存在で、いったい、どういうものであるのか、まったくとらえどころがないものでした。

ガリレオが考えついた空気の測り方

最初に密閉できるふたのついた大きなフラスコのようなガラスの容器を重さを量りました。天秤で、片方にガラスの容器、片方に砂。
重さがあるか、ないか、微妙な値を調べるのですから、測定は精密でなければなりません。
次に、ふいごを使って、ガラスの容器に無理やり空気を押し込みました。
加圧したのです。
すると、驚くべきことに、バランスしていた天秤のガラス容器のほうが重くなったのです。
バランスさせるには、砂を増やさなければなりませんでした。
空気をたくさん詰めると、その分、ガラス容器は重くなったのです。
確かに、空気には重さがあったのです。

ボイルと真空ポンプ

音の伝わり方

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ロバート・ボイルはサイフォンが空気の圧力、押す力によって水を押し出していることを、真空ポンプを使って証明して見せました。
かれは、最近発明されたばかりの真空ポンプを使って、いろいろな実験をして、空気とはなにか、どんな働きをしているのか調べました。 音が空気の振動であることは、今では小学生でも知っているかもしれません。
ボイルの時代、音は空気と関係があることは漠然と知られていましたが、それ以上の詳しいことは分かっていませんでした。
そこで、彼は、最新型の秒針のついた時計をガラス容器の中に入れてみました。
この時計の秒針の音は、「カチッ、カチッ」と容器の外にまで確かに伝わってきます。
そこで、真空ポンプを使って、空気を抜き始めると、時計の音が徐々に小さくなっていきました。
最後はガラス容器に耳をつけて、どれほど神経を集中しても、ついに音聞こえなくなってしまいました。
それでも、容器の中では、時計の秒針は確かに動いているのが見えるのです。
空気がなくなると、音がなくなる。
空気がない世界は音のない世界なのです。
宇宙を題材にした戦争映画がありますが、いろいろな化学兵器はすさまじい音を立てます。
実際の宇宙では、音は伝わらないのです。
真空の世界は静寂な世界です。

キッティンガー後日談

砂漠もエデンの園のよう

ジョセフ・キッティンガーの歴史的なジャンプは、全米で大きな話題になりました。
過酷な条件の上空から、ニューメキシコと砂漠地帯に落下してきたのですが、「今は、エデンの園にいる気分だ!」といったと伝えられています。

地球に飛び降りた男:ジョゼフ・キッティンガー

上空 31km そこは成層圏

地球の大気はおよそ9km(極付近)~17km(赤道う付近)までが対流圏といわれ、ふつうの気象現象が起こる範囲です。
これよりも上層になると成層圏といい、およそ高度50km付近まで続きます。
対流圏と成層圏の境目が対流圏界面といいますが、地表から徐々に温度が下がり、この対流圏界面がもっとも気温が低くなります。
およそマイナス70度Cです。
その後、対流圏界面を超えてさらに上昇すると、成層圏では今度は温度が少しずつ上昇します。
成層圏では温度がだけでなく、気圧も地上とはまったく違います。
もし、圧力を保持できる宇宙服に身を包んでいなければ血液は一気に沸騰し、目は飛び出してしまうでしょう。
大気の圧力はほとんどないからです。