連載：身の回りの光の科学

【第6回　光の速度ってどうやって測ったの？】

2015年は「国際光年」ということで、このカテゴリーでは私たちの身近にある様々な光の疑問について解明してきました。 最終回の今回は光そのものについてお話したいと思います。

　「光の速度は速いのにどのようにして測定したの？」

部屋の電気を点けたり夜道で車のライトを点けると、暗かったのが一瞬にして明るくなりますよね。 身近過ぎて気にも留めなかったかもしれませんが、一瞬にして明るくなるのは光の速さが関わっています。 光は自然界において一番速く、1秒間に約30万km進みます。 と言われても桁が大きすぎて分かりにくいですよね…。 これは、1秒間に地球を7周半もしてしまう速さなのです。

　こんなにも速い速度、いったいどのようにして導きだされしたのでしょうか？
光の速さの測定を初めて試みたのはガリレオ・ガリレイでした。 まずA地点とB地点があるとします。 A地点に居る人が明かりを灯し、B地点の人へ光を送ります。 その光を見たB地点に居る人はすぐに自分の明かりを灯し、A地点の人へ光を送ります。 その時間差から光の速さを測定します。 もし光が伝わるのに時間がかかるのなら、距離を延長すればするほど時間は長くかかるはずですよね。 AB間の距離を延長し、測定を繰り返します。 しかしこの実験ではAB間が数kmと短い距離であったこと、光の速さが速すぎたことから思うような結果は出ず、失敗に終わってしまいました。

　それから科学者たちは光の速さを求めるために様々な実験をします。 地上での実験で最初に光の速さを求めたのはフィゾーでした。 フィゾーの実験は光源が鏡を反射して返ってくる時間を測ることによって速度を求めるという至ってシンプルなものでしたが、そこに歯車を挟むことによって計測を成功させました。



歯車には歯と歯の間にすき間があり、歯車を出発した光が鏡を反射して歯車の歯と歯のすき間に返ってきた場合、観測者からすると明るい光が見えます。 しかし歯車の速度を変えて、歯車を出発した光が歯車の歯に当たってしまう場合、観測者からすると暗い光が見えます。 そのようにして、光が往復する時間や歯車の回転数を計算して得られたのが光は1秒間に約31万km進むという速度でした。 フィゾーの実験後、より正確な光の速度を計測するために科学者たちは様々な実験をし、現在の1秒間に約299792.458km進む速さという結果に至っています。

　「いち」と数えている間に地球を7周半してしまう光。
これだけ聞くと非常に速いなぁと感じますが、光って本当に速いのかな？ と思ってしまうことがあります。 それは地球から星までの距離のお話を聞いたときです。

　皆さんは「光年」という単位を知っていますか？ 光年という単位は星までの距離を表すときに用いられます。 1光年は光が1年で進む距離のことを示し、その距離はなんと約9兆4600億kmにもなります。

　私たちの住む地球が含まれる太陽系から最も近い恒星(アルファ・ケンタウリ)まで約4.3光年、つまり光の速さで4.3年はかかるのです。 1秒で地球を7周半する光が4.3年もかけないと隣の恒星まで行けないのは驚きですよね。 また冬の大三角の一部であるシリウスまでの距離は約8.6光年です。 ですから、今見ているシリウスの光は8.6年前に出発した光が私たちの目に届いているということになります。

　光の速さでこれだけの年数がかかると考えると、宇宙っていかに広いのか、感慨深くなりませんか？ 今度夜空の星を見上げたときに、自分が見ている星は何光年先にあるのか、調べてみるとおもしろいかもしれませんね。


参考文献/参考HP
・國友正和他(2012年)『改訂版 高等学校 物理�T』数研出版
・縣秀彦他(2014年)『天文年鑑2015年版』誠文堂新光社




（山道：　2016年03月）