銀河は回る2015年10月10日 10時01分45秒



先日の「子持ち銀河」とセットで買った絵葉書。
デザインからして、もともと同じシリーズに属する2枚でしょう。発行元は、表裏どこにも記載がなく不明。


“キリン星座渦状星雲〔新ドレ―ヤー二四〇三番〕の内部運動(陰画写真)”
…と説明文にあります。

きりん座は天の北極近く、カシオペヤの隣にある星座です。
「新ドレーヤー○○番」というのは、ジョン・ドレーヤーが編纂したカタログに基づく、いわゆるNGCコードのことで、メシエ番号と並んで使われる、各銀河固有の番号。
「NGC2403」について、ウィキペディアには、「この銀河は1788年にウィリアム・ハーシェルによって発見された。M81銀河団の一員であり、地球からの距離は約800万光年」 云々とあります。


図中の矢印は、数年という時間間隔をおいて同じ銀河を撮影し、その構成要素たる星の位置変化、すなわち固有運動を検出し、その方向と運動量を矢印の形で書き込んだもの。すなわち、渦巻銀河を構成する星が、まさに渦を巻くように回転運動していることを証明したとする写真です。

確認はしていませんが、おそらくこの写真のオリジナルは、オランダ出身の天文学者、ファン・マーネン(Adriaan van Maanen、1884-1946)によるもので、1920年前後の「アストロフィジカル・ジャーナル」誌で発表されたものだと思います。

上記のとおり、絵葉書の発行者は不明ですが、おそらく日本天文学会あたりでしょう。
それにしてもこの絵葉書、いったい誰が誰に送ることを想定しているんでしょうか?
渋い、余りにも渋すぎる絵葉書です。

   ★

そして、これは渋いばかりでなく、かなり重要な時代の証人です。

ちょっとひねって言うと、この写真は「正しくて間違っている」写真です。
「正しい」というのは、渦巻銀河はたしかに回転していることが確認されており、この写真もそのように主張しているからです。一方「間違っている」というのは、当時のファン・マーネンの方法では、これほど明瞭に回転が検出できないことが分かっているからです。

当時、銀河の回転は、天文学上の大問題でした。
渦巻銀河の回転が易々と検出可能ならば、対象までの距離は相対的に小さいはずで、系外銀河(古風な言い方をすれば「島宇宙」)の存在に対する強力な反証となるからです。

実際、ファン・マーネンの一連の研究はそのようなものと受け取られ、1920年代前半、「島宇宙説」は、かなり旗色が悪かったです。当時の「大宇宙」は、我々の銀河系とその周辺部だけから成る、非常にコンパクトなものと一般に理解されていました。

周知のとおり、その後1930年代に入ると、エドウィン・ハッブルの才気が宇宙論にビッグバンを引き起こし、系外銀河の存在が常識になると同時に、我々の銀河系は大宇宙の中でごく微小な存在へと転化していったのです。

   ★

ファン・マーネンの過誤の原因が何であったかは、いろいろ検討されましたが、最も大きいのは心理的要因だと言われます。火星の運河論争もそうでしたが、知覚の限界付近で観測するとき、人はつい自分の見たいものを見てしまう…これは訓練を受けた科学者でも同じことです。

そこに教訓を読み取ることは簡単ですが、人間の本性に根ざすものだけに、同じような過ちはたぶん将来も繰り返されることでしょう。(得るべきものは教訓ではなく、人間に対する「洞察」かもしれません。)

コメント

_ S.U ― 2015年10月10日 15時29分55秒

いまさら申すのも何ですが、玉青さんは本当に博学でいらっしゃいますねぇ。私は、こういう微妙な失敗例が好きなのですが、このファン・マーネンの件はぜんぜん知りませんでした。

 おっしゃるように写真のある論文はAstrophysical Journal, 56, 200-207 (1922).
http://adsabs.harvard.edu/doi/10.1086/142699
で PDFで見られます。

 ちゃんと1個ずつ機械で測定しているようですが、それでも心理的効果なのですかねぇ。
 銀河のしみのようなものを測っているので、何か写真の現像の流れの効果のようなものがあるのではないかと考えてしまいます。

_ 玉青 ― 2015年10月11日 16時09分12秒

お調べいただきありがとうございます。正体が分かってスッキリしました。

S.Uさんに「博学」と言われると、何だか本当に博学のような気がしてきますが、もちろんそんなことはありません。ファン・マーネンの件は、たまたまR.ベレンゼン他(著)『銀河の発見』(地人書館)という本で読んだ記憶が残っていて、その受け売りをしたまでです。

彼の誤り(彼は他の銀河でも類似の結果を出しています)については、同書の中でもいろいろ考証されていますが、銀河がグルグル回転する方向に系統誤差を生じたのは、物理的・機械的原因では説明しにくいので、やはり心理的要因が大きく作用していたのではないか…というのが結論になっていました。

_ S.U ― 2015年10月11日 18時37分04秒

>R.ベレンゼン他(著)『銀河の発見』
 あっ、そうなんですか。では、私も原著で確認しておきたいと思います。(この場合の「原著」は、ファン・マーネンの論文でもベレンゼンの原書でもなく、地人書館の本を指します)。

 これだけ、客観的測定に努めているのに、心理的バイアスが入るとは、M51に続いて銀河の回転も恐るべし、です。

_ 玉青 ― 2015年10月12日 09時21分17秒

おついでの折にぜひ。
以前も書いた気がしますが、この天文学界あげて「銀河論争」が喧しかった時期は、賢治の「銀河鉄道の夜」の執筆時期と重なりますので、そうした点からも興味深く思った記憶があります。

_ S.U ― 2015年10月17日 13時13分19秒

>R.ベレンゼン他(著)『銀河の発見』
 近くの大学図書館に行ってその部分を読んできました。この本は、見たことはありますが、これまで読んだことはなかったです。

 ファン・マーネンの件は、最終的には「無視された」測定であるにも関わらず、これだけの取り上げ方をした著者の力量はすばらしいと思いました。また、測定には様々な要因で誤差がはいりますので、理由不明とされて無視されたのは、科学の発展としては(不運ではありますが)やむを得ないことだと思います。

 でも、私の印象では、これを心理的要因とするのは得心がいきませんでした。比較星の座標を回帰計算で決める手法で、そういう要因がはいらないように注意していて、ファン・マーネンの正確さはすでに定評があったのだと思います。それよりも、比較星と銀河の斑点の見かけや取り扱いが違う以上、それらの間に異なるバイアスがかかることは当然あり得るので、器械的、映像的な理由を捨て去ることは出来ないと思います。

 たとえば、比較星をすべて測定してから、銀河の斑点を測定したとしたら、その間に乾板や測定器が回転すると、それだけで銀河に系統的な回転誤差が生じます。そうならないように、最後に比較星の再測定をしたり、比較星と斑点を交互に測定するべきでありますが、それをしても誤差がじゅうぶんに減少できたかは不明です。また、斑点の場合は照明の当たり方でバイアスがかかるかもしれませんし、現像ムラが回転するかもしれません。私が思いつくくらいのことは当時の学者も考えたと思いますが、こういう可能性を排除することは、バイアス自体を定量的に測れるような方法を導入しない限り一般には難しいと思います。

_ 玉青 ― 2015年10月18日 10時56分31秒

これは話がテクニカルなところに行きましたね。

いろいろ要因はあり得るのでしょうが、あの本でファン・マーネンと並んで出ていたルントマルクの測定結果(「矢印画像」)を見て、結局のところファン・マーネンの結果の再現性はどうだったのかが肝のような気がします。

まあ、ああいう手間暇のかかることを手がける人は少なかったのでしょうが、仮に手続きを細部まで標準化し、多くの人が検証を試みたとして、あの結果はやっぱりファン・マーネンにしか出せなかったとすれば、系統誤差の最大の要因はファン・マーネン自身だった…ということになるのではありますまいか。

医学や心理学の分野では、もともと心理的バイアスの影響が非常に大きいので(いわゆるプラセボ効果がその最たるものですね)、最初からそれを織り込んで、二重盲検法とか、そのための実験デザインが発達しました。

これは実験者も被験者も同じ人間という、特殊な状況だからこその工夫で、銀河の回転問題にはそのまま当てはまらないかもしれませんが、でも見方を変えれば、これは「弁別可能な閾値付近での視知覚を探る実験」の様相を呈しているので、そのための工夫はあり得ると思います。(たとえば、撮影インターバルを1年、5年、10年…と変えて撮影した2組の画像を用意し、インターバル(及び撮影順序)を告げずランダムに被験者に提示し、測定された運動量と実際の時間間隔に有意な相関があるか調べる…といった方法です。)

_ S.U ― 2015年10月18日 15時28分19秒

いやほんとにあらぬ方向に話が行ってしまいましたが、科学史の面白さや価値の本質はこういうところにあるのではないかと思います。

 おっしゃるように、心理学のテストをする際には、用いる物質的な器具や手順はあらかじめ厳密に定めておいて、個々の写真の素性については隠し、それを大勢の人にやってもらい、結果を見るのでしょうね。そして、多数の統計を取って、被験者の性格ごとに何種類かにスプリットした結果が得られれば、きれいな結果が出たということになるのでしょうね。

 一方、天文学者は(実験物理学者もそうですが)、怪しい測定結果が出ると、他の人はわざとまったく別の器具を使った別の手続きの方法で同じものを測定したがる傾向にあるのだと思います。それでも、最初に結果を得た人は、再測定するにしても同じ方法に固執したがるものです。これでは、あい矛盾する結果が得られても、器械によるのか個人の心理によるのかは区別できません。推測ですが、他の研究者は、自分が先駆者とまったく同じ測定をして同じ結果が得られた場合、同種の器械の欠点や人間共通の心理バイアスが働いたことが排除できず、結局、自分の測定結果が正しいのか間違っているのかどちらとも決定できない可能性を恐れるのだと思います。

 このファン・マーネンの件は、『銀河の発見』によると、最終的には、同種の測定が行われたものの再現できず、ファン・マーネンの結果は説明できないまま無視されるようになったということですから、たぶん、ファン・マーネンとは違う器械や手順で銀河の回転が測定され、それらがファン・マーネンの結果と合わないことから、最終的に、ファン・マーネンの測定は大きな系統誤差を含んでいる、と判断されたのだと思います。おそらく、これは、現代から見ても科学的に正しい手順であろうと思います。

_ 玉青 ― 2015年10月19日 06時58分19秒

あ、そうですね。我ながらちょっと変な発想をしていました。
詮ずる所、これはやっぱり視知覚の実験ではありませんから、確かに同じ方法で多くの人が測るより、別の方法をいろいろ試して比較した方が能産的ですね。
(まあ、意地の悪い人がファン・マーネンを試してやろうと、こっそり乾板にいたずらをしかける…なんていう人間ドラマはあり得たかも。)

_ S.U ― 2015年10月19日 17時33分02秒

こういうのは、実は、科学的というよりも、むしろ天文観測者の「頑固な職人気質」によるものであるところが大だと思います。でも、結局は、研究者の得心のいく方法で測定してもらうのがベストかと思います。

 現代は、大グループによる研究・開発事業になったので、なかなか個人のこだわりや意地が通りにくくなったのは遺憾ですが、それでも、電子デバイス開発やITソフトウェア開発には、それなりのこだわりを主張する人が多いように見受けます。

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