武蔵野個別指導塾の特徴

高校地学基礎宇宙の誕生と銀河—宇宙の広がりと天体の階層を図で整理する｜武蔵野個別指導塾

公開 2026.11.14更新 2026.11.14武蔵野個別指導塾の特徴高校の定期テスト地学基礎単元別

初期宇宙で原子核から原子ができる順序と、太陽・太陽系・銀河系の包含関係をたどります。入れ子の図を言葉に戻す問題で、天体の階層を整理していきます。

よくあるのは、高校生が銀河系と太陽系を同じ広さで囲む場面です。名前は覚えていても、太陽がどこにあり、銀河系にほかの恒星がどう含まれるかを考えずに円を並べると、関係が逆転します。まず学校の範囲表、授業ノート、ワーク、小テストの該当箇所を開き、使う語と図の範囲を確認してください。ここでは宇宙の始まりから銀河、太陽系までの関係を扱い、恒星の進化には立ち入りません。

図と文章で問われること

出方の1つは、宇宙の始まりについて、ビッグバン後の変化を時間順に並べる問題です。初期の高温・高密度の状態、膨張に伴う温度の低下、軽い元素の原子核や原子の形成を区別します。「水素とヘリウム」という語だけを覚えるのでなく、何が先で何が後かをたどると、選択肢の順序を判断できます。

もう1つは、銀河、銀河系、太陽系、太陽の関係を図や文に表す問題です。銀河は恒星や星間物質などが集まった天体の集団で、銀河系は太陽系を含む銀河の固有の呼び名です。太陽系は銀河系の一部なので、同じ大きさの別々の箱として描くことはできません。図が模式図なら、包含関係を示せても、円の直径から実際の大きさの比を読み取れません。

3つ目は、与えられた観測資料と解釈を結ぶ記述です。遠方の銀河の光の波長が長い側にずれる傾向は、宇宙の膨張を考える手掛かりです。資料に示された傾向と、その傾向から考える宇宙の状態を分け、資料にない個々の銀河の距離や速さまで決めないことが大切です。

名前の範囲と始まりの順序

宇宙は初期に高温・高密度の状態にあり、膨張しながら冷えてきたと考えられています。この始まりを説明する考え方がビッグバンです。空間の中のある場所から物質が周囲の空間へ飛び散ったという図だけで捉えると、宇宙の膨張の説明として誤解を招きます。膨張とは、十分大きな尺度で見た銀河間の距離が時間とともに広がることです。

宇宙が冷える過程では、まず軽い元素の原子核がつくられ、主に水素とヘリウムの原子核ができました。その後さらに冷えると、原子核と電子が結び付いて原子ができ、光が進みやすくなりました。原子核ができることと、電子を含む原子ができることは別の段階です。年代の数値を覚える問題にするのではなく、この順序と温度の変化を結び付けます。

銀河は多くの恒星や星間物質などからなる集団です。夜空に見える天の川は、私たちが銀河系の内部から多数の恒星などが集まる方向を見た姿です。銀河系の外にも銀河は存在します。「銀河」は集団の種類を表し、「銀河系」はそのうち太陽系が属する銀河を指す、と言い換えると区別しやすくなります。

図1のように、太陽は太陽系の中心にあり、太陽系は銀河系の中にあります。銀河系は宇宙にある銀河の1つです。太陽系の内側に銀河系が入ることはありませんし、銀河系と太陽系は同じ範囲でもありません。

図1は関係を示す模式図で、枠の幅は実際の距離や大きさの比を表しません。銀河系の円盤を上から見ると、太陽系は中心ではなく円盤内の中心から離れた場所にあります。別の銀河を太陽系の外に描くときも、銀河系の外に置く必要があります。

銀河系を描くとき、上から見た円盤の図と、横から見た円盤の図は見え方が違います。上からの図では中心から離れた円盤内に太陽系を置きます。横からの図でも、円盤の厚さや太陽系の点の大きさをそのまま実際の比と判断しないようにします。見ている方向と、図が何を示すためのものかを先に読むと、位置と形を混同しにくくなります。

水素とヘリウムについての答案でも、元素の名前と、それが原子核なのか原子なのかに注目します。原子核が先にできた段階では、まだ原子核と電子が結び付いた原子の形成を同じ出来事として扱いません。高温から冷えるという変化を間に置けば、2つの出来事を順に説明できます。銀河の形成や太陽系の形成はさらに後の出来事なので、初期の元素形成と同時に並べないようにします。

基本例題：入れ子を言葉に戻す

次は自作の模式図の課題です。宇宙を一番外側の枠とし、その中に銀河系、さらにその中に太陽系を描きます。太陽は太陽系の中の点とします。別の銀河Aも宇宙の中に描きますが、Aと銀河系は別の銀河とします。銀河系、太陽系、太陽、銀河Aをそれぞれどこに置くか、包含関係がわかるように答えてください。図形の寸法は考えません。

図2のように、まず一番広い範囲である宇宙を外枠にします。次に、太陽系が属する銀河が銀河系なので、その枠を宇宙の中に置きます。銀河系と同じ高さの関係にある別の銀河Aも宇宙の中に置き、銀河系の枠とは重ねません。

続いて銀河系の中に太陽系の枠を置き、その中に太陽の点を打ちます。したがって答えは、宇宙の枠の中に銀河系と銀河Aを別々に置き、銀河系の枠の中に太陽系、太陽系の中に太陽を置く、です。図2で太陽から外側へたどると、太陽系、銀河系、宇宙の順に枠を出ます。銀河Aはその経路には入りません。

逆向きにも確かめましょう。太陽系はどの銀河に属するかと問えば銀河系です。銀河Aは銀河系の別名かと問えば、条件で別の銀河とされているので違います。銀河という種類の中に銀河系と銀河Aがあることと、太陽系が銀河系の中にあることは異なる関係です。種類の分類と、場所の内外を混ぜないようにします。

銀河Aの枠を太陽系の中に移すと、別の銀河が銀河系の内部に入ってしまいます。条件にある「別の銀河」という言葉は、図の置き場所を決めるために必要です。図の枠を眺めるだけでなく、「太陽は太陽系に含まれる」「太陽系は銀河系に含まれる」と文章に直してみてください。条件に戻して両方が成立すれば配置は合っています。枠の幅を測って太陽系の実際の大きさを計算することは、この図からはできません。

資料からどこまで言えるか

次の自作資料を考えます。離れた銀河の光を調べると、基準となる波長と比べて長い波長側へのずれが見られました。多数の銀河について調べると、遠い銀河ほど後退する速さが大きい傾向が示されました。この資料を使い、宇宙の過去をどう考えられるか、「膨張」「高温・高密度」を使って説明してください。個々の銀河の距離や速さは求めません。

資料から直接読み取れるのは、遠い銀河ほど後退する速さが大きいという傾向です。この傾向は宇宙が膨張しているという考えを支持します。時間を過去へ戻して考えれば、十分大きな尺度で銀河間の距離は現在より小さかったと考えられます。ビッグバンの考え方では、さらに初期の宇宙は高温・高密度の状態にあったと説明します。

答えの例は「銀河の後退の傾向は宇宙の膨張を支持し、過去へさかのぼると宇宙は高温・高密度の状態にあったと考えられる」です。分かれ目は、観測した事実と、それを手掛かりにした過去の状態の推論です。光のずれそのものを高温の直接測定と言い換えると、資料の示す範囲を超えてしまいます。

また、膨張は銀河の中の太陽系が同じ割合で広がることを意味しません。重力などでまとまった構造の内部を、そのまま大規模な銀河間の傾向と同一視しないでください。波長のずれの向きが示されていない資料なら、勝手に長い側と決めず、何が読み取れないかを示す必要があります。

間違いの場所を描き直す

誤答の例は「銀河系と太陽系は同じ大きさの別の集団で、太陽は両方の外にある」です。名前が似ていても別の範囲を指すため、語を横に並べただけでは内外の関係が失われます。太陽が太陽系に含まれ、太陽系が銀河系に含まれるという2つの文に直してから枠を描き直します。

図3のように、左側の並んだ枠では太陽系が銀河系の外に出てしまいます。右側の入れ子では、太陽から外に向かって太陽系、銀河系の順にたどれます。図3は関係の修正を表し、面積の比を表すものではありません。

別の誤りは「ビッグバンで現在の銀河や太陽系がそのまま完成した」という記述です。初期の高温・高密度の状態と、冷却後に原子ができた段階、さらに後の銀河や太陽系の形成を同時にしていることが原因です。時間の矢印を引き、先に軽い元素の原子核、その後に原子、さらに後に銀河や太陽系という順に置き直します。

「宇宙が膨張するから、銀河は宇宙の外へ出ていく」という答えも注意が必要です。宇宙の外にあらかじめ空間を設け、銀河がそこへ移る絵を想像したためです。大きな尺度で銀河間の距離が広がるという表現に直し、図の外側を宇宙の外と決めないようにします。観測傾向を根拠に書くときは、何を観測し、そこから何を推論したかを分けます。

練習：範囲と時間を確かめる

次の問題はすべて自作です。先に4問を解き、それから解答と照らしてください。図は寸法を表さない模式図として扱います。

宇宙、銀河系、太陽系、太陽を、太陽を含む範囲が小さい順に並べてください。太陽は点として扱います。
次の出来事を古い順に記号で並べてください。ア：原子核と電子が結び付いて原子ができる。イ：初期の高温・高密度の状態。ウ：軽い元素の原子核ができる。エ：太陽系が形成される。
ある生徒は「銀河系の外にある銀河Bは太陽系の中にある」と書きました。「太陽系」「銀河系」を使い、矛盾する理由を1文で説明してください。銀河Bは銀河系とは別の銀河とします。
ある資料には、遠い銀河ほど後退する速さが大きい傾向が示されています。この傾向を手掛かりとして考えられる宇宙の変化を、「銀河間の距離」「膨張」を使って1文で書いてください。資料に個々の距離の数値はありません。

練習の答えとたどり方

太陽、太陽系、銀河系、宇宙の順です。太陽は太陽系にあり、太陽系は銀河系に属し、銀河系は宇宙にあります。答えを外側から読み戻し、宇宙の中の銀河系、その中の太陽系、その中の太陽となることを確認します。銀河系と太陽系の両方が「系」で終わっても、同じ大きさを意味しません。
イ、ウ、ア、エの順です。高温・高密度の初期状態から膨張して冷え、軽い元素の原子核ができ、その後、電子と結び付いて原子ができます。太陽系の形成はさらに後です。答えを元の出来事に戻すと、原子核ができるウは、その原子核を使って原子ができるアより前に置かれています。
「太陽系は銀河系の中にあるので、銀河系の外にある銀河Bは太陽系の中にはありません」です。太陽系の中なら銀河系の中でもあるため、銀河系の外という条件に反します。Bが銀河系と別の銀河であるという条件も、2つを同じ枠に入れない判断を支えます。図にするなら、銀河系の内側に太陽系、外側にBを置きます。
「遠い銀河ほど後退が速い傾向は、大きな尺度で銀河間の距離が広がる宇宙の膨張を支持します」です。資料の傾向を膨張の手掛かりとして使っています。個々の銀河の距離は与えられていないため、数値を付けて答えることはできません。答えを資料に戻すと、遠いほど後退が速いという傾向と、距離が広がるという説明が対応しています。