天文宇宙検定2級 ① 宇宙七不思議

宇宙の最先端トピックをまとめて概観する分野です。約138億年前のビッグバンから宇宙の晴れ上がり、インフレーションといった宇宙の歴史、ブラックホールの事象の地平面やシュバルツシルト半径、ダークマター・ダークエネルギーの構成比、そしてドレークの式やフェルミのパラドックスなど地球外文明論まで幅広く問われます。他分野の総論的な導入にあたり、キーワードと概数(誕生から38万年で晴れ上がり等)をセットで押さえておくと、以降の各分野の理解がスムーズになります。

この分野の問題35問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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1宇宙は約何億年前に誕生したと考えられているか

  1. A約138億年前
  2. B約200億年前
  3. C約100億年前
  4. D約150億年前
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正解:A約138億年前

宇宙は約138億年前に誕生したとされている。

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22019年に初めて直接撮像されたブラックホールの「影」を何と呼ぶか

  1. Aブラックホールシャドウ
  2. B特異点
  3. C事象の地平面
  4. D降着円盤
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正解:Aブラックホールシャドウ

ブラックホール周囲の光が曲げられてできる中心の暗い領域をブラックホールシャドウと呼び、2019年に初めて直接撮像された。

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3天の川銀河の中心には、太陽の約何倍の質量をもつ巨大ブラックホールがあると考えられているか

  1. A約4000万倍
  2. B約400万倍
  3. C約4億倍
  4. D約40万倍
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正解:B約400万倍

天の川銀河の中心には太陽の約400万倍の質量をもつ巨大ブラックホールが存在している。

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4SS433から噴出しているジェットの速度は光速の約何%か

  1. A36%
  2. B16%
  3. C26%
  4. D46%
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正解:C26%

SS433のジェットの速度は光速の26%にのぼることがわかっている。

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5M87のブラックホールの質量は太陽の何倍と見積もられたか

  1. A約4000万倍
  2. B約400万倍
  3. C約65億倍
  4. D約650億倍
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正解:C約65億倍

イベント・ホライズン・テレスコープのデータから、M87のブラックホールの質量は太陽の65億倍と見積もられた。

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6アンテナ銀河が衝突中である場所は、どの星座の方向か

  1. Aわし座
  2. Bいて座
  3. Cおとめ座
  4. Dからす座
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正解:Dからす座

アンテナ銀河は、からす座の方向、約6000万光年の距離にある。

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7超光度X線源(ULX)について正しい説明はどれか

  1. A可視光でのみ観測される
  2. B星の材料となるガスが枯渇した天体である
  3. Cブラックホールや中性子星などのコンパクト天体がガスを吸い込んで明るく輝いている
  4. D必ず銀河の中心核に存在する
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正解:Cブラックホールや中性子星などのコンパクト天体がガスを吸い込んで明るく輝いている

ULXはブラックホールや中性子星などのコンパクト天体が大量のガスを吸い込み、強いX線で明るく輝いていると考えられている。

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8宇宙が誕生した際の火の玉状態の温度と圧力はどのようなものだったか

  1. A極低温・低圧
  2. B高温・高圧
  3. C高温・低圧
  4. D低温・高圧
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正解:B高温・高圧

宇宙は非常に小さな高温で高圧の火の玉状態で誕生した。

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9宇宙の膨張を示す例えとして頻繁に用いられるものはどれか

  1. A水に広がる波紋
  2. B熱せられた金属球
  3. Cシャボン玉
  4. Dゴム風船
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正解:Dゴム風船

ゴム風船の表面に銀河が散らばっていて、風船を膨らませると銀河同士が離れていく様子が例えられる。

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10現在の宇宙の成分として、最も高い割合を占めているものは何か

  1. Aニュートリノ
  2. B原子などの物質(バリオン物質)
  3. Cダークエネルギー
  4. Dダークマター
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正解:Cダークエネルギー

現在の宇宙はダークエネルギーが約68%を占めている。

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11プランク時間よりも短い時間についてどのようなことが言えるか

  1. A物理的な意味がなく、理論的な議論ができない
  2. Bインフレーションの原因である
  3. C物理的な意味があり、計算可能である
  4. D過去の宇宙の姿を解明する手がかりになる
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正解:A物理的な意味がなく、理論的な議論ができない

プランク時間より前は物理学的な理論ができない。

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12ブラックホールのシュバルツシルト半径を求める式において、使用される物理定数として正しい組み合わせはどれか

  1. A光速とボルツマン定数
  2. B万有引力定数とプランク定数
  3. C光速と万有引力定数
  4. Dプランク定数と光速
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正解:C光速と万有引力定数

シュバルツシルト半径の式は光速(c)と万有引力定数(G)と質量(M)で表される。

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13ブラックホールの内部に落ち込んだ物質はどうなると考えられているか

  1. Aワームホールを通じて別の場所に移動する
  2. Bブラックホールから噴出するジェットになる
  3. C特異点から外部へ光として放出される
  4. D内部に留まりブラックホールの質量を増加させる
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正解:D内部に留まりブラックホールの質量を増加させる

内部に留まりブラックホールの質量を増加させていると考えられている。

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14ブラックホールの質量分布において、「ブラックホール砂漠」とはどのような領域を指すか

  1. Aブラックホールが蒸発して消滅した領域
  2. B恒星質量と超大質量の中間質量ブラックホールがほとんど見つからない領域
  3. Cダークエネルギーの影響でブラックホールが形成されない領域
  4. Dブラックホールが全く存在しない宇宙の果て
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正解:B恒星質量と超大質量の中間質量ブラックホールがほとんど見つからない領域

中間質量ブラックホールがほとんど見つかっていない質量範囲をブラックホール砂漠と呼ぶ。

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15ドレークの式における「L」は何を意味するか

  1. A文明が発生する環境の数
  2. B生命が進化する確率
  3. C技術文明が通信を送れる年数
  4. D星の誕生率
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正解:C技術文明が通信を送れる年数

Lは発達した技術文明が実際に通信を送ることが可能な年数である。

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16カルダシェフによる文明の分類において、タイプⅡ文明の定義は何か

  1. A恒星規模のエネルギーを利用する
  2. Bブラックホール規模のエネルギーを利用する
  3. C銀河規模のエネルギーを利用する
  4. D惑星規模のエネルギーを利用する
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正解:A恒星規模のエネルギーを利用する

カルダシェフ分類ではタイプⅠが惑星規模、タイプⅡが恒星規模、タイプⅢが銀河規模のエネルギーを利用する文明とされる。

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17「宇宙人がいるなら、そいつらはどこにいるのか」という問いを何と呼ぶか

  1. Aドレークの式
  2. Bフェルミのパラドックス
  3. Cマルチバース論
  4. Dダイソン球仮説
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正解:Bフェルミのパラドックス

これは物理学者エンリコ・フェルミが問うたとされるフェルミのパラドックスである。

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18植民のステップを500年で10光年進むと仮定したモデルで、植民の波が天の川銀河全体に広がるのにかかるとされる期間はどれか

  1. A5億年
  2. B50億年
  3. C5000万年
  4. D500万年
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正解:D500万年

500年で10光年進むと仮定すると、銀河全体への植民は約500万年で完了する計算になる。

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19ダイソン球の目的として適切なものはどれか

  1. A太陽エネルギーを漏れなく利用すること
  2. Bブラックホールに物質を吸い込ませること
  3. C宇宙のインフレーションを観測すること
  4. D宇宙人の文明を発見すること
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正解:A太陽エネルギーを漏れなく利用すること

ダイソン球は太陽エネルギーを漏れなく利用するための構造体である。

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20多宇宙(マルチバース)の「レベルⅡ」の説明として適切なものはどれか

  1. A同じ宇宙だが無限に遠くにある領域
  2. B物理法則は同じだが物理定数が違う世界
  3. C量子力学の多世界解釈によるもの
  4. D魔法世界のような数学的構造が異なる世界
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正解:B物理法則は同じだが物理定数が違う世界

レベルⅡは物理法則は同じだが物理定数が違う世界を指す。

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21宇宙が晴れ上がったのは、ビッグバンから何年後のことか

  1. A2億年後
  2. B10億年後
  3. C138億年後
  4. D38万年後
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正解:D38万年後

宇宙誕生から約38万年後に、光が直進できるようになった(宇宙の晴れ上がり)。

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22第一世代の基本粒子(レプトン)に含まれるものはどれか

  1. Aグルーオン
  2. Bアップクォーク
  3. C電子
  4. Dダウンクォーク
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正解:C電子

電子はレプトンの一種であり、第一世代の基本粒子である。

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23強い力(強い相互作用)を媒介する基本粒子はどれか

  1. Aニュートリノ
  2. Bトップクォーク
  3. Cグルーオン
  4. Dフェルミオン
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正解:Cグルーオン

強い力を媒介する基本粒子はグルーオンで、力を伝えるボソンの一種である。

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24ブラックホールに関する「事象の地平面」の正しい説明はどれか

  1. Aガス円盤の表面のこと
  2. B周囲の空間が歪んで光すら脱出できない領域の境界
  3. Cブラックホールの中心にある特異点のこと
  4. D物質的な壁のような境界がある
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正解:B周囲の空間が歪んで光すら脱出できない領域の境界

事象の地平面は空間における境界であり、物理的な壁ではない。

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25宇宙におけるダークマターの割合は約何%か

  1. A27%
  2. B80%
  3. C68%
  4. D5%
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正解:A27%

ダークマターの存在比率は約27%である。

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26ブラックホール天体のタイプとして存在しないものはどれか

  1. Aライスナー・ノルドシュトルム・ブラックホール
  2. Bカー・ニューマン・ブラックホール
  3. Cボルツマン・ブラックホール
  4. Dシュバルツシルト・ブラックホール
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正解:Cボルツマン・ブラックホール

ブラックホールは4種類(シュバルツシルト、ライスナー・ノルドシュトルム、カー、カー・ニューマン)が存在する。

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27太陽の質量(約2×10の30乗kg)をもつブラックホールのシュバルツシルト半径は約何kmか

  1. A約30km
  2. B約300km
  3. C約3000km
  4. D約3km
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正解:D約3km

太陽質量のブラックホールの半径は約3kmになる。

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28高度な宇宙文明が多数あるはずなのに痕跡が見つからないという矛盾が、より強まるのはどのような場合か

  1. A宇宙文明の数が少ない
  2. B宇宙文明が短命である
  3. C文明が他の星へ通信できない
  4. D宇宙文明の伝播速度が速い
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正解:D宇宙文明の伝播速度が速い

伝播速度が速ければ短期間で銀河全体へ広がるはずで、それでも痕跡がないため矛盾(フェルミのパラドックス)が強まる。

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29人類初の宇宙人探査計画として知られるのはどれか

  1. Aハッブル計画
  2. Bオズマ計画
  3. Cアポロ計画
  4. Dカルダシェフ計画
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正解:Bオズマ計画

フランク・ドレークが行ったオズマ計画が人類初の宇宙人探査計画である。

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30宇宙が生まれて2億年頃に起こった出来事はどれか

  1. A最初の星の誕生
  2. B宇宙の晴れ上がり
  3. C生命の発生
  4. D太陽系と地球の誕生
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正解:A最初の星の誕生

宇宙誕生から約2億年頃に、最初の星が誕生し、宇宙の再電離が起こった。

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31宇宙の歴史の出来事を古い順に並べた場合、正しいものはどれか

  1. Aクェーサー形成→インフレーション→宇宙の晴れ上がり
  2. Bインフレーション→宇宙の晴れ上がり→クェーサー形成
  3. Cインフレーション→クェーサー形成→宇宙の晴れ上がり
  4. D宇宙の晴れ上がり→インフレーション→クェーサー形成
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正解:Bインフレーション→宇宙の晴れ上がり→クェーサー形成

インフレーション(誕生初期)→宇宙の晴れ上がり(38万年後)→クェーサー形成(10億年後以降)の順である。

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32ブラックホールの内部の「特異点」についての説明はどれか

  1. A宇宙の始まりと同様に未解決の謎の場所である
  2. Bジェットが噴出する出口である
  3. C事象の地平面の外側にある場所である
  4. D光が観測できる場所である
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正解:A宇宙の始まりと同様に未解決の謎の場所である

特異点は極めて奇妙な状態にあり、現在の物理学では未解決の場所である。

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33太陽の進化の過程で、約50億年後に太陽は何になると考えられているか

  1. A白色矮星
  2. B赤色巨星
  3. C中性子星
  4. Dブラックホール
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正解:B赤色巨星

太陽の中心部の水素が燃え尽き、膨張して赤色巨星になる。

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34「宇宙の晴れ上がり」の現象とは何か

  1. Aプラズマ状態の水素が中性水素になり光が直進できるようになったこと
  2. B銀河が次々と誕生したこと
  3. C宇宙が非常に高温になったこと
  4. Dブラックホールが成長したこと
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正解:Aプラズマ状態の水素が中性水素になり光が直進できるようになったこと

電子が原子に取り込まれ、光が直進できるようになる現象である。

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35太陽規模(10の26乗W)のエネルギーを利用する文明は何タイプとされるか

  1. AタイプⅣ
  2. BタイプⅢ
  3. CタイプⅠ
  4. DタイプⅡ
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正解:DタイプⅡ

恒星(太陽)の放射規模である約10の26乗Wのエネルギーを利用する文明はタイプⅡに分類される。

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