地球の核：中心には何があるのか、どうやってわかるのか？

実際、今日でも、地球を掘削した最も遠い地点は約 12 km で、中心までの距離はその 500 倍以上の 6,370 km になります。

なぜ地球が丸いとわかるのか？

地球の中心があるという考えは、地球が球の形をしていることと密接に関係しており、私たちは長い間、円盤上に住んでいないことを知っていた。

中世の人々が地球は平らだと思っていたというのは俗説で、これは実際にはビクトリア朝の反宗教的プロパガンダと、当時の様式化された地図の間違った解釈からきている。

ギリシャの多才なエラトステネスが初めて地球の球の周りの距離を測定したのは2200年以上前で、それ以来、地球の中心があるはずだとはっきりしている。

ただし、初期の哲学者たちが現在の我々と同様に地球について考えていたということを意味するわけではありません。

古代ギリシャの物理学では、世界は4つの基本要素、すなわち土、水、空気、そして最後に火からなる一連の同心円状の球体で構成されているとした。

この最古の科学的イメージでは、地球の球体の中に空気があるはずがないため、その中心は固体でなければならなかった。

明らかに、地球の球は完全に水に囲まれておらず、乾いた土地もないため、地球の一部が突き出ていると考えられ、つまり大陸は1つしかないと考えられた。

地球が完全に中空だという発想があること。 ヴェルヌの本のように、広大な洞窟が中心まで続いているものは、古くからフィクションや神話で人気があり、疑似科学や陰謀論にも登場する。

しかし、天文学者のエドモンド・ハレーが1692年にいくつかの異常なコンパスの読み取りを説明するために空洞の地球を提案した以外、科学者がこの考えを真剣に受け止めていたことは明らかではない。

そして1798年に、イギリスの科学者と変人が、「空洞地球」仮説の棺に最後の釘を打ち込んだ。

地球の重さはどれくらい？

キャベンディッシュは変わった人物で、使用人と直接会うのを避けるために、メモを通じてのみコミュニケーションを取っていました。

シンプルなねじり天秤を使っているところ。 キャベンディッシュは、2つの大きな球が小さな球に及ぼす重力によって生じるねじれ力の大きさを測定し、2つの球の組の間の微弱な重力引力を計算することに成功しました。

これを地球自身の重力と比較することによって、彼は惑星の密度（そして地球の大きさはすでに知られていたので、その質量も）を計算することができた。

しかし密度の図は、深部のどこかに非常に密度の高い未知の物質がなければ、我々の惑星はほとんど固体でなければならないことを示したのだ。

今日、私たちは地球の内部を、厚さ5kmから75kmの外側の層である地殻、深さ約2,900kmに及ぶマントル、そしてここで関心のあるコアの厚さは、地球の中心から約3,500km離れており、2つの異なるセグメントを持つ3つに分けています。

コアの中心には、非常に熱いがまだ固いニッケル鉄の球体があり、その半径は約1,200kmである。 約5,400℃のこの内核は、太陽の表面に近い温度である。

しかし、これほどアクセスしにくい場所について、どうやってこのような詳細を知ることができるでしょうか？

核の1000キロメートル以内に近づくことさえ不可能に近いことから、すべての知識は間接的で、地震学（地震の科学）に依存しています。

地震後、地震波は地球を通り、通る物質によって形や方向を変える。 地球物理学者はこの情報をもとに、地球の核に何があるのかを推論しています。

このような波を測定する装置である地震計は、地球内部を探るための望遠鏡に相当します。

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20世紀初頭までに、地球を深く掘り下げるにつれて温度が上昇していることと、地震学者による地球波の分析が組み合わさり、地球の内部が少なくとも部分的に溶けていること、つまり岩や金属を液化させるほど熱いことが示唆されたのです。

波は地球の構造について何を教えてくれるのでしょうか？

波といえば、おそらく海で見られるような表面波を思い浮かべるでしょう。

地震で被害をもたらす地震波は表面を伝わる波ですが、地球の中を伝わる「体表波」も2種類あります。 P波（「P」は「primary」の略）は音と同じ縦波で、

進行方向に振動し、通過するときに地球を押し縮め、膨張させるものである。

P波は、花崗岩のような岩石では毎秒約5km、マントルの最も密度の高い部分では毎秒14kmと、速く伝わる。

体波の第2のタイプであるS波（「S」は「Secondary」の略）は、より遅い横波で、横から横へと移動している。 P波と違って、液体の中を通ることができないので、この2種類の波が、地球の核を理解するのに不可欠であることがわかったわけです。

巨大地震があったと想像してください。 波が地球の中を動き始めます。

P波は前方に、S波は約半分の速度で後ろに続いて発射されるのです。 どちらの波も、地面の振動を測定するための地震計で、地球上のいたるところで検出されます。

しかし、波がコアを通過して遠くの測定局に到達するところには、いわゆるシャドーゾーンが存在するのです。 震源地から地球の外周を約104度移動すると、波は消えます。 5593>

1906年には早くも、リチャード・オルダムがこの奇妙な影の意味を理解した。 オルダムはそのキャリアのほとんどをインドの地質調査所で過ごし、しばしばヒマラヤで仕事をした。

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1903年に英国に引退すると、それまでの数年間に蓄積したデータを生かして、地球の内部を探った。 5593>

そのような場合、P波は液体によって屈折し、光が水から空気に移るときのように曲がって、独特の影を残すだろう。

オルダムによる突破口は、広く受け入れられた溶融炉心という図式につながったが、30年後、インゲ・レーマンはオルダムの考えが単純すぎることに気がついた。

地球の中心にある高密度の液体によるP波の屈折は、完全な影を作り出すはずでした。

実際、レーマンの時代にはより感度の高い地震計で測定したところ、影の部分にはまだ微量のP波が到達していることがわかりました。

1929年のニュージーランド地震で惑星を通過したデータを研究し、レーマンはこれらの波が内部の固体コアと外部の液体の境界で反射されていると提唱したのです。

1936年に発表された彼女の結果は、2年後にベノ・グーテンベルクとチャールズ・リヒターによって確認され、固体コアの効果を正確にモデル化しました。

これらの反射地震波の直接測定は、1970年にようやく実現しました。

地球のコアは何でできているのか？

さらなる研究により、さらに微妙な波が検出され、その到達の遅れから、液体の外核をP波として横断し、内核で横方向のS波に変換され、出口でP波に戻らなければならなかった。 例えば、温度は、圧力下で物質がどのように溶けたり固まったりするかという実験的な研究からしか解明できないのです。

実際、コアが主に鉄とニッケルからなるという仮定は、天の川の我々の局所領域で異なる元素が発生する頻度と、我々の惑星の形成方法に関する理解の組み合わせからきています。

地球の中心部では、大気圧の300万倍以上という巨大な圧力がかかっており、物質は通常の状態とはまったく異なる働きをすることがあります。 その日の最大の科学ニュース、最新の特集、驚きのQ&A、洞察に満ちたインタビューなどをお届けします。 さらに、ダウンロードして保存できる無料のミニマガジンも付いています。

• この記事は BBC Focus 304号で最初に掲載されました