雑学界の権威・平林純の考える科学

　17世紀オランダの画家、ヨハネス・フェルメールが描いた「真珠の耳飾りの少女」は、美しい少女が口元に微かな笑みを浮かべるように見えるさまから「北方のモナリザ」とも称される名画です。オランダのデン・ハーグのマウリッツハイス美術館が所蔵する「真珠の耳飾りの少女」は、日本でも人気高いフェルメールの中で、最も愛されていると言っても過言でない名画です。現在では「真珠の耳飾りの少女」と呼ばれているこの作品ですが、少女が身につけている「耳飾り」は、実は「真珠じゃない」というのが定説です。

　この絵を所蔵するマウリッツハイス美術館も、「少女が身につけた耳飾りの大きさ（天然真珠にしては異常に大きい）」や「歴史背景（大きな天然真珠はフェルメールがモデルに身につけさせることができないような非常に高価なものだった…等）」といった理由を挙げて、以前から「おそらく、当時流行っていたヴェニス製の安いガラス製真珠風耳飾りだろう」と報告していました。マウリッツハイス美術館が「真珠の耳飾りの少女」という名前を使うようになったのも1995年以降で、それ以前は 「ターバンの少女（Girl with the Turban）」と呼ばれたり、「少女の顔（”Girl’s face”）」といった名前で呼ばれていました。「真珠の耳飾りの少女」と正式に名乗り始めたのも、（同名の映画が公開されたこともあり）この名前が広まったのも、実はごく最近のことです。

　昨年１２月には、オランダのライデン大学教授であるVincent Icke（理論天文学専攻）が、科学誌”New Scientist”に、耳飾りが周囲の光を反射するさまを、本物の真珠球やそうでないものを用いて比較実験を行った結果から、フェルメールが描いた耳飾りは「ガラスやスズ製だろう」と結論づけています。実際、この少女が身につけている耳飾りを眺めて、耳飾り本体の色に比べて（斜め左上から当たる光や下方のさまを反射する）反射光が強すぎて「真珠っぽくない」と感じていた人は多いと思います。Ickeはそれを実験的に検証した上で報告を行ったのです。このVincent Ickeの研究報告を受けて、マウリッツハイス美術館は「真珠の耳飾りを”付けていなかった”少女?」という紹介・解説（以前から紹介していたように、少女が身につけているのは”本当の真珠”ではないんですよ。面白いでしょう？…という）記事も書いています。

　「真珠の耳飾りの少女」が身につけている耳飾りは「球形状」ではなく「ティアドロップ形状」です＊。フェルメールは、この耳飾りを他の絵画中でも何回も描いています。フェルメールが絵を描く際に用いた「耳飾り」を眺めていけば、あぁこれはガラス製か何かの（半透明の真珠風）耳飾りなんだ…ということがわかるかと思います（参考：この記事下部に他８点のフェルメールが描いた”耳飾り”が挙げられています）。

　卓越した描画力を持つフェルメールが、真珠風の装飾具の見え方を忠実に描き出したことで、本物の真珠とイミテーションの違いも浮かび上がっていてるんだと考えつつ、名画を眺めてみるのも楽しいかもしれません。

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　右に貼り付けた画像は、新潟県工業技術総合研究所の阿部 淑人氏が、「フェルメールが描いた少女が、ティアドロップ形状のガラス製耳飾りを付けていたら、どんな風に見えるかを試しにレンダリングしてみた」コンピュータグラフィック画像です。青と黄色のターバンのように、エキゾチックでミステリアスで、何だかとても魅力的ですね。

　クリスマス・年末・新年会…シャンパンやビールを片手に立食パーティなどに参加する機会も多い時期です。話をするのが苦手だったりすると、そんな場は「手に持ったグラスを眺め、ただ飲み続ける時間」になったりします。けれど、それはあまりにもったいなさ過ぎる！というわけで、手に持ったグラスを眺める時間を新鮮で楽しい発見・研究タイムに変身させる「役立つ知識」をご紹介します。

　まずは、シャンパンをグラスに注ぎ、乾杯を終えたら、グラス中に昇る泡の動きを観察しておきましょう。そして、しばらく時間が経った後、もう一度、泡の動きをよく観察してみて下さい。…すると、シャンパンがグラスに注がれた当初は「たくさんの速い大きな泡が立ち上っていた」はずなのに、時間を経た後には、いつの間にか「小さめの泡が何列かに整列し、ゆっくり歩調を合わせて昇っている」ことに気づかされるはずです。

　しかも、自分のグラスだけでなく、周りの人たち（が手に持つグラス）の観察を…さも人を探しているかのように…観察してみれば、さらに面白いことに気づくかもしれません。それは、女性たちが手にするグラスの方が「小さめの泡が何列かに整列して、ゆっくり歩調を合わせて昇っている」という現象がより進んでいる、ということです。なぜ、そんな男女差が生じるのでしょうか？

　まず、シャンパンの「泡が上に浮かび上がっていく速度」や「泡の大きさ」について考えてみましょう。 泡が上に浮かび上がっていく速度は、泡の浮力と（浮かび上がろうとする泡を押し留める）抗力で定まります。 浮力は（泡が水を押しのける）体積＝粒径の３乗に比例して、抗力はおよそ粒径の２乗に比例するので、結果として、粒径が大きいほど速く上に昇っていきます。また、シャンパングラスの壁面（に付着した繊維・微小片）で生み出された泡は、昇っていく過程で次第に大きくなっていきます。それは、シャンパンに溶け込んでいた二酸化炭素が（シャンパンから放出され）泡に合わさっていくからです。そのため、結果的に、グラス下部で生まれた泡は、泡の粒径を大きく成長しつつ、上昇速度を速めながら上に昇っていくことになります。…これが、シャンパンをグラスに注いだばかりの当初の状態です。（参考：立ち上る泡の間隔や、時間をおって変化する泡の粒径や、泡の粒径と上昇速度の関係ーSparkling Wine, Champagne & Co – Part 3から）

（画像はSparkling Wine, Champagne & Co – Part 3から）

　注がれたばかりの時は、シャンパンにはたくさんの二酸化炭素が溶け込んでいます。だから、グラス下部で生まれた小さな泡は上昇するにしたがい、（封が開けたことで、密封下よりも低気圧下に置かれた）シャンパンから放出された二酸化炭素を含んで（まるで桃太郎が仲間を増やしていくかのように）成長して、泡は大きくなり・上昇速度を上げていきます。

　しかし、グラスにシャンパンが注がれてから時間が少し経った後には、シャンパンに溶け込んだ二酸化炭素の量が（温度や圧力に応じて溶け込むことができる量を基準にすると）減少しています。そのため、グラス下部で生まれた小さな泡は、上昇する中で粒径がそれほど大きくならずに、浮力と抗力が均衡する終端速度に達して・速度を変えないままで上昇していきます。つまり、グラス下部から上部まで、同じ程度の大きさの泡が、速度も泡の間隔もほぼ変わらないままに綺麗に並んで浮かび上がっていくことになります。

　この「シャンパンをグラスに注いでしばらくすると、小さめの泡が何列かに整列して、ゆっくり歩調を合わせて昇るようになる」という現象、実は「女性のグラスほど早く出現しやすい」のです。なぜかというと、シャンパンに溶け込むことができる二酸化炭素の量は女性のグラスの方が多く、シャンパンから二酸化炭素が放出されにくいため、比較的小さな粒径の泡で平衡状態となるのです。

　それでは、シャンパンに溶け込むことができる二酸化炭素の量が女性のグラスの方が多いのは一体なぜか？というと、女性は口紅などを付けていることが多く、口紅などは界面活性剤を含んでいて、シャンパンに界面活性剤の成分が溶け込むと、シャンパンに対する気体の溶解度が増大します（参考：The Solubilities of gases and surface tension, H.H. UHLIG, MIT, 1937）。その結果、温度や圧力に応じて溶け込むことができる量を基準にすると、女性が手に持つシャンパン・グラスの泡は大きく成長しにくく、小さな泡が等間隔で綺麗に並び、美しく鈴なりになり上昇していくことになるのです。

　…といったことを知っていれば、「ひとりグラスを眺める気まずく寂しいパーティー・タイム」も、新鮮で楽しい科学実験の時間に変身します。あるいは、テーブルに置かれたグラスを見れば、その泡の動きを手掛かりに、グラスの持ち主「性別」を推理することができたりします。…自分のグラスがどれだかわからない時、誰のものかわからないグラスを 飲もうとする時、科学知識を駆使すれば、男性同士の（シャンパン・グラス越しの）間接キッスを防ぐことができる…というのが今回の豆知識です。

　ドーナツ状の煙を打ち出し・煙の輪を遠くまで飛ばす「空気砲」は、空気流の動きが魅力的な楽しい科学実験です。 昔から行われる実験ですが、日本ではでんじろう先生ネーミングで大ブレイクしました。…今回は、驚くほどの超巨大な「空気砲」を眺めてみることにしましょう。

　まず、日本が誇る実験TV番組「ザ！鉄腕！DASH！」のDASH ご当地PR課 〜段ボールの町、埼玉県川口市で巨大空気砲どこまで飛ばせるか！？〜では、直径約５メートルもの段ボール製空気砲を、巨大ダンボール約220枚・重さ約1.6トンの段ボールを使って作り上げ、ドーナツ煙が３０ｍ以上も飛んでいく超巨大空気砲を作り上げています。2014年4月13日に放映されたこの超巨大空気砲は、現時点では、日本が誇るべき世界最大の人工空気砲でしょう。

　「現時点での世界最大の人工空気砲」と書いたのは、2017年には、もっと大きな人工空気砲が登場する予定があるからです。デンマークのコペンハーゲンに建設される廃棄物処理施設Amager Bakke（ Amager Hill, Amager Slope ）は、は直径２５メートル・高さ５メートルという超巨大なドーナツ状の煙を、常時（といっても時折ですが）空へと打ち出す計画になっているからです。一般的な施設のように排出ガスを煙突から空へ放出するのではなくて、ドーナツ状の白い煙リングを上空へ打ち上げるのです。

　…この廃棄物処理施設、３万１千平方メートルの広さで、屋上はあらゆるレベルのスキーヤーが楽しむことができるスキーコースまで設置されているという凄まじいコンセプトの人口建築物です（参考情報）。Amager Bakkeが打ち出す空気砲、一回の煙噴出あたり４分の１トンのCO2が含まれていて、その（排出量に応じて空へ放出されていく）CO2量を目に見えるようにする・数えることができるようにすることで、環境に対する（わたしたちの生活が生み出す）影響を（コペンハーゲンのみならず世界中から）目に見えるようにする…というものです。

　そしてもうひとつの「現時点での世界最大の人工空気砲」と書いた理由は、自然が「もっと巨大な空気砲」からドーナツ煙を空へとすでに何度も打ち出しているからです。…たとえば、イタリアのシシリー、エトナ山は火山活動が直径２００メートルという信じられないくらい巨大サイズのドーナッツ煙を打ち上げて１０分近くも空を漂わせ続けていたりしたことがあります。それ以外でも、こうした現象は（時折）世界のどこかで起きています（参考）。

　直径２５ｍから２００ｍまで…常識破りの超ビッグサイズな空気砲たちを眺めれば、いつも常識に捕らわれて・どうしたって狭くなりがちなわたしたちの世界が、少しづつ大きく広がって、そして見えなかったものが目に見えてくるのかもしれません。

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関連記事（宣伝）：インタラクティブに体感できる「空気砲シミュレーション」の作り方