| 基準 | ナノパスカル (nPa) | ギガパスカル (GPa) |
|---|---|---|
| Atmospheric pressure at sea level | 1.01325 × 1014 nPa | 0.000101325 GPa |
| Healthy blood pressure (120 mmHg) | 1.6 × 1013 nPa | 0.000016 GPa |
| A car tyre | 2.2 × 1014 nPa | 0.00022 GPa |
| A racing bicycle tyre | 6 × 1014 nPa | 0.0006 GPa |
ナノパスカル は、パスカル の 10 億分の 1 にあたる圧力の単位です。記号は nPa です。圧力の目盛りの遠い端を示すもので、そこでは 面 を押す力という圧力の考えが役に立たなくなり、粒子が どれほど 少ないかを言うための言葉になります。
この単位のもっともはっきりした住まいは、極高真空です。ふつうの実験室の真空は ミリパスカル に届き、表面の物理や 加速器 の ビーム 管 が使う 超高真空 は マイクロパスカル に届きます。その下にあるのが ナノパスカル 以下の 極高真空 です。そこへ至るには、密閉した容器と、金属そのものから気体を追い出すための 200 度 で 何時間 もの焼き出しと、分子を押すのではなく捕らえる ポンプ が要ります。
その圧力でも容器は空ではありません。1 ナノパスカル には、なお 1 立方 センチメートル あたり 25 万 個ほどの分子があります。ずいぶん多く聞こえますが、同じ かさ の室内の空気にある 2500 京 個 と比べれば わずか です。大事なのは数ではなく 平均自由行程 です。分子はいまや、別の分子にぶつかるまでに 何千 キロメートル も進むので、隣に出あうよりずっと前に壁を打つのです。
まさにそこが 眼目 です。表面の科学は、試料が実験のあいだ きれいなままであることを求めますが、ふつうの圧力では、できたての面は およそ 1 ナノ秒 で吸着した気体の層に覆われます。1 ナノパスカル なら、同じ面が 何日 も きれいなままです。真空は空気を除くためではなく、時間を買うためにあるのです。
宇宙が自然な比べものになります。地球の低い 軌道 は およそ 1 マイクロパスカル で、まだ 大気 が 人工衛星 を引きとめ、やがて落とすほどには濃いのです。惑星のあいだの空間は ナノパスカル で数えます。星と星のあいだはさらにずっと低く、およそ 1 フェムトパスカル で、地上のどの ポンプ も並んだことがありません。最良の実験室の真空でさえ、星のあいだの空間より濃いのです。
光の圧力も似た領分に落ちます。太陽の光が完全に吸う面に当たると、地球の距離で およそ 4.5 マイクロパスカル を及ぼし、外側の 惑星 の距離では ナノパスカル まで下がります。太陽帆 はこの数で働くので、使える力を集めるには 巨大 で軽くなければならないのです。
1 ナノパスカル は、0.000000001 パスカル、0.001 マイクロパスカル、1000 ピコパスカル、あるいは およそ 0.000000000000145 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。
ギガパスカル は、10 億 パスカル にあたる圧力の単位で、GPa と書きます。1000 メガパスカル、1 万 バール です。材料科学が強さではなく剛性を示す単位であり、惑星の内部と高圧の実験室の圧力を言い表す単位でもあります。
おもな使い道は弾性率です。鋼の ヤング 率は およそ 200 ギガパスカル、銅は 117、アルミニウム は 70、ふつうの ガラス は 70、コンクリート は 30 前後、木材は 繊維 方向で 10 から 15、ゴム は 1 の 10 分の 1 にも達しません。これらの数は、材料がいつ壊れるかではなく、荷重のもとでどれだけ伸びるかを表します。同じ強さの鋼の 梁 が アルミニウム の 梁 より たわみ が小さい理由も、ここにあります。
ふつうの尺度の頂点を占めるのは ダイヤモンド です。その弾性率 およそ 1200 ギガパスカル は天然の材料として最高であり、だからこそ高圧の実験の 金床 に用いられます。ほかのどんな材料も、それだけ強く押す前に自分が変形してしまうのです。人造 ダイヤモンド は およそ 5 ギガパスカル と高温のもとで工業的につくられます。その圧力を保つためだけに建てられた 圧搾機 のなかでの仕事です。
地球の内部も同じ単位で語られます。地殻の底での圧力は およそ 1 ギガパスカル、マントル と 核 の境ではおよそ 136、惑星の中心ではおよそ 360 ギガパスカル です。実験室の ダイヤモンド アンビル セル は、いまや中心の値に達し、これを超えます。おかげで、惑星の内部条件のもとでの鉄と ケイ酸塩 のふるまいを、推し量るのではなく直に調べられるようになりました。
対比のために言えば、海の最深部が及ぼす圧力はわずか およそ 0.11 ギガパスカル です。この比べ方は覚えておく値打ちがあります。地質の圧力が、水にまつわるどんなものよりどれほど大きいかを示すからです。マリアナ 海溝の底は、地球の中心の圧力の 1000 分の 1 にすぎません。
ギガパスカル の下では メガパスカル が強さを言い表し、上には恒星の物理と理論のほかにはほとんど何もありません。テラパスカル が現れるのは、おもに 炭素 ナノチューブ の弾性率と、巨大惑星の内部です。ですから ギガパスカル は、実験室と技術者が働く範囲の、事実上の 天井 なのです。
1 ギガパスカル は、10 億 パスカル、1000 メガパスカル、1 万 バール、あるいは およそ 14 万 5000 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。