宇宙を思い浮かべる⑨「太陽」

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自ら光輝く恒星である太陽の姿

DATA赤道半径 : 696000km
自転周期 : 25.3800日
質量(地球=1) : 332946

太陽は地球に最も近い恒星です。半径6.96✕108m(地球の109倍)、質量1.99✕1030kg(地球の33万倍)の巨大なこの天体は、水素とヘリウムを中心とする気体からなります。

表面温度は5780K、スペクトル型がG2Vに分類される主系列星で、可視光から赤外線の波長域の電磁波でエネルギーを放射しています。これでも天の川銀河の中では標準的な恒星と言われています。

太陽の構造と進化については理論的な研究が進み、重力と圧力が釣り合う静水圧平均にあり、中心部で生成するエネルギーを表面まで輸送して放射するガス球体として標準的なモデルが確率されてきました。

電磁波で直接内部を観測することは現在はできませんが、表面の振動の解析などによって内部構造の見解が少しずつ進展し、理論モデルと比較できるようになってきました。核融合を起こしている内心部、電磁波でエネルギーを運ぶ放射層、半径の30%の深さから表面までの対流層に分かれています。

太陽の表面と大気の層

太陽は実は気体で、地球がもつ岩盤の地殻のような明確な表面は存在していません。

しかし、いつも見ている太陽はくっきりとした円盤状ですね。太陽の大気が可視光線で見通せるのは深さ400km程度で、これより深くは不透明になります。

太陽の半径70万kmに対してこの大気層は十分薄いので、はっきりとした境界のように見えています。この大気層を「光球」と呼びます。

光球をよく観察してみると中心部よりも辺縁部が暗くなっています。中心部では内部の高温・高輝度領域からの放射が透過してくるのに比べ、辺縁部ではより低温の外部大気の放射のみを見ているからなのです。

光球より外側の大気は温度構造が大きく変化し、彩層とコロナに区分されます。厚さ数1000kmの彩層中では6000Kの光球面から1万Kまで温度が上昇していきます。その外側の遷移層で急激に温度が上昇し、100万Kにも達する温度大気コロナが惑星間空間に広がっています。

核融合反応

分子雲から誕生した原始太陽は収縮によって解放される重力エネルギーを熱に変換して温度を上昇させましたが、107Kを超えると水素原子が核融合反応を起こし、エネルギーを生み出しはじめます。

中心核で発生する熱が外向きの圧力を生み出し、恒星全体の質量を支えています。内部で発生するエネルギーは放射によって太陽外部に流出するエネルギーと釣り合っています。

太陽中心部は1500万K、2500億気圧という高温・高圧状態になっていて、この環境下で4つの水素原子核(陽子)が1つのヘリウム原子核へと転換される陽子ー陽子連鎖反応(p-pチェイン)と呼ばれる核融合反応が進行します。

この過程で4個の陽子が持っていた質量エネルギーの一部が光エネルギーなどに転換され、太陽を輝かせる熱源となっています。

陽子ー陽子連鎖反応によって生じるエネルギーは、γ線とニュートリノによって運び出されます。γ線は周囲の電子に散乱されるため太陽表面に到達するまでに膨大な時間がかかりますが、ニュートリノはほとんど衝突せずに太陽をそのまま脱出します。

このため、太陽ニュートリノの観測によって、太陽中心の核融合反応を直接的に検証することができます。

日食予定②

年月日種類見られる場所
2025年3月29日部分北大西洋、ヨーロッパ北部など
9月22日部分南極、ニュージーランドなど
2026年2月17日金環南極
8月13日皆既北極付近、ヨーロッパ西部など
2027年2月7日金環南大西洋、南米、南大西洋など
8月2日皆既アフリカ北部、インド洋など
2028年1月27日金環南米北部、大西洋など
7月22日皆既インド洋、オーストラリア、ニュージーランドなど
2029年1月15日部分北米など
6月12日部分北極付近、ヨーロッパ北部など
7月12日部分南米南部
12月6日部分南極
2030年6月1日金環日本、ユーラシア大陸北部など
11月25日皆既アフリカ南部、南インド洋、オーストラリアなど