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太陽 って どんな星

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太陽は、銀河系に約2000億個あるといわれる星々の一個。
夜空にきらめく星たちも、見つめてみればわかります。
そう、一つ一つが輝いている太陽。
太陽がどんな星かを知ることは、宇宙に無数に散らばる星たちの正体に迫るということ。
さあ、ごいっしょに、太陽について考えながら、気軽な天文学散歩を楽しんでみましょう。

 

 今、太陽がおもしろい

2000年から2001年にかけて、DOPPELGANGER - DOD カマボコテント 3M タン T5-689-TNがおとずれます。肉眼でも見えるほど大きな黒点が発生したり、たくさんの黒点で太陽表面はにぎわっています。また、太陽の縁から立ち昇る炎・FRED - フレッド ケーブル サイズ16や、karrimor - Karrimor SF カリマープレデター30 サイドポーチ付き!という爆発現象が起こり、太陽という星がまさに生きているということを教えてくれます。
 今、一番熱い星・太陽。その驚くべき姿を見ていきましょう。

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 太陽プロフィール

 

    ●大きさは?

直径:約139万キロメートル

  (地球が横に109個も並ぶ大きさ)

     木星の約10倍
     地球と太陽の距離の108分の1
     

・体積:地球の130万倍
    

・地球から見た大きさ:31.9′
     
平均視半径:959″.64
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    ●重さは?


質量:地球の33万倍
  1.9891×1030kg

  (太陽系全体の99.8%を占めるほどの重さ)

 

 

太陽は、太陽系の中でもとびきり大きな天体。太陽系全体の99.8%を占め、すべての太陽系の天体の中心になっています。

 

    ●地球からの距離は?

約1億5千万㎞
   (平均:1億4959万7870km)

*これを
1天文単位(「1AU」)といい、太陽系の天体の距離の基準となります。

●光の速さで約8分半かかる距離
   (秒速299792km)

○新幹線「やまびこ」で、60年
○ジェット機で、17年
○自転車で、570年
○歩いていったら、2000年

●地球-太陽の距離は季節によってすこし変わる

地球は楕円軌道を描いているので、毎日少しずつ太陽との距離を変えています。

1億4709万km
       <近日点>
1億5088万km
       <遠日点>
         (2000年のデータ)

 

地球は、太陽を中心とする半径1億5千万kmの大きな円を、一年かけて、秒速30km=時速12万kmでぐるぐるまわっています。

 

 

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    ●太陽の温度は?

表面(光球)の温度:約6000度(5780K)

黒点の部分の温度:約3800度

太陽表面の黒いシミを「黒点」と呼びます。黒点は、何もない場所ではなく、まわりより少し温度が低いために明るさが弱いところです。太陽全体が見やすいように暗くするために、黒く見えるだけなのです。

中心の温度:約1600万度

なぜ、こんなに熱いのかは、「太陽の輝きのヒミツってなに?」
を読んでくださいね。

 

 

 

    ●太陽の明るさは?

地球から見たときの太陽の明るさは、マイナス27等星。
その明るさは、1等星の実に1560億倍。
地球上から見える、最もまぶしく光るものとなります。

膨大なエネルギー
 1秒間に太陽が放出するエネルギーの量は、文明の始まり以来、人類が消費してきたエネルギーの総量より大きい、といわれています。

●太陽から放たれるエネルギーは
   3.85×1026ワット
   
100ワット電球の385000000000000000000000000個分

●1秒間に1cm四方にあたるエネルギー(ただし地球の大気圏外)
   1.96カロリー  (これを太陽定数といいます)

1分間に地球が太陽からうける熱と光のエネルギーは、ダンプカー4000万台分の石炭をいっぺんに燃やした分とおなじ。
でも、太陽が四方八方に放つ全エネルギーの22億分の1にすぎません。

まぶしい光に要注意!

 沈もうとする太陽や、薄雲に隠れている太陽でも、じっと見つめると、目がおかしくなります。太陽を肉眼で観察したい場合は、必ず専用のフィルターを準備しましょう。
 <使用して良いもの>
   ○太陽観測用専用フィルター
   ○露光・現像済み白黒フィルム

 <使用していけないもの>
   ×露光・現像済みカラーフィルム
   ×半透明の下敷き
   ×サングラス

 また、左図のように、レンズは光を集めます。
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 それは、核融合反応
 太陽の内側(核)では、大量の水素が核融合反応を起こしていて、中心温度は約1600万度の高温、さらに2500億気圧の高圧状態となっています。
 核融合反応というのは、4個の水素原子が衝突を起こし1個のヘリウムに変わる反応のことです。
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太陽は、自然の原子炉、天然の原子核融合炉です。

 しかし、この核融合反応で作られたエネルギーは、すぐに私たちの目に見えるわけではありません。核で作られたエネルギーは、核や放射層という圧力が非常に高い部分でじわじわと伝わっていき、対流層で、浮かんだり沈んだりを繰り返しながら、約100万年(最近の研究では17万年)もかかって、やっと光として表面に出てくるといわれています。

 

    ●太陽は何歳? 何でできているの?

約46億歳
 
といっても、太陽ほどの星の寿命は100億歳とされていますので、人間の年齢に直すと、働き盛りの40歳くらいと考えていいでしょう。

 太陽は、星のお母さんともいうべき水素などの星間ガスがあつまってできた天体です。

 水素は、宇宙で最も多く存在するガスで、いまも星空のあちこちに広がっています。右の写真は、はくちょう座付近を特殊なフィルムとフィルターで撮ったもので、水素のガス星雲がたくさん写っています。

  さて、今から46億年前、太陽の近くで、一つの星が超新星爆発を起こし死んでいきました。その時の波動で、水素ガスが揺れ動き、濃い部分が自分の重力でさらにまわりのガスを集め、巨大なガス雲として成長して、太陽になったと考えられています。
 なお、太陽系には鉄や重い金属などがたくさんあることから、太陽は、超新星爆発を起こして死んだ星の、生まれ変わり(の生まれ変わり?)であるとされています。

 太陽がガスの集まりであることは、上の写真で、太陽の縁の部分が少しずつ暗くなっている様子からもわかります。

 太陽全体で見ると、
92%が水素、7%がヘリウム。残りの1%未満が、炭素・酸素・鉄などとなっています。

 

星空の中の水素ガス雲(はくちょう座付近)

 

    ●まぶしい太陽も、星々の中では?

太陽の絶対等級は4.8等
 絶対等級とは、10パーセク(32.6光年)離れてみたと仮定した際の星の明るさで、他の星と比較するのに役立つ明るさのモノサシです。

「パーセク」とは....
地球は太陽を中心に、半径1億5千万kmの大円を1年かけて回っています(公転)。これにより、星の見える位置は、微妙にズレることになります。
このとき、角度の1秒(1度の3600分の1)のズレとなるのが、3.26光年の距離。これを「1パーセク」とし、「光年」とともに、恒星など遠い天体の距離の単位とします。


 太陽の絶対等級が4.8等ということは、太陽を32.6光年離れて見れば、4.8等にしか見えないということ。夜空で見る4.8等なんて、けっこう暗い星ですよね。


 ちなみに、15光年以内には、太陽を含め46個の星があるとされていますが、その中での明るさをくらべると。
      第1位:おおいぬ座のシリウス。絶対等級で1.4。
      第2位:こいぬ座のプロキオン。2.6等。
      第3位:ケンタウルス座α星。4.4等
      第4位:太陽。4.8等
ということになります。
太陽は、46個中4位ですから、おお、大したもんだと思うかもしれません。

しかし、七夕の彦星(わし座のアルタイル)は絶対等級で2.2等。織り姫星(こと座のベガ)は0.5等。そのほかにも、太陽より大きな星は多く、宇宙の中での太陽は、けっして特別な星ではないのです。

 

太陽と明るさ・色・大きさが「うりふたつ」の星
日本からは見えませんが、南天の星座ケンタウルス座のアルファケンタウリがあげられます。
この星は、太陽から4.4光年の距離にあり、最も近い星(実際にはこの星の伴星で11等のプロキシマのほうが近い)として有名ですが、おりひめ星・ベガと同じくらいのちょっと明るい星にしかみえないのです。

 

 

 

 

 

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    ●太陽は将来どうなるの?

赤くて大きな星になり、最後はガスを吹き出し、白色わい星という小さな星となって一生を終えます

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 太陽の10倍ほどの大きな星になると、最期には、超新星爆発という大爆発を起こし、その一生を終えますが、太陽は......いったいどんなふうになってしまうのでしょうか?

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ヘリウムが多くなると、中心部は数千万度まであがり、水素核融合反応も激しく進み、今より50倍ほどの大きな星となり、明るさも2000倍ほどに増します。
さらに、ヘリウムが全体の半分にもなると、中心核でヘリウム反応が始まり、星の構造は一気に変化し、やがて大きさは現在の数百倍、明るさは現在の約1万倍にたっします。その大きさは地球を飲み込むほどで、すべてを焼き尽くされた地球も一生を終えます。
その後、太陽は、不安定な赤い「変光星」となり、外側のガスを放出していく。ヘリウム反応がすべておわると、こんどは炭素がエネルギーの新しい源にならない限り、最期には暗く小さな「白色わい星」となってしまいます。

でも、心配無用! ①の状態になるまで40億年。④まで50億年後の話ですから。

 

 太陽のしくみ

 

    ●太陽の断面図

①中心核(ちゅうしんかく)
        エネルギーの生まれるところ。
 約1600万度。密度は約160g/cm3
核融合反応で生まれたエネルギーは、初めは波長の短いγ(ガンマ)線のかたちで放出。

②放射層(ふくしゃそう)
       エネルギーが変換されるところ。
 輻射層ともよばれる。
 中心核周囲のガスはプラズマ状態で、γ線の衝突をうけてそのエネルギーをいったん吸収するが、再び、X線や紫外線などの次第に波長の長い電磁波として放出される。
 そして、さらに周囲のガス中の原子と衝突していって、より波長の長い光や熱などのエネルギーに変換されていく。

③対流層(たいりゅそう)
       エネルギーが運ばれるところ
 表面から約10万km。次第に圧力や温度が低下し、原子は電子を捕らえて電気的に中性となるので、電磁波を捕らえやすくなる。また、高い温度のガスは上に上がり、低い温度のガスは沈みながら、徐々にエネルギーが表面へと伝わっていく。

④光球(こうきゅう)
       エネルギーの生まれるところ
 いわゆる太陽の表面である。しかし、太陽はガスの集まりであるので、境界はない。温度は約6000度。深さは約300kmとされる。ここでは、黒点や白斑などの現象がみられる。

 

⑤彩層(さいそう)
        太陽の大気
光球面とコロナの間にある1500kmほどの薄い層。光球面より温度はやや高く、密度は低い部分。

 

⑥コロナ
       太陽の外層大気
太陽の外層をとりまく、温度が非常に高く、また密度の薄い電離したガス。

 

 太陽のさまざまな表情

 

    ●光球   -人間の目でみえる光(可視光)でみえる太陽の表情

太陽投影盤や、安全が保証されたフィルターを使って太陽の表面をみると、黒点が見られることでしょう。この黒点が見えるのが、太陽の表面「光球」です。ここでは、黒点のほか、白斑、粒状斑などの現象も見られます。

 

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太陽の黒いシミが黒点。
黒点は、何にもない場所ではありません。まわりより温度の低いところ。表面はだいたい6000度ですが、黒点は3800度。光が弱いぶん、黒く見えるのです。

大きな黒点をよくみると、黒点のまわりが薄暗くなっていることがあります。これを「半暗部」といいます。
また、黒点のすぐそばに、やや明るく白く光る部分が見られることがあります。これは「白斑」です。
さらに、大気の状態がよいと、光球面のいたるところに、砂粒を巻いたような細かな模様・「粒状斑」がみられます。

 

 

黒点のできるわけ

太陽も地球と同じように自転してます。しかし、太陽はガスの固まりですので場所によって回る速さが異なります。中央の赤道付近では、約25日で一回転。太陽の北極や南極のあたりだと一回転に36日もかかります。
 すなわち、太陽はねじれながら回っているわけです。これが黒点ができる原因!

 太陽も、地球と同様に、内部は密度が高くて回転しているので、自転車のダイナモの原理で、大きな磁石の力が対流層で作られます。

 ところが、場所によって回転の速さがちがうために、磁力の線つまり
磁力線も、ねじれていきます。ねじれて、巻き付いた磁力線は、どんどんゆがめられ、地球の磁力の3000倍以上に強まりながら表面近くに近づき、その一部が太陽の表面、つまり光球を突き抜けてくるんです。

 表面近くにまでやってきた磁力線は、熱が内部、つまり対流層から伝わってくるのをじゃまします。つまり、熱の伝わりがじゃまされ、熱が下が
り、黒点となります。 

 太陽の活動が活発になればなるほど、太陽の磁力もつよまって、大きな黒点が見えたり、黒点の数が増えるわけです。

 

 

 

 

 

2000年は、ジャノメミシン N788WTにあたる年

太陽は、約11年周期で活動が弱まったり、活発なったりを繰り返しています。今年は、1989年以来11年ぶりの活動のピーク(太陽極大期)をむかえ、黒点数の増加や大黒点の出現、その他さまざまな太陽現象が活発になることが予想されています。
 いまのところ、急激な活動の活発化はまだ見られていませんが、今年から来年にかけてピークがきそうです。

 

 

 

 

 

    ●彩層  -水素の出す光(Hα光)でみえる太陽の表情

 彩層は、光球面とコロナの間にある1500kmほどの薄い層。光球面より温度はやや高く、密度は低い部分です。

 

 

 

 

 


パレットおおさきには、水素の燃えて輝く光・Hα(アルファ)光だけを取り出して見る特殊な観測装置があります

これを使うと、彩層の様子が見えてきます。太陽が激しく活動する様子がよくわかります 

 

    ●黒点周辺の活動の様子

Hα光で太陽の様子を詳しく観察すると、黒点のほかに、白くぶつぶつと見えるところや、黒い筋などが見えてきます。

 彩層では、場所によって温度がちがうために、明暗のまだらがみえます。この白く明るい斑紋を「羊斑」とよび、黒点の近くなど太陽活動の活発な部分で明るく光る羊斑を「プラージュ」とよびます。

 まれに、黒点やプラージュの近くが急激に光を増し、米津玄師 バッグとなることがあります。

 

 

写真:の黒点群


 

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プロミネンス(紅炎)は、太陽面から外に高く吹き出すガスの突出で、炎のような形、アーチ型、竜巻型などさまざまな形をしています。また、短時間で出現・成長・衰退・消滅する変化の激しいものや、数日間も静止しているものなど、さまざまです。
その形や運動は、光球上の黒点群から来る磁力に影響されています。温度やガスの密度は、彩層にほぼ同じです。

激しく変化するプロミネンス

  

写真左:Hα光で見た光球(太陽表面)
中央:プロミネンス
右:(日本時間)から約2時間のプロミネンスの変化
                     (写真をクリックすると大きな画像が見られます)

 

    ●コロナ

 

 コロナは、太陽の外層をとりまく密度の薄いガスです。コロナ中の原子は電離しているので、コロナの大気はプラズマの状態となっています。

注:プラズマ:高温のガスの中の分子が、プラスの電気を帯びた原子核と、マイナスの電気を帯びた電子に分かれている状態。蛍光灯の中はプラズマの状態となっている。

コロナからは、電波・X線・紫外線が放たれています。

また、コロナは、温度が非常に高く、約200万度にもなっています。

 

 

 普段は、太陽表面の強烈なによって見ることはできませんが、皆既日食の時には、その大変美しい姿をみることができます。
 また、コロナの形は、太陽活動の極大期には円に近く、極小期に赤道方向に伸びた形になります。

写真:                
の皆既日食
殿村泰弘氏撮影、観測地:ブカレスト

青く広がるのがコロナで、赤い部分はプロミネンス

 太陽風は、コロナの中で高速で飛び回るイオンや電子が、太陽の引力を振り切り、惑星空間へ飛び出すプラズマの流れです。
ようこうなどのX線望遠鏡でみると、コロナの中に、コロナホールという暗い領域が見えることがあり、ここから、強い太陽風が吹き出します。

 

太陽に近づいて長くたなびく彗(すい)星の尾の方向は、太陽からの光の圧力だけでなく、太陽風にもよります。
彗星を観測することは、惑星空間での見えない太陽風を観測することにつながります。

 

デビコ彗星のイオンテイルの変化
      1時間30分で、レイ(流線)が尾の中心方向に収縮いくようすがわかる。

        

              

 

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    ●フレア(閃光)

 フレア(閃光)は、太陽のコロナの一部分で、突発的に多量のエネルギーが放出される爆発現象です。
 フレアによって、フレアがおこった部分の温度は数千万度近くまで上昇することが知られており、、また光の速度近くまで加速された電子ビーム、強い衝撃波などが発生します。
 フレアは、多いときには1日に数回も発生することがあり、太陽活動が活発化するにしたがい、しばしばみられる。
 フレアによって、強いX線が発生しますが、これが地球の電離層を乱してデリンジャー現象をおこします。また、1日~数日後に飛来する電子や陽子は地磁気を乱して地磁気嵐やオーロラを発生させることがあります。
 フレアは、Hα光など限られた波長でしか見られませんが、太陽が非常に活発な時などには、まれに白色光でも非常に明るい斑点として観測されることがあります。これを白色光フレアといいますが、大変珍しい現象です。

 

パレットおおさきで捕らえたフレア()

  

フレアは、放出されるX線の強さによってA・B・C・M・Xの5段階、
Hαで見た際の明るさはS・1・2・3の順で大きさを示し、f・n・bの三段階の添字を付ける。
上のフレアは、M1.7/1nクラスの中規模フレアだった。

パレットおおさき太陽アルバム(太陽フレアの画像など)
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