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太陽の正体(その1):太陽の諸元
太陽 には、ほとんど毎日お目に掛かりながら、そして一番恩恵を被りながら、その‘内容・中身’についてほとんど知らない。丁度自分の‘親’みたいな存在である。人類は太陽なくしては生きられないから、実質的にもやはり太陽は‘親’である。

太陽・朝日
太陽 http://hp-sozai.net/pic_sea13.html


さて、今回シリーズ物として少々詳しく‘太陽’について調査したかったのは、地球に存在する「‘元素’の誕生 」について我々が余りにも‘無関心’で、その有難味に敬意を払っていない事を深く反省しようと思ったからである。

どうやら人間の悪い癖は、‘一番大事なもの’に敬意を払わない事であると思えて仕方がない。

親を尊敬しない、先祖を大事にしない、空気の有難味を忘れて空気を汚す、それに最も恐ろしきことは‘人命’を軽んじて‘戦争’を引き起こす。何となく‘国家’と称する団体は‘暴力団’に置き換えられそうに思える。

暴力団が‘飛び道具’を持つと‘不法所持’で没収され逮捕されるが、国家が‘武装’しても何らお咎めが無いどころか国民の要求とさえなっている。

何とも不思議なことが地球上の人類間で起きている。

暴力団同士の抗争が止まないのと全く同様に、国家間の争いは絶えない平和運動は本当に無意味なのだろうか?


さてさて、解決の難しい問題は、今の政府と同様‘先送り’をさせていただいて、早速本題の‘太陽の正体’の調査に取り掛かりたい。通常の事と同じく、判っている人達には判っているが、判らない人達にとっては‘太陽の正体’は全く判っていない。

判っていることと言えば、多分‘太陽の表面温度’が、約6,000℃と言うことぐらいだろうか?
たったそんなことしか知らなくても人間は生きて行かれる。そして、一番恩恵を受けているのに人類は太陽に何ら‘恩返し’や‘御恩報じ’をしない。勿論、‘太陽への御恩報じ’って何をする事かって聞かれてもそれは答えられないが・・・。

<太陽の諸元> http://jupiterone.dip.jp/sun/basic/index.html


<太陽に関する基礎データ>

【太陽の諸元】

項目 値 比較 解説

直径 1,392,000 km 地球の109倍 太陽をバスケットボールとすると地球はゴマ粒くらいですね。
因みに太陽の直径とは私たちが普段見ている光球と呼ばれる部分の直径を指します。

質量 1.9891 ×1030 地球の333,400倍 太陽は太陽系の質量の実に99.9%を占めています

平均密度 1.411 g・cm-3 地球の0.26倍 太陽の大半はプラズマ状のガスです。そのため平均密度は地球を大きく下回りますが、大きな質量をもつ太陽の中心付近では想像を絶する高温、高圧、高密度状態となっています。

表面重力 274 m・s-2 地球の27.6倍 表面重力は太陽の光球表面の重力です。

自転周期 赤道付近 27日6時間36分
緯度75°付近 31日19時間12分 - 太陽は主にガスで構成されているため赤道付近と極付近では自転周期が異なります。
このことは太陽の黒点活動の原動力となっています。

組成
水素   73.46 %
ヘリウム 24.85 %
酸素   0.77 %
炭素   0.29 %
鉄    0.16 %
ネオン  0.12 %
窒素   0.09 %
ケイ素  0.07 %
など -

太陽は水素からヘリウムを核融合する際に出るエネルギーと自身の重力とのバランスにより星の形を維持しています。

温度
表面温度  5,780K(1)
中心温度  150,000,000K
コロナ温度 1,000,000K以上 - 太陽表面(光球)より外側にあるコロナの温度がが表面温度よりもはるかに高いことは太陽の不思議の一つとされ、そのメカニズムはいまだ解明されていません。

地球からの距 平均149,598,000km - この距離を天文学の世界で1天文単位(AU)と言います。

(1) K(kelvin)は絶対温度の単位、-273.15℃を 0 Kとすし、1Kの刻みは摂氏(セルシウス度)と同じでです。
温度は物質を構成する原子や分子の振動エネルギーの大きさその物であり、 0 Kの意味するものはすべての原子や分子の振動エネルギーがゼロになることを示します。したがって0Kより低い温度は理論上存在しません。



<太陽の構造>

太陽内部(光球の内側)は中心から半径の20%くらいまでが核、同20%~70%くらいまでが放射層、70%~100%が対流層と呼ばれる3層構造になっています。またその外側には彩層、コロナなどが存在します。

【太陽の内部構造】

名称 半径 説明

中心から半径の20% 温度150,000,000K、気圧2,500億気圧、密度1.56 ×105 kg/m3の環境により4つの水素原子核(陽子)が2つの陽子と2つの中性子からなるヘリウムの原子核に核融合されます。

太陽内部での核融合反応
http://spaceinfo.jaxa.jp/ja/sun.html

この核融合時に若干の質量の損失が発生し、この質量がエネルギーとして放出されます(1)。

放射層(輻射層) 半径の20%~70% 核で生成されたエネルギーが電磁波、放射線などの放射減少により熱輸送される層です。

対流層 半径の70%~100% 放射層により運ばれたエネルギーがプラズマ化されたガスの対流として熱輸送される層です。

光球 半径の100% 対流層の最外部で見た目の太陽そのものです。

太陽 光球
光球 http://adk.astronet.pl/slonce1.shtml

低温層 500km程の厚さ 太陽の構造で最も低温な部分です。

彩層 数千~1万km程の厚さ コロナと光球の間の薄いガスの層です。皆既日食の際、コロナの内側にピンク色の層として見られます。
太陽の磁力線の影響でこの層からコロナの低層にかけて紅炎(プロミネンス)が発生する場合があります。

コロナ 太陽半径の10倍程度 太陽の外層にある数百万度の高温の層です。皆既日食の際に太陽の外側に放射状の構造として見られるのは皆さんもご存じですよね!

(1) 質量とエネルギーの関係はアインシュタインの有名な方程式 e = mc2で表されます。
  m=質量,c=真空中の光の速度。



<太陽の表面の現象>

太陽表面は、私たちが通常目にする太陽で光球と呼ばれます。太陽の直径はこの光球の直径を指します。
光球の表面では様々な現象が発生します。

【太陽表面の現象】

現象 説明

太陽の黒点

 ニュージャージー工科大学の新型望遠鏡ニュー・ソーラー・テレスコープ(New Solar Telescope)で撮影された太陽の黒点(2010年7月2日撮影)。8月下旬公開のこの画像は、可視光下で最も詳細に黒点の様子をとらえているという。
http://www.nationalgeographic.co.jp/news/news_article.php?file_id=2010083101

黒点 太陽表面の一部が周囲よりも温度が下がった部分。
温度が下がることにより、明るい太陽を観測するために減光されると黒く見えることから、この様に呼ばれます。
これは太陽の内部の磁力線が高緯度ほど遅くなる自転の影響でねじれて表面に出現したものと考えられています。
黒点はおよそ11年周期で増減を繰り返します。黒点の最も多い時期を極大期、反対に少ない時期を極小期と呼びます。
極小期を迎えると次の周期の始まりとして中緯度付近で黒点が発生し、次第に低緯度に発生位置が移動していきます。この黒点の発生緯度を縦軸、時間を横軸に記録をとると凡そ11ごとに蝶が翅を広げたようなグラフが出来ます。このためこの記録を蝶々図と呼びます。
また、極小期に次の周期に移るさいに太陽の磁極が反転します。つまり2周期で磁極が元に戻ることになり、従ってこの黒点活動は凡そ22年周期の現象であると言えます。

白斑と黒点
太陽の白斑と黒点の画像・光球の温度が高い部分が白斑、温度の低い部分が黒点(C) NASA
http://www.gingadan.com/sun.html

白斑 黒点と反対に周囲より温度が高いために白く見える部分です。これも黒点同様の太陽磁場の影響によるものと考えられています。ただし、黒点のような周期性は見られず極小期でも磁場の強い部分によく表れます。

フレア コロナホール
フレア コロナホール http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20050119/100757/?SS=imgview&FD=1777373965

フレア 太陽コロナの爆発現象です。黒点付近で発生することが多く、発生すると大量のX線や荷電粒子(太陽風)を放出します。
フレアが発生する太陽風は、地球大気圏外で活動する宇宙飛行士の健康に重大な影響を与える程で、時には致死量に至ることもあります。このため宇宙船や宇宙ステーションには放射線から宇宙飛行士を守るためのシェルターが用意されています。

太陽の粒状斑
粒状班(グラニュレーション) http://captainfanta.cocolog-nifty.com/blog/2006/11/post_d089.html

粒状班(グラニュレーション) 対流層から吹き上げるプラズマガスの塊が粒のように見える現象で、Hα線フィルターと呼ばれる特殊なフィルターを通じて太陽表面をみると太陽表面全体が粒状班に覆われていることが分かります。

プロミネンス・紅炎
プロミネンス(紅炎) http://www.astroarts.co.jp/news/2010/04/22huge-prominence/index-j.shtml

紅炎(プロミネンス) 彩層からコロナ下層部で彩層を構成する物質が磁力線に閉じ込められる現象です。皆既日食時に赤い炎のように見えます。
観測される位置によっては黒く線状に見えることがあり、この場合ダークフィラメントと呼ばれます。
また、プロミネンスは数週間から数か月安定して存在する静音型と黒点活動に伴い激しく形状を変える活動型の2種類が存在します。

太陽のコロナホール
コロナホール http://www8.ocn.ne.jp/~yohsuke/solar_physics.htm

コロナホール 太陽をX線で観測するとコロナのある部分は光って見えますが、コロナに穴が開いたように黒く見える部分か観測される場合があります。これをコロナホールと言います。
コロナホールは太陽風が大量に噴き出す窓となっています。

太陽風の影響
太陽風 http://www.kumikomi.net/archives/2006/03/05qual.php?page=8

太陽風 太陽からは外に向かって常に様々な荷電粒子が流れ出しています。これを太陽風と呼びます。
地球に到達する太陽風は様々な影響を与えます。

オーロラ
オーロラ http://www.eonet.ne.jp/~aurora/

高速な太陽風が地球の磁気圏に捕まると磁力線に沿って地球に降り注ぐ太陽風の荷電粒子が地球の上層大気物質と衝突し、オーロラとなります。
また、この荷電粒子が地球の赤道上空でリングカレントと呼ばれる荷電粒子の帯を形成して地球の磁場を弱めることがあります。これを磁気嵐とよび磁気コンパスなどが正しい方位を示さなくなります。
太陽風は人体にとって非常に有害な放射線ですが、地上に生活する生物は地球の磁場と厚い大気によりこの有害な荷電粒子から保護されています。大気圏外で活動する宇宙飛行士への影響は多大で強い太陽風の発生が予測されると宇宙飛行士は活動を停止してシェルターに入ります。
また太陽風は人工衛星へも少なからず影響を与え故障や劣化の原因の一つとなっています。そのため日本でも(独)情報通信研究機構(JJYの時報でお馴染みの機関)が宇宙天気情報センターを運営して、太陽活動の様々な予報を出しています。

コロナ質量放出 太陽フレアなどに伴い太陽磁場が乱された結果、コロナ物質の一部が大量の太陽風として外部に放出される現象です。強い太陽風の原因の一つと考えられています。






太陽のタイトル
http://r
ikanet2.jst.go.jp/contents/cp0320a/contents/taiyoukei/tai
you/taiyou_02.html


太陽が放出しているエネルギーはきわめてばく大です。TNT火薬に換算して毎秒1000億トンの爆発に相当するエネルギーを放出しています。このエネルギー源は、太陽の中心部でおこっている核融合反応です。

太陽の中心部では水素原子4個が融合してヘリウム原子1個がつくられる核融合反応がおこっています。ヘリウム原子1個の質量は、水素原子4個分の質量より0.7%ほど軽く、この失われた質量がエネルギーに変換されて、太陽の輝きのもとになっているのです。

水素の核融合反応はきわめて安定しており、中心部の水素がすべてヘリウムになってしまうまで続きます。一般に恒星はその一生の大部分を、この安定した状態ですごします。安定しているとはいえ、太陽はきわめて活発に活動しています。太陽活動には11年の周期があります。

恒星の寿命はその星の質量によって決まっています。軽い星は寿命が長く、重い星ほど短くなります。太陽ほどの質量の場合、寿命は約100億年です。太陽は今から約46億年前に誕生しましたから、今はちょうど壮年期といえるでしょう。太陽が寿命をむかえ、赤色巨星になるには、あと50億年ほどあります。




(つづく)




















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[2012/04/06 12:40] | サイエンス | トラックバック(0) | コメント(0) | page top
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