太陽はなぜ燃える事が継続できるのでしょうか?

太陽のイメージ

外の世界は晴れた空、白い雲、空を見上げれば光を放つ太陽・・。
みなさんにおいても珍しくない景色ではないでしょうか。

しかし、何気なく疑問に感じたことはないでしょうか?

酸素存在しないと火は燃える事ができません。

ですがなぜ太陽は酸素がない宇宙で燃える事が継続出来るのでしょうか?

本日はそのような疑問に対し、太陽に関して詳細に紹介をさせて頂きます!

「太陽」というのはどのような天体なのか?

太陽とは、私達人間が暮らしている地球を含めて「太陽系」の中心になる恒星になります。

この「中心」というのは物理的に色々な点に関して言える事で、なにより太陽系の全体の質量の中で、99.86%は太陽になります。

あの「大きな木星や土星」、この地球等「惑星やそれらの衛星、彗星」等もひっくるめて質量で計算すると「太陽系の0.14%」程度にしかならないのです。

しかも太陽系の重力の中心でもあって、太陽系に存在する天体は丸々全て、太陽から重力の影響を受けているのです。

その上、特に太陽からもたらされる熱は距離によって惑星個々の環境も定まってもいます。

地球に生命が存在しているというのも、この太陽との距離が賢明な温度を保てるスポットということがすごく大きな原因になっています。

ちなみに太陽は地球の約33万3千倍の質量を持っていまして、これは圧倒的大きいものであるように感じられますが、体積では「地球の100万倍以上」の大きさとなっていて、密度は「地球の4分の1程」でぐらいしかありません。

これについては、太陽が自分の重力で作った高温と高圧より気体が更に分解した「プラズマ」で構築されているためです。

このプラズマは太陽から放出される「太陽風」となり、「はるか遠く海王星」においてさえ届くこともあって、地球に届いた時にはGPSに異常を起こさせるケースさえあり、また地球の大気に影響を与えて輝かせたのが「オーロラ」になります。

そして太陽が燃えるメカニズムそのものずばり、プラズマ状態に伴って引き起こされる現象となります。

さて今から太陽の燃えるメカニズムに関しまして、詳細をご紹介させていただこうと思います!

太陽が燃えるしくみというのは

宇宙には多種多様に存在している他の恒星と同じように、太陽は「水素核融合」によりその熱を放出しています。

このような核融合とは、原子自体が融合して更に「重い」違う原子となる事を示します。

具体的に言うと「水素と酸素を燃やすと水が発生する」とか「水酸化ナトリウムと塩酸を組み合わせると食塩水が出来る」という様な「分子を構成する原子が、別の混合になって新しい分子がもたらされる」といった化学反応に近いものだと言えます。

核融合であればこの「分子」と言われるのが「原子」そのものずばりであって、原子を構成する中の「陽子」が一体化する事で新たな「原子」になる、つまり「融合」するという現象が莫大なエネルギーを放出しつつも生じています。

太陽では、主として陽子1つから構成されている「水素」が陽子を2つ持つ「ヘリウム」になる核融合が発生しています。

太陽の中においては重力から起こる高温・高圧の状態により物質がプラズマ状態になり、とついさっき述べましたが、これは先程の化学反応を例えにすると、水酸化ナトリウムと塩酸の反応と同じ様な状態となります。

水酸化ナトリウムと塩酸と混合した際、液体の中においては分子を構成していたナトリウムや塩素等の原子が、個々にプラス・マイナスの電気を帯びている状態での「イオン」となり、漂っている状態にあります。

同様にプラズマ状態になっている物質だと、原子の構成要素とされる「中性子」「電気的に中性」なので、陽子と陽子、更には中性子が結合するには高いエネルギーと密度を必要としているのです。

太陽はその重力と核融合そのものが生み出す高いエネルギー、つまりは高温と、高い密度を生み出すのに必要な圧力、すなわち高い重力を持続できるため核融合を発生させる事が出来、更にはその過程でもたらされる放射線が、陽子やマイナスの電気を帯びる「電子」と激突し合う事で太陽内部に熱を発症させ、核融合を起こせる高温状態を作りつつその熱が太陽の外部まで放出されて惑星へと到達しているのです。

そして地球においては、二酸化炭素や水蒸気等が持つ「温室効果」により太陽から届く熱の内、本来であれば即座に反射して宇宙空間に逃げちゃう分の一部を呼吸して、地球を現在の温度にキープしています。

例えば地球に100パーセント空気が無いとするならば、地球の表面温度は約マイナス18℃程ですが、実際のところ現在の地球の平均気温は15℃位であって、かなりの上下はあるものの生命が生存可能である気温をキープしています。

これが金星であったら高気圧の温室効果ガスによって平均して470℃、火星であれば希薄な大気の影響で平均マイナス43℃となり、生命が誕生し、生存出来ている地球の自然環境は神がかり的な程のバランス状態の上に成立している事になります。

現在でも存在する「太陽の謎」。

私達にとても深く関わる太陽はしかしながら科学的においては長い間「謎の存在」でした。

古代に関しましてはほとんど文明において太陽神信仰が有り、生活に及ぶ影響の大きさを物語ってもいます。

古代ギリシャ等では、天文学的に太陽を観測し、その大きさや太陽との距離を算出する事も行われていたのです。

ところが中世欧州を主として「天動説」が信じられたと言う事から学問形式での太陽の研究は停滞する事となりました。

そのような中で地球が球体だという事が明確にされ又「地動説が認知された」事は大きな転換時期であって、更に古典力学では説明不可能だった現象が量子力学によりやがて明らかにされるようになりました。

太陽のエネルギー源が核融合だということも、量子力学なくしては説明不可能だったことです。

けれども、今でも説明できない事も、更に科学の発展であって新たな発見と同じく生まれた疑問すらたくさんあります。

その疑問の1つが「暗い太陽のパラドックス」と呼ばれており、40億年前という地球誕生において間もない時期に太陽の明るさは現在の70%程であったにも関わらずなぜ海、液体の水が存在できたのでしょうかといった問題があります。

太陽の明るさが弱いのなら絶対条件として熱として到達するエネルギーも少なく本当なら地球は水が凍る温度であったと考えられます。

恐らくは現在と比較して大気の温室効果が高いものだったためと考えられてはいるようですが、はっきりとした答えは出ておりません。

なお「太陽の内部がプラズマである」といった説も本当のことを言うと、現在、「最有力説」のみでしかないのです。

太陽はいくつかの層によって構成されていることは有力だと考えられているのですが、外殻を持たないけれども、「太陽の輪郭」とし見える光球と言われている層より内側は、視覚的には観測不可能です。

そういう理由から太陽の内部につきましては、地球の内部構造を地震を研究する事で認識しているように太陽自体の振動を、表面っぽい光球の様子から計測した結果と関連付けて推測されています。

これによって太陽の各場所の密度や温度は振動の伝わり方によりたくさんの事が分かっていますが、中心になる核の状態等にはまだ謎が残っていると言えます。

また見ることができる現象だったとしても、太陽の近くにある「コロナ」というプラズマで、出来た層が、どうして太陽の表面、すわわち光球の温度だという約6000℃よりず~っと高温の約200万℃となっているのが、更には、1966年から1993年の間には太陽の近くに数マイクロメートルというとても細い環が観測されたのですが、それ以後は環が見えなくなっていることもいまだに原因がまるで不確かな事象です。

「太陽の謎」を解き明かせ!

これほどまでの様々な謎を解き明かすため、太陽の観測するために何種類もの太陽望遠鏡や太陽探査機が造られ、日本においても「ひのとり」「ようこう」「ひので」というような太陽観測衛星が、観測ミッションで成果を出しています。

因みにこの中の「ひのとり」は手塚治虫の代表作「火の鳥」にちなみまして命名が施され、手塚事務所に許可を取った時に、手塚治虫から宇宙科学研究所に刊行物用のイラストが供与されたといったエピソードもあります。

宇宙科学は、いまやとても遠くの天体に関しても発見や研究が進みつつあるのですが、地球からすれば最も身近な恒星だという太陽もまだまだ極めて重要な研究対象です。

現段階で、太陽は誕生から約46億年の時を歩み、約その一生の中で50%を過ごしたと言われています。

太陽について詳細な研究が始まってからの時間はそれに比べるとまだまだ僅かでしかありません。

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