第8週

 

宇宙と太陽系

宇宙の構造と太陽系の地球

 

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概要

宇宙の構造として、銀河系、太陽系、恒星としての太陽などについて学びます。また太陽系の中の地球として、地球全体の熱収支について学び、生態系としての「私」の範囲とはなぜか?等について考えます。

 

 

授業内容(第8週)

○太陽系の中の地球

太陽系には8個の惑星があり、地球は太陽系の中の1つの惑星です。

今のところ、生命が確認されているのは地球だけです。

 

○恒星としての太陽

太陽は地球に一番近い恒星で、水素やヘリウムを主成分とする球体で、自転しています。

太陽の内部は光球、対流層、放射層、中心核の4つの層に分けられ、中心核では核融合反応が起こっており、大量のエネルギーを放出しています。

 

○恒星の変化

太陽以外の恒星も、その内部で核融合反応を起こしており、みずから輝いています。→ 惑星や衛星は?

恒星が核反応を起こしているということは、常に変化していることを意味しています。

 

我々の太陽は銀河系内に存在する星間ガスや星間塵からなる星間物質のうち密度の濃い星間雲から誕生しました。

その中でもみずからの重力で収縮する原始星が誕生し、やがて内部で核融合反応を起こすようになりました。

 

太陽の内部では核融合反応の原料の水素が消費され、やがてその生成物であるヘリウムがたまってきます。中心だけで核融合反応が安定して起こっている主系列星の時代が終わると、急激に膨らむ赤色巨星の時代に移ります。太陽の半径は現在の250倍にも膨れ上がり、地球の公転軌道にまで迫ってきます。

 

巨星となった太陽の巨大な大気は失われ、収縮をはじめます。核融合反応で生じたヘリウムよりも大きな炭素や酸素などの元素を多く含む白色わい星になり、核融合反応は止まります。

太陽より8倍以上重い恒星は中心部での核融合反応により炭素や酸素より原子番号の大きな元素を生成し、やがて収縮し、爆発します。この現象を超新星爆発と言います。

 

太陽より10倍程度重い恒星は、超新星爆発の後、中性子星となり、30倍以上重い恒星は自身の重力に押しつぶされ、ブラックホールとなります。

超新星として放たれたガスなどが星間物質となり、次世代の星の材料となります。

 

○銀河系

宇宙には数百億の銀河があるといわれています。

我々の太陽系はその中の1つの銀河にあります。

我々の銀河の中には約2000億個の恒星があり、我々の太陽はその中のありふれた恒星の1つです。

 

宇宙は138億年前にビッグバンにより誕生したと考えられています。それ以来、宇宙は膨張しており、その過程で水素やヘリウム原子核が生じました。

ヘリウムより重いすべての元素は恒星内部の核融合反応によって生じました。

 

宇宙では超新星の爆発が繰り返されており、物質の循環とエネルギーの流れが生じています。

我々の体を構成する元素がビッグバンよりどのような来歴を経てやって来たのか、どこへ行くのか、そもそも我々とは何者なのか、考えてみましょう。

 

○生態系におけるエネルギーの流れ

地球の表面付近の平均気温は15℃とされています。

気温の熱源は太陽エネルギーです。

この温暖な気温のお陰で、多種多様な生物が繁栄しています。

 

太陽放射

 太陽は可視光線などの電磁波を放射しています。

地球放射

 地球が宇宙に放出している赤外線。

 

太陽放射の半分は大気や雲による吸収や反射を通り抜けて地上に届くのに、なぜ地球放射は雲などに吸収されるのだろうか?

ヒント: 太陽放射は可視光線、地球放射は赤外線。

太陽放射のうち、紫外線より波長の短い電磁波は熱圏(酸素分子を酸素に)やオゾン層で吸収されます。

 

地球は太陽放射を常に受けていますが、地表などが吸収する量と同じ量のエネルギーを宇宙に放射(地球放射)していることから、地球のエネルギー収支は釣り合っており、一定に保たれています。

 

 

生態系としての「私」の範囲はどこまでか?

 システム 物質の循環、エネルギーの流れ

 

 

第9週 第7週 表紙

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芦田嘉之 ashida@msi.biglobe.ne.jp

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