宇宙地球科学1 2013/06/11

宇宙地球科学 1 2013/06/11

林田 清

http://wwwxray.ess.sci.osaka-u.ac.jp/~hayasida/

の下の“授業”に資料あり

CLE にも同じ資料を置く予定

電磁波（広い意味での光）

 人間の目に見える光＝可視光線は波長が 380-780nm の電磁波

図はhttp://spaceboy.nasda.go.jp/spacef/cosmic/materials/advanced/chapter1/1_2/1_2_1_a.html とhttp://www.universe-t.com/vol3/chapter02/より

波長

黒体輻射

3

( )

2.89 10 ( deg)

peak

peak

m T

T m

λ µ

λ

µ

ピークの波長 は絶対温度

10^-10 10^-6 10^-2 10² 10⁶ 10¹⁰ 10¹⁴

10^-2 10^-1 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 黒体輻射

T=30K T=300K T=3000K T=30000K

波長(µm)

•

物体は温度に依存した波長分布

（スペクトル）、強度の電磁波を放射 している。

•

温度が高いほど波長が短い

•

温度が高いほど光の強度が強い

peak m

λ µ

ピークの波長

X 線

波長の短い (0.01-10nm ）電磁波

 1895 年 レントゲン（ドイツ）

が発見

 正体不明の光線という意味 で X 線と名付けられた

 強い透過力をもつ

可視光 X 線

オリオン座 月

シリウス

今日の太陽



可視光

http://sohowww.nascom.nasa.gov/より



紫外線 171nm

皆既日食



コロナやプロミネンスが見える

http://www.davidmalin.com/fujii/source/af10-03_72.htmlより

http://www.davidmalin.com/fujii/source/af10-10_72.htmlより http://www.davidmalin.com/fujii/source/af10-11_72.htmlより

太陽活動と太陽フレア

 太陽黒点の数（ ~ 太陽活動）の 11 年周期

http://science.nasa.gov/ssl/pad/solar/images/ssn_yearly.jpgより マウンダー

極小期

 太陽フレア



ようこう衛星によるＸ線 画像

宇宙科学研究所提供

http://solar.physics.montana.edu/YPOP/FilmFes tival/Flares/flare_highlights.htmlより

宇宙天気 予報

http://swc.nict.go.jp /contents/

コロナホール 太陽風

夏は冬より暑いのはなぜか？



大阪の緯度

~35 度



太陽の南中高 度は？（夏至、

冬至、春分と 秋分）

http://www.mhhe.co m/physsci/astronomy /arny/instructor/gra phics/ch04/0422.ht mlより

太陽光のエネルギーが地球の気候を支配している

なぜ正午ではなく午後２時頃に気 温最高になるのか？



物体の温度は、入ってくる熱と 出ていく熱のバランスで決まる。



“ 入ってくる熱 ”>” 出ていく熱 ” で あれば、温度は上昇する。 ”

入ってくる熱 ”<“ 出ていく熱 ” であ れば、温度は下降する。

12

時

時頃 入ってくる熱

太陽の輻射熱

出ていく熱

地 面の放射など

なべに水をいれて強火で

度まで温めたあと、弱火にしても温度は下がらず、上昇を続ける

日の出 日の入

太陽の構造



表面温度： 6000 度



半径： 70 万 km



質量 :2x10

kg



平均密度 :1.4g/cm



自転周期：２５日（赤 道部） 30 日（極付 近）



太陽（系の）質量組 成：水素 77% 、ヘリウ ム 21% 、それ以外 2% 。 ( それぞれ X,Y,Z の文 字で表すことがある )

図は

http://www.mhhe.com/physsci/astronomy/arny/instructor/graphics/ch1 1/1101.htmよりl

対流層

プロミネンス 光球

黒点

模式図

彩層 コロナ

中心部 1500万度 150g/cm³ 6000度

1x10^-7g/cm³

太陽のエネルギー源

 太陽の放出エネルギー



地球の位置で光線に対して垂直な 1m

あたり 1.37 kW 。 つまり 1.37kWm



日本人一人あたりの消費電力



人間一人あたりの消費エネルギー率



太陽全体から放出されているエネルギーは 3.9x10

W

 太陽の年齢



地球、太陽系の年齢は約４６億年



太陽の年齢もほぼ同程度の 46 億年

 太陽の質量 M=2x10

kg

W=Js

, Cal=kcal

燃焼エネルギーだとすると

 太陽の主成分は水素

 水素の燃焼だとすると



H

+1/2O

→H

O+2 ８ 7kJ/mol



H

1kg(500mol) あたり 1.4x10

J

 1 秒当たり 3.9x10

J を放出するためには 3.9x10

J/1.4x10

J=2.8x10

kg の H

消費

 太陽全部が燃焼するのにかかる時間（～寿命）

2.0x10

kg/2.8x10

kg=7.1x10

秒 =2.3x10

年

 人類の歴史より短い！別の形態のエネルギー源

が必要

原子の構成と原子核

陽子と中性子からなる核の周りを電子 がまわっている

 A=Z+N

表と図は東工大 関本氏ホームページ

http://www.nr.titech.ac.jp/~hsekimot/theoryslide.pdfより

核融合反応

 1kg

の

あたり

水素の燃焼の

万倍のエネルギー）



核融合反応がエネルギー源であれば、太陽の寿命は

億年



より詳しい計算では約100億年



表面付近の組成



中心付近の組成（推定）Ｈ

、Ｈｅ



原子核同士はクーロン力の反発により一般には融合しない。



太陽中心部の密度150g/cc,温度1500万度の状態では核融合現象がおきる。

1 4

1 1

4

1 4

2

4 2

( ) 1.0079( ) ( ) 4.0026( )

( ) 0.0005

4 ( ) ( ) 2 ( ) 0.0280 H He e

H m H amu

m He amu

m e

m m H m He m e mc

+

+

+

→ +

=

=

=

∆ = − − =

∆

の質量

質量欠損

に相当するエネルギーを発熱する(cは光速）

amu

：原子質量単位

エネルギーと質量の等価原理

+ 1

H

陽子

+ + ⁴He

中性子