2010年11月26日

宇宙:見たことがあるような太陽系外惑星

400 個以上発見されている太陽系外惑星のうち 70 個ほどは、中心星の前面を通過(トランジット)する惑星であります。

トランジット現象の利用によって惑星大気の観測が可能になり、さまざまな重要なパラメーターを決定できます。

今まで発見されてきたトランジット系外惑星は非常に短周期の軌道か、もしくは離心軌道をもっていたため、非常に熱いか、あるいは表面温度の極端な変動が起こっているかのどちらかであると考えられていました。

今回、宇宙望遠鏡 CoRoT によって、太陽系の巨大ガス惑星に似た太陽系外惑星が発見されました。

CoRoT-9b と名付けられたこの惑星は、太陽類似星の周りの離心率の小さい起動を周期 95 日で回っており、この軌道は水星の軌道に似ています。

表面温度は、およそ -20 〜 150 ℃の間であり、その密度から推定すると内部の組成は木星や土星のものに似ているようです。


### database ###
nature 464,317-456 18 March 2010 Issue no.7287
Letter p.384 / A transiting giant planet with a temperature between 250 K and 430 K / H J Deeg et al.(カナリア天体物理研究所およびラ・ラグナー大学)

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2010年07月07日

宇宙:従来と違う型の超新星

暗い超新星 SN 2005E の新規の特徴は、今までに確立された超新星の分類に容易にはあてはまりません。

Tb 型、Tc 型、U型、重力崩壊型超新星は、大質量星がその生涯の終わりに爆発するときに生じ、Ta 型は質量降着している白色矮星の熱核爆発で生じると考えられています。


Perets たちは分光データから、 SN 2005E がTb 型のようにヘリウム過剰で、Ta 型に特有の水素、シリコン、硫黄のスペクトル線を欠くと結論しています。

しかし、 SN 2005E が「古い」星の環境に存在し放出物の星が少ないことから、重力崩壊型起源ではなく、低質量で古い前駆星、おそらく連星系でヘリウムが降着している白色矮星であろうと彼らは考えています。


川端弘治(広島大学)たちはそれとは異なる見方をしており、 SN 2005E は SN 2005cz に似ており、楕円銀河の中で見つかることは異例とされるTb 型超新星であるとしています。

彼らは、 SN 2005E と SN 2005cz は共に、爆発を起こす質量の低質量側(太陽質量の 6 〜 12 倍)の大質量の重力崩壊型爆発の結果生まれたとすると、最もうまく説明できると考えています。


D Branch は News & Views で、星爆発の機構についての最新の考え方からみた、これら 2 つのモデルについて論じています。



### database ###
nature 465,261-390 20 May 2010 Issue no.7296
Letters pp.322 / A faint type of supernova from a white dwarf with a helium-rich companion / H B Prets et al. (The Weizmann Institute of Science , Harvard-Smithonian Center for Astrophysics)
Letters pp.326 / A massive star origin for an unusual helium-rich supernova in an elliptical galaxy / K S Kawabata et al. (Hiroshima University)
News and Vews p.303 / Supernovae : New explosions of old stars ? / David Branch

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2010年06月03日

超大質量星:超新星 2007bi から得られた根拠

太陽のような星は、白色矮星としてその一生を終えます。

太陽質量の 140 倍以上の質量を持つ星は天の川銀河にはありませんが、もし存在するならば、それは太陽とは違う運命をたどることが理論的に予想されています。

このような星が酸素からなるコアをもつ段階まで進化すると、圧力でコアを支えていた光子が電子−陽電子対に代わり、エネルギーを吸い込んでコア崩壊が起き、「対不安定」型超新星が生じます。

近隣の矮小銀河内で生じた明るい超新星(SN) 2007bi のスペクトルと光度曲線の解析によって、このような爆発の証拠が得られました。

SN 2007bi の前駆天体は、太陽質量の 100 倍より重いコアをもっていたと推定されています。

計算から、太陽質量の 3 倍を超える量の放射性ニッケル 56 が生成した爆発であることが示され、これは体質量の酸素コアからの予想と一致しています。

このことは、初期宇宙には多くあったであろうこうしたタイプの星を目の当たりにする機会を与えてくれる、非常に重い星が近傍宇宙に存在することを意味しています。


### database ###
nature 462,535-688 3 December 2009 Issue no.7273
Letter p.624 / Supernova 2007bi as a pair-instability explosion / A Gal-Yam et al. (The Weizmann Institute of Science)
News and Vews p.579 / Astrophysics : Different stellar demise / Norbert Langer
www.nature.com/podcast


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2006年04月09日

太陽の一生の観測の始まり…の話

 前回の「太陽の年齢の話」の補足として、幾分、昔話的な話になりますが、太陽の一生の観測が始まった当時の話をざっと追ってみることにします…。


 太陽の一生の観測は、太陽そのものを対称として研究を進められたものではなく、多くの星々(天体)を観測することで、太陽の一生の観測が始まりました。

 「星にも《一生》がある」という研究は、20 世紀初頭にスタートしました。

 アメリカの天文学者ヘンリー・ラッセル( 1877 〜 1957 )とデンマークの天文学者アイナール・ヘルツシュプルグ( 1873 〜 1967 )は、星の明るさ(絶対等級)と色(温度)の関係に注目しました。

 そして、明るさを縦軸に、色を横軸にとった図をつくり、そこに多くの星をプロットしました。その図は「ヘルツシュプルグ・ラッセル図」とよばれ、太陽系の一生を推測する材料の一つとなっています。

 この図の中には、2 つの大きなグループがあります。一つは、高温で明るい星から低温で暗い星までが列になったグループで、「主系列星」と名付けられました。もう一つのグループは、低温で明るい巨大な星のグループで「赤色巨星」と名付けられました。

 因みに、この図の製作において、お互いの研究をまったく知らないヘルツシュプルグとラッセルは、それぞれが独自に研究してつくりあげたもので、1913 年のイギリス学会で、はじめてお互いの研究の存在を知り、驚いたというエピソードがあります。尚、ラッセルはこの図をもとに恒星進化論を考えましたが、ヘルツシュプルグは「主系列星」と「赤色巨星」があることを協調しただけでした。

 とくにラッセルは、この二大グループこそ、星の一生の道筋を表したものだと考えました。

 ラッセルの考えとは、星はまず赤色巨星として生まれ、エネルギーを放出することによって小さくなって主系列星となる、というもので、主系列星となった星は、最初は高温で、やがて冷えて輝きを失うのである、という考え方です。

 しかし、この考えは、イギリスの天体物理学者のアーサー・エディントン( 1822 〜 1944 )によって否定されました。彼は、ラッセルが考えていなかった質量に注目し、「明るい星ほど質量が大きい」という説を提唱しました。

 そして、観測によってエディントンの説が正しいことが証明されたことから、これによって、主系列星はさまざまな年齢の星々ではなく、質量の異なる星と考えられるようになりました。

 やがて、核融合が恒星のエネルギー源と考えられるようになると、星は「主系列星」から「赤色巨星」に進化すると考えられえるようになります。

 従って、現在においては、「ヘルツシュプルグ・ラッセル図」は相対的に若い星「主系列星」と、相対的に年老いた星「赤色巨星」を示すものであると考えられるようになりました。

 このように、宇宙にはさまざまな年齢の天体があると考えられているということは、即ち、私たちが住む地球が属している太陽系の恒星となる「太陽」の過去と未来を予想する材料も宇宙にあるということになります。


 その後も数多くの仮説のモデルが挙げられ、観測によって整理され続けていますが、現在の有力説となっている「基本モデル」が科学情報誌等で一般に知られるようになったのは 2002 年の 1 月頃です。

 現在も、まだ数多くの仮説モデルがありますが、さらなる構造の解明にと、観測によって整理され続けています。
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2006年03月30日

太陽の年齢の話

 前回は「太陽と地球の距離の話」と題し、太陽と地球の距離をどうやって計算するのかをお話しましたが、今回は、太陽の年齢はどうやって推測されているのかについてのお話になります。


 結論から先に言えば、太陽の年齢は、地球の年齢から推測されています。

 宇宙年齢でいう 109 億年の《一生》の中で、太陽は今何歳なのか?

 実は太陽の年齢は、太陽自身を観察しただけではわかりません。観察で手に入る情報自体には、太陽の年齢を推測するものがないためです。そこで、太陽系は形成された進化の過程上、太陽と同時期に地球は作られたと理論上で考えられているため、太陽の年齢は、地球とぼぼ等しいと仮定して計算されています。

 現代の天文学においては、宇宙のガスと塵が集まって太陽ができたとき、ほぼ同時期に太陽系もできたと考えられています。太陽が誕生し、そこから太陽系ができるまでにかかった時間は、1000万年程度とされています。太陽の一生から考えれば、1000万年程度というこの数字は誤差の範囲におさまる値です。

 コンピュータを使った計算によれば、原子太陽ができてから地球が誕生するまでの時間は数百万〜1000万年との算出結果があるため、本来は「億」の単位で考える太陽の一生の研究では、誤差の範囲におさまる短い時間です。このことから、地球と太陽はほぼ同時期にできたと考えられ、「地球の年齢≒太陽の年齢」と考えられています。

 地球の年齢は、岩石などに含まれるウランと鉛の放射性元素の比を調べることで推測されています。これは、イギリスの地質学者アーサー・ホームズ(1980〜1965)が研究したもので、ウランが常に一定の割合で鉛に変化することを利用したものです。この年代測定によって、地球の年齢は45.5億歳と見積もられています。即ち、この値がそのまま、太陽の年齢というわけです。

 地球の年齢をどうやって測ったかについては、岩石や鉱物の中には、先に述べたように、放射性元素という種類の元素が含まれていることがあります。その元素とはウランやアルゴン、カリウムなどです。これらは、一定期間でその半分の量が別の元素に変化する特徴があります(この期間を「半減期」とよびます)。例えば、「ウラン 238 」という元素は約44億7000万年かけてその半分の量を「鉛 206 」という元素に変えることがわかっています。従って、岩石中にどれくらいの割合でウラン 238 が含まれているのかがわかれば、その岩石がいつできたものかがわかります。

 尚、年代測定によって、地球の年齢は45.5億歳と見積もられていると先に述べましたが、厳密に示せば、地球最古の鉱物は44億歳でしたが、地上で見つかった隕石の多くが44.5億歳前後であったため、地球の年齢も約46億歳とされています。

 109億年といわれる太陽の一生の中で、太陽はすでに46億年過ごしてきたと考えられていますが、太陽の時間スケールで見れば、ほぼ半分の時間を経過したことになり、これを人間で言うならば《壮年》の時期にあたります。
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2006年03月03日

太陽と地球の距離の話

 何分、持病の再発で体調が優れないため、本日は、簡単な説明ではありますが、「太陽と地球の距離をどうやって計算するか?」…の話です。


 太陽と地球の距離は、太陽の質量やエネルギー放射量などを決めるすべての式の根幹になる数です。

 その数は、下記のように、三角形を利用して計算されます。

太陽と地球の距離

 地球、金星、太陽を上の図のように直角三角形をつくるとき、地球から見た太陽と金星の角度 θ は、約 46度になります。

 まず、距離を測るに観測するに、地球からレーダー波を送信します。金星には、地球からのレーダー波が届きます。これは、地球上で海底の深さなどを測る方法と同じような手法で、レーダー波が届けば、その速度と反射して帰ってくるまでの時間から距離がわかります。

 これまでの観測により、その結果、金星と地球の距離 d は、約 1 億 350 万キロメートルとわかっています。

 このとき、太陽と地球の距離 r は

   r = d / cos 46°

で計算できます。

 その結果、太陽と地球の距離は、約 1 億 5000 万キロメートルとわかるのです。


 うーん…。あまりに簡単に説明しすぎましたかね…(苦笑)。
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2006年01月18日

太陽の寿命の根拠の話

 通常、既に物理の話が終わっているはず…になるのですが、小十郎は研究のための《すねネタ》ほしさか、一連の生物学のおねだりをして叶えてもらった次は、「BlogPetの小十郎のクローンな太陽モデル」で遊びたいのか、小十郎が駄々を捏ねるので、先に挙げます。

 さて…。現在有力説とされている太陽系の「標準モデル」については「太陽系の話」等で既に話してきましたが、今回は定められた太陽の寿命の話です。


 太陽をはじめとする恒星はガスの塊であり、光り輝くのは、そのガスが何らかの方法で《燃えて
いるから》にほかなりません。

 そのような恒星の寿命をはかるためには、「どんなガスが燃えているのか」と「どのよくらいのガスの量があるのか」、「どのくらいのペースでそのガスを使っているのか」ということを知ることが必要となります。

 勿論、太陽を直接掘って調べるわけにはいきませんが、最初の2つの疑問に対しては、太陽の内部構造が分かれば答えを導き出すことができます。観測によって、太陽の半径や表面温度、質量、化学組成などは測定が可能です。

 質量と重力は比例関係にあるので、重力も質量から計算することが出来ます。そうして観測されたデータを元に、太陽からどうやって熱が放出されるのか、太陽の重力はどれくらい強いのかなどを考慮して、コンピュータによるシミュレーションによっていくつもの計算を繰り返すことによって、太陽の内部構造をあらわした「太陽の標準モデル」と呼ばれるものがつくられてきました。

(即ち、その根拠とは、コンピュータ・シミュレーションの計算結果を元にしています)

 この太陽の標準モデルによれば、太陽は水素を主成分とするガスの球で、質量(およそ 1.99 * 10^30 kg )の 10% を占める「中心核」で水素が燃えていると考えられています。


    太陽の構造

  1. 対流層

  2.  放射層を幅20万キロメートルの厚さで囲んでいると考えられている。対流によって、放射層の熱を太陽表面に運ぶ役割を果たしている。

  3. 放射層

  4.  中心核を幅40万キロメートルにわたってとりまいていると考えられている。中心核で生み出されたエネルギーを外層へ伝える役目を担っている。

  5. 中心核

  6.  半径10万キロメートルの空間に、水の150倍もの密度の水素ガスが詰まっていると予想され、温度は1500万度C に達成すると計算されている



 さて、さらに大雑把に省略すれば…、「太陽はガスの球である」とはいうものの、そのガスとは、
けっして透明で軽い気体ではありません。

(ちなみに、日本では「すばる望遠鏡チーム」(提携研究機関)によって統一性を持たせていますが、海外を見渡せば、さまざまなモデルが存在し、現在も研究者の間で討論されている状況下であります。現在の有力説は「標準モデル」となっています。)

 この「太陽の標準モデル」によれば、太陽自身の重力によって、中心部は2500億気圧という超高密度な状態になっていると考えられています。

 このような超高圧の環境では、ガスの密度は水の150倍となり、中心部の温度は1500万度C になるという超高温になっていると計算されています。この温度こそが、太陽の超高圧の中心部がガスの状態で存在できる理由でもあります。あまりにも高温であるので、水素が固体や液体の状態で存在できないのです。

 寿命を決めるもう一つの要素である「どのくらいのペースで、そのガスを使っているのか」については、既に、「太陽を燃やしつづけるエネルギー源」で詳細を記載していますのでご参照下さい。


 この大雑把を、厳密に言ってしまえば…。

 この「太陽の標準モデル」は、あくまでも計算によってつくられたもので、観測(そのもの)を元にしたものではありません。そこで、アメリカの天文学者ロバート・レイトン博士が発見した「太陽自身の振動」を使っての検証が進められています。これを使えば、ちょうど地球の内部構造を知るために地震波を使うように、太陽の内部構造を探ることができるといいます。

 この太陽の《地震》は、1975年に当時東京大学にいた尾崎洋二博士らや、ドイツの太陽物理学者フランツ・ドイブナー博士らによって、より精密に研究が進められました。その結果、太陽の標準モデルは基本的に正しいものだと考えられています。


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2006年01月13日

太陽を燃やしつづけるエネルギー源

 前回の恒星が辿る運命の話の続きの話になりますが、本日は、その昔科学界で大きな謎だった『太陽のエネルギー源』について、どのような過程を通って、現在の説に至ったかの昔話です。

 1930年まで太陽のエネルギー源は科学界の大きな謎でした。19世紀半ばまでは「太陽のすべてが石炭だ」と考えられていました。この19世紀、イギリスの物理学者ウィリアム・トムソン(1824〜1907年)は、仮に太陽全部が石炭だとしたら、その燃費では2000〜6000年しか輝かないとして指摘しています。

 太陽全体が石炭でできていてそれが燃えているという「太陽のすべてが石炭だ」とする説は、19世紀半ばまでの考え方(有力説)ではありましたが、19世紀後半にトムソンなどによって、「もし、太陽のすべてが石炭だとしたら(太陽の寿命が)《短すぎる》」と指摘されるようになりました。

 そこで当時、重力エネルギー、運動エネルギーなどのさまざまなエネルギー源が提唱されました。

 さまざまなエネルギー源が提唱されたうち、重力エネルギーとは、「太陽自身の重力で輝くとしたら」とする説で、《太陽が自分自身の重力で縮むと熱が発生する》…という熱力学を根底に立てられたモデルです。このエネルギーで太陽が輝く場合、19世紀の半ば、ドイツの物理学者ヘルマン・ヘルムホルツ(1821〜1894)の提唱では「2000万歳」、トムソンの提唱では「2000〜1億歳」となっています。

 また、提唱されたさまざまなエネルギー源のうち、当時は「太陽はもともと大昔に2個の天体が衝突してできた」という考え方もありました。これは、運動エネルギーが太陽を燃やしつづけるエネルギー源とする説で、衝突したときの運動エネルギーが熱エネルギーに変換したというものです。その場合、太陽は約1億年の寿命になると考えられました。この説は19世紀半ばに、恒星研究家のクロル(1821〜1890年)によって提唱されました(:但し、この研究は、トムソンの数字の1億歳に意図的に合わせようとしたと伝えられています)。

 しかし、どの説でも、太陽の寿命は長くても数千万年程度、或いは、一億年程度と、当時の地質学者たちが考えていた地球生命の進化史(数億年)より短いものでした。つまり、太陽が存在する前から、地球の生命は存在したことになります。しかし、太陽なしでの地球の生命が生存できたとは考えられないことから太陽のエネルギー源については謎とされていました。

 しかし、1938年、アメリカの物理学者ハンス・ベーテ博士らが核融合反応を発見すると、核融合反応こそが太陽のエネルギー源ではないかと考えられるようになりました。

 この核融合反応とは、太陽の主成分である水素原子4個からヘリウム原子1個が合成されることです。水素原子4個からヘリウム原子1個が合成されると、結果的に質量が0.7%減少することがわかりました。このことから、その0.7%が現在の太陽の光り輝くエネルギーになると考えられるようになったのでした。

 この核融合反応だと約100億年輝くことができます。

 核融合反応は、2つの水素原子が核融合反応を起こすと、重水素原子核がつくられます。この重水素原子核1つと、新たな水素原子核の核融合反応では、ヘリウム3原子核が作られます。そして、ヘリウム3原子核2つから、1つのヘリウム原子核がつくられ、2つの水素原子核が放出されます。この流れを単純化すると「4つの水素水素原子核から1つのヘリウム原子核がつくられる」ことになります。

 太陽における水素をヘリウムにかえる核融合反応は、1000万度C 以上という高温ではじめておきます。太陽では中心核の温度のみがこの温度を超えます。ベーテ博士らとその後の研究によって、中心核にある水素すべてが、核融合反応によってヘリウムにかえられるのに必要な時間は、約100億年とされました。その後1993年にはアメリカの天文学者ジュリアナ・サックマン博士らによって「109億年」という数が提唱されています。

 核融合反応を考えてはじめて、太陽の寿命は地球の年齢を超えるようになったのでした。

 核融合反応は、少量でも莫大なエネルギーを生みます。20世紀前半に発見された核融合反応を考えると、太陽の寿命はそれ以前に考えられたエネルギーと比較にならないほど長くなり。約100億年もつとされます。核融合反応でしか発生しない太陽ニュートリノが近年観察されたこともあり、核融合反応はエネルギー源として確実視されています。
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2006年01月09日

恒星が辿る運命の話

 太陽の一生は、その質量によって決まります。

 太陽の一生が、夜空に浮かぶ全ての星に当てはまるかといえば、実はそうではありません。太陽を含む「恒星」においては、現在では、大きく4通りの一生のおくりかたがあると考えられています。

 その一生を左右する条件は、恒星の《質量》です。質量の大きな恒星は、それだけ核融合の燃料源である水素の量も多く含みます。重い星ほど重力によって中心核が圧縮されるので、高温になり、核融合反応が激しく起きます。

 例えば、太陽の10倍の質量を持つ恒星は、燃料も太陽の10倍あります。しかし、中心核の温度は2倍になり、それによって太陽の4700倍も明るく輝くと計算されています。つまり、重い星ほど短命な一生を送ることになります。

 そして、質量は、恒星の死の姿も左右すると考えられています。1931年、インド出身の天文学者ズブラマニャン・チャンドラセカール(1910〜1995)は、恒星の一生の最期は必ずしも白色矮星となるわけではない、という説を発表しました。

 彼の説によれば、赤色巨星から白色矮星に移る過程の前に、太陽の1.4倍以上の質量があった場合、恒星は自らの重力を縮退圧で支えきれず、崩壊してしまうことになります。この崩壊は、現在では「ブラックホール」などとよばれています。

 チャンドラカーセル以降、多くの科学者による現在に至るまでの計算によれば、主系列星としての段階で、太陽と同じ一生を辿るのは、太陽の0.08倍以上〜8倍以下の質量の天体だけだと計算されています。この質量よりも軽ければ、そもそも核融合反応がはじまりません。太陽より8倍以上〜30倍重ければ、白色巨星にならずに、超新星爆発を起こしてやがては中性子星となり、30倍以上重ければ、赤色巨星から青色巨星に転じた後に超新星爆発を起こしてブラックホールになると考えられています。

 太陽の一生は、質量によって運命付けられた一つの道筋にすぎません。その偶然による産物で、私たちに欠かせない太陽が生まれたというわけなのだから、実に興味深いですね…(^-^)



    ### 恒星の一生は4つのタイプ ###

     
  1. もしも、太陽が今よりも0.08倍以下の質量だったら……
  2.  

     核融合反応が始まらない。

     太陽の0.08倍以下の質量の場合、いくら圧縮しても中心の温度が上がらず、核融合反応が起きない。そのため、他の場合のように寿命を定義することはできない。


     
  3. 現在の太陽の質量から計算すれば…
  4.  − 

     私たちの太陽の最期は白色矮星になる。

    (参考:「約77億年後の話 (3)」「白色矮星の話」)


     
  5. もしも、太陽が今より8〜30倍重かったら…


  6.  最期の姿は「中性子星」になる。

     太陽が今よりも8〜30倍の質量をもっていた場合。核融合反応は「水素からヘリウム」「ヘリウムから酸素・ネオン・マグネシウム」……と進んでいき、最終的に鉄の中心核ができる。すると、もうこれ以上核融合反応は進まなくなり、重力によって収縮をはじめる。その後、自分自身の重力を支えきれなくなり、星全体が崩壊し、超新星爆発を起こす。その中心には、直径10〜20キロメートルほどで太陽と同じ質量である超高密度の天体「中性子星」が残る(星全体が、中性子から成ると考えられている)。これは、角砂糖一つの体積で、10億トンという質量になることを意味する。このような一生の場合、寿命は2000万年ほどになる。


     
  7. もしも、太陽が今より30倍以上重かったら…


  8.  最期の姿は「ブラックホール」になる。

     太陽が今より30倍以上の質量があった場合、核融合反応はヘリウムで終わらずに、酸素・炭素・酵素・ネオン・マグネシウムとづづいて最終的に鉄が作られる。すると、核融合反応が進まなくなり、自らの重力によって星は崩壊し、超新星爆発を起こす。その爆発の後に残された天体は、1立方センチメートルあたり、200億トン以上という超高密度となり、自身の重力を支えきれず、とこまでも収縮して「ブラックホール」となる。このような一生をおくる場合、寿命は500万年ほど、太陽の2000分の1以下になる。

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2006年01月06日

スーパーウィンドの話

 前回の約77億年後の話 (2)の話で、計算上の問題から太陽が現在の半分の質量になるのはスーパーウィンドの過程が必要であると仮想上で考えられているいう話から、梵の隠れ家で持ちあがったスーパーウィンド。

 前日の白色矮星の話でも触れましたが、わからないといった混沌化した状況は梵にとってはとても気持ち悪かったので、先に問題解消するに、梵は調べました…(苦笑)。

 …で、普段は波の話の次に、電磁波の話をしてから、宇宙の話になるのですが、わからないといった混沌化した状況は梵にとってはとても気持ち悪いので、先にあげることにしました。


 さて…。スーパーウィンドは何ぞや?…という話ですが、そもそもは、銀河から噴出しているガスの現象(そのもの)を「スーパーウィンド」とよんでいます。

 つまり、早い話が、実在するブラックホールが一部の学者の間で仮想上の理論で進んでいるのと同じように、銀河から噴出しているガスの現象名であるスーパーウィンドも一部の学者の間で仮想上の理論で進んでいるようです。

 どうりで、話がややこしいわけだ…A(^-^;


 天文で信頼のおける情報といえば、NASA の研究チーム か すばる望遠鏡の研究チームです。

 ここでは、梵がお気に入りの「すばる望遠鏡」チームの説(某サイエンス誌から得た最新の情報)を挙げます。

 すばる望遠鏡チームでは、スターバースト銀河 M82 の観測を元に次のように考えています。銀河中心部における爆発的星生成(スターバースト)と、その結果生じる多数の超新星爆発により、高温の電離した水素ガスが、銀河の外側まで噴出している様子をすばる望遠鏡・微光天文分光撮像装置でとらえることに成功していますが、このような現象は「スーパーウィンド」と呼ばれており、銀河内の物質を銀河の外側へ運び出し、銀河空間を加熱する重要な役割をもっています。


 何て、説得力のある説明なんでしょうね…(〃▽〃)…...(スッキリ♪)

 やはり、推測よりも、基本となる物理的な根拠立ての過程は大切です...(^-^)v
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白色矮星の話

 小十郎から「疑問…」…「質問…」…「白色矮星!」…「補足ー!」とおねだりされたので、白色矮星の話をします…。だけど、前回の約77億年後の話 (2)で話をしたように(恒星の進化上の物理的な過程がまだ繋がっていないだけに)、そのメカニズムはまだ解明されていないので、現在の科学技術と学問でわかることといえば、星の光ぐあいによって、惑星の年齢を割り出したり、質量を予想することぐらいしかまだできていないんですよ…(T^T)

 …そんなわけで、わかっているところでやりますか…。

 まずは、白色矮星はなんぞや?…というところから始めましょう…A(^-^;


 白色矮星は、恒星が晩年にとりうる形態の一つで、シリウスの伴星(1925年に発見)や、さそり座にある球状星団 M4 などが知られています。

 恒星の一生はその質量によって、核融合するだけの質量が少ないために褐色矮星になったり、太陽の質量ととさほど変わらない恒星の場合は白色矮星となったり、太陽の質量より多い場合は、中性子星になったり、質量が多すぎる場合はブラックホールになったりします。

 太陽の質量ととさほど大きさの変わらない恒星は、前回の約77億年後の話 (3)で述べたような過程で白色矮星となります。計算での見積もりやコンピュータシミュレーションで現在わかっているメカニズムも前回の話で述べています。

 白色矮星を構成する物質は、核融合反応によって生じた、ヘリウム、炭素、酸素などでありますが、他に、ネオンやマグネシウムなどで構成されているものもあるようです。

 NASAのハッブル宇宙望遠鏡でさそり座にある球状星団 M4 と呼ばれる白色矮星を観測した研究者の報告で現在わかっていることは、年齢が120〜130億歳であることがわかっているぐらいです。

 現在も核融合反応を起こして燃えている星の年齢を推定するのは複雑なモデルが必要なため難しいものとなりますが、地球からおよそ7,000光年の距離にある M4 は、白色矮星であるだけに、ただ冷えていくだけなので(最初の温度の推定や温度が下がる割合などは理論的に予測できるので)、年齢の推定が容易となります。

 別の観測から、宇宙で最初の恒星は宇宙誕生から10億年以内に形成されていることがわかっているので、白色矮星の年齢とあわせて考えると宇宙の年齢は130億歳前後ということになるわけです。


 また、前回でも述べたように、「スーパーウィンド」は仮想上の理論で、そのメカニズムも不明とされています。


 あ…そう言えば、小十郎は、「スーパー…」とも言っていましたね…(苦笑)。ならば、もう少し話を掘り下げますか…A(^-^;


 PPARC News の2005年8月9日の報道によれば、「イギリス、ダラム大学の率いる研究チームが115億光年離れた銀河で起きた、(《スーパーウィンド》なる)大爆発のなごりを発見した。」と報道されていましたが、すばる望遠鏡と提携を持ち理論の裁判官的役割を果たしている東大や国立天文台、宇宙航空研究開発機構などの関係者の話では、2005年12月7日の時点で、実際に観測されたものではないと評価しているところを見れば、スーパーウィンドはまだ仮想上の理論の域を脱していないと見た方が賢明のように梵は思います。

参考URL:http://www.astroarts.co.jp/news/2005/08/09superwind/index-j.shtml

 上記の参考URLを見る限りでも、判明したとするには根拠薄で、やはり、仮想上の理論で成り立っています。根拠となるシステムを明確にする上での化学や熱・力学等の計算やノウハウの過程を無視しての、いきなり「判明した」としてあり、そのシナリオもいささか強引であるので、やはり、まだ仮想上の理論の域を脱していないと見た方が賢明のようです…A(^-^;

 まぁ、この手の論文が nature にも登場するので、梵は慣れていますけどね…(苦笑)。

 話がそれますが、スーパーウィンドについて述べれば、NGC3079に観測されるようなスーパーウィンドにおいては、銀河中心の超巨大ブラックホールの活動によって発生するか、あるいは超新星爆発によって発生すると考えている研究者たちもいる模様。また、スーパーウィンドは、星形成のようすを変化させたり銀河の外側まで重元素を広げたりして、銀河全体の進化に大きな影響を与えると考えている研究者もいるようです。

 おおぐま座にある銀河であるNGC3079のフィラメント状の構造は1万度程度のガスと1000万度程度のガスが混ざり合ってできており、そこから推測されるに、銀河の中心から勢いよく吹き出したガス(スーパーウィンド,superwind)によって銀河円盤の冷たいガスが削られ空洞ができ、そして、空洞の壁面の一部ががさらにスーパーウィンドによって引き剥がされて長く伸ばされ、高温のフィラメントになる、とチャンドラ X線天文台ではそのように考えられています。


 おお…、日付が既に更新してしまいました…。

 こんなところで、どないですかね…小十郎君?…A(^-^;
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2006年01月04日

約77億年後の話 (3)

 約77億年後の話 (1)約77億年後の話 (2)、…と、約77億年後の話をずいぶんと引っ張っての続きの話です。


 惑星状星雲としてガスの外層が剥がれた後、その中心にはポツンと白く輝く小天体が残ります。残されたものが、白くて小さい天体であることから「白色矮星」と名付けられています。この白色矮星こそ、太陽の最期の姿だと考えられています。

 現在、白色矮星として知られている天体をあげれば、シリウスの伴星があります。このシリウスの伴星は、19世紀にはその存在が知られていました。そして、1925年にアメリカの天文学者ウォルター・アダムズ(1876〜1956)の観測で、シリウスの伴星が超高密度であることがわかりました。

 シリウス伴星は、太陽と同じ質量を持ちながら、サイズは地球ほどしかないことがわかったのです。このことは、天体の内部の密度が角砂糖程度の大きさで1トンに匹敵することを意味していました。

 さて…。外層のガスが取り払われて白色矮星となった太陽には、かつて、過去に核融合反応によって作られた酸素と炭素の核だったものが残るのみとなります。ところが、白色矮星となった太陽には、もはや、これまでのように、ヘリウムの次は、この酸素と炭素の核融合反応に火がついて、太陽を輝き続けさせることはできません。

 酸素と炭素の核融合反応には、約7億度C という高温が必要となります。しかし、白色矮星となった太陽の質量では、いくらその温度まで上がらないことが計算でわかっています。…だとすれば、核融合の起きない太陽は、T タウリ型の時のように、自分の重力で収縮しつづけることになります。

 収縮が続く太陽の内部では、粒子がどんどん小さい空間に追いこまれていきます。そして、それからの太陽の姿は、イギリスの理論物理学者ラルフ・ファウラーの説によれば、超高密度の状態では電子の積め込みが限界に達して、圧縮に対して反発するようになるといいます(この圧縮を「縮退圧」とよびます)。この状態になると、もはや大きくも小さくもなれません。

 これが、白色矮星として、太陽が一生の最期にむかえる姿と考えられています。

 最終的に、太陽の誕生から白色矮星に至るまでの時間は、123億年と計算されています。この数字もまた、太陽の《寿命》とされています。



 太陽の最期の姿を想定してみると…。「最期に残るのは、炭素と酸素」と書いてしまえば、「太陽系が凍り付いてしまう…!」と、いよいよ感じてしまうかもしれませんね…。


 太陽の死の姿は、赤色巨星のときと比べて、体積比で約270億分の1の中心核のみが残ります。太陽の外層が吹き飛んだ後は、炭素と水素の中心核と、うっすらとそれを覆うヘリウムの層からなる小さな天体になります。

 赤色巨星末期までの核融合反応によって、1万度Cを超える温度にまで熱せられているため、白色矮星となってからの当初は白く光っています。が…、しかし、もはやエネルギー源がないので、次第に冷えて暗くなっていきます。

 ちなみの、この天体(白色矮星)のときでも自転は続いていると考えられています。また、遠く離れたところには、それまで断続的に放出された外層部分(惑星状星雲)が何層かに重なって見える可能性があると想定されています。
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2005年12月30日

約77億年後の話 (2)

 今から77億年後、赤色巨星となった「太陽の外側がはがれてなくなる?」…についての話に入りたかったのですが、急遽、実家帰りが決まり、祭りのための仕事に数日間(4日間ほど)勤めなければならなく成りました。

 体調が不調ということで、体調を改善するためにも安静にして、31日明朝に出陣します。

 小十郎、ごめんね…(T^T)

 この話は、出陣から帰った年明けに再更新します…。


 小十郎君、良い年を迎えようね…(^-^)


 …ということで、出陣帰りの再更新でおめでとうございます。

 さてさて…。物理学も宇宙論も、地球から宇宙へ飛び出せば、仮想上の理論が多くなりますが、これも、致し方ない話であります。要は、どこからどこまでが実際にわかっていることで、どこからどこまでが解明されていなくて仮想上のものだと、正確に認識できていればよいかな…なんて思う梵であります。

 …というわけで、本題に入ります…。



 赤色巨星となった太陽は永遠に膨らんでいくのでしょう? …この疑問と密接に関わってくる天体が、フランスの天文学者チャールズ・メシエ(1730〜1817)によって、1764年に始めて観測された「惑星状星雲」です。

 惑星状星雲という名前は、小型の天体望遠鏡でこの天体を観測したときに、海王星や冥王星と同じように見えることに基づいています。しかし、実際には、海王星や冥王星などの惑星とは何の関係もなく、リングのようにガスが広がっているように見えるだけの天体です。

 現在では、観測結果によって、惑星状星雲は赤色巨星の進行過程で、赤色巨星の外側にあるガスが剥がれ落ちたものとして知られています。

 1956年、ロシアの天文学者ジョセフ・シュクロフスキー博士、ガスの中心に小さな天体があることに注目し、惑星状星雲は赤色巨星の外部が剥がれ落ちた姿であると考えました。つまり、ガスの中心にある小天体は、残された中心部分というわけです。

 どうして赤色巨星のガスが剥がれ落ちるのか?…については、現在の天文学ではまだこの疑問に対する答えとして、統一された見解は見出されていません。予想されているモデルがいくつかあるものの、多くの観測からは、現在の太陽から「太陽風」が吹き出ているように、赤色巨星となった太陽からも太陽風が出ると考えられています。この段階での太陽風は、1年間に太陽質量の1000万分の1を外へ放出するという計算結果があります。

 惑星状星雲になったばかりの太陽は、最も外側の青色のガスまで、中心の小天体から約 1000〜1万天文単位(1天文単位は、地球と太陽の平均距離で、約1億5000万キロメートル)あると想定されており、太陽系は中心の黄色い、電解されたばかりのガスの領域にすっぽり包まれると考えられています。

 惑星状星雲となった太陽は、しだいにガスと塵が晴れてくるにつれて、中心の小天体が見えてくることになります。この小天体は、表面度が1万度Cを遥かに超えて上昇するため、ガスが晴れてくるにつれて、表面温度が低くなっていきます。この間にかかる時間は、わずか10万年ほどと計算されています。

 して…。サックマン博士らによれば、惑星状星雲としてガス雲が確認されるのは10万年間ほどで、長くても50万年は続きません。しかし、中心の天体の質量からは太陽の質量の半分程度であることが惑星状星雲の観測からわかっています。したがって、年間に1000万分の1の放出を続けても50万年間で放出できるのは、20分の1に過ぎないことになります。

 そこで、最後に「スーパーウィンド」と呼ばれる質量の大放出が起きて、今の太陽質量の半分の質量になると考えられています。

 勿論、この「スーパーウィンド」とは、あくまでも理論上(仮想上)の仮説で、それはちょうど、ニュートンの『光の波動説』が「エーテル」と呼ばれる仮想上の物質が充満しており、その物質の振動が光であるとする説が唱えられていたような状態と同じような状態です。

 ちなみに、このスーパーウィンドは理論的に必要だと考えられている存在で、実際に観測されたものではなく、そのメカニズムも不明となっています。


 そんなわけで、「スーパーウィンド」…とくれば、『光の波動説』「エーテル」…あはは…A(^.^;

 …と思考連結してしまう梵であります…(苦笑)。これが、かのブラックホール説のように、実際にあるものかどうか…。うーん、どうなんでしょうね…。生物や化学の分野では、分子構造がわかるようになって、これまでの医学や生物の構造などの常識を覆すような現代となってきています。近年に入り、常識を覆すような発見が多かっただけに、赤色巨星となった太陽が大幅に半分も質量がなくなる過程においても、あんがい、これに漏れず、これまでの常識を覆すような物理現象が発見されるんじゃないのかと、ふとなんの根拠もなく(覆されても何の不思議もない…と)思ってしまった梵でありました…(〃▽〃)
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2005年12月29日

約77億年後の話 (1)

 「標準モデル」においての現在の太陽系の話で先述したように、太陽は約45億年前に水素を燃やすことによって輝く「主系列段階」に入りました。主系列段階は恒星の一生の中で最も安定した時期で、太陽のような質量の星では約109億年間つづきます。星の中心部では、水素4個がヘリウム1個になるため、圧力がわずかに下がります。それを補うために中心部は収縮し、温度が上がります。その結果、水素の燃焼効率が上がり、太陽はだんだんと明るさを増していきます。

 太陽系の話で述べてきたように今からおよそ64億年後には(63億年後に)、太陽の中心部分で水素が燃えつき、まわりの部分だけで水素が燃えるようになります。内側の火が消えた領域では重力に抵抗する圧力が弱くなり、急激な収縮がはじまります。この影響によって、太陽は猛烈に明るくなっていき、膨張しはじめます。

 これは、「赤色巨星」段階の始まりです。前回の赤色巨星になる話でもその過程について述べてきたところですが、赤色巨星段階は14億年(64億年後の想定時のものでは13億年とさていた)ほど続き、その間に太陽は現在の数千倍もの明るさになると計算されています。

 木星や土星あたりの温度も上がり、木星の氷衛星や土星のリングは蒸発してしまうと考えられています。一方、太陽の表面部からガスが放出され、質量が減っていきます。太陽の重力が弱くなるので、惑星は太陽から遠ざかると考えられています。

 今から約77億年後、最終的に太陽の体積は現在の約800万倍に膨れ上がり、表層部は地球軌道付近まで達すると考えられています。勿論、このときには、水星や金星は既に太陽に取りこまれ、消滅していると想定できます。この時の太陽の年齢は123億歳です。

 太陽が巨大化を始めた時点で、地球の温度は上がり始めます。海水は蒸発し、やがて空気も吹き飛ばされ、地球は自身がその惑星環境内で育んできた生命の生存が適さない灼熱の星になることは、多くの天文学者が予想するところです。

 では、地球という惑星自体の運命はどうなるんでしょうね…? 

 この疑問に対して、サックマン博士らが発表した2つの仮説があり、一つは「取りこまれる」とする説で、もう一つは「取りこまれない」とする説です。アイザック・アシモフが活躍していた時期は「取りこまれる」という説が有力視されてましたが、2002年には「取りこまれない」とする説が有力視され、現在は(最新の情報では)、「どちらかわからない」…となっています。

 さて…。どちらなんでしょうね…。当事者である研究者の間では討論中のようです。

 太陽の直系が約200倍(体積では約800万倍)に膨れ上がった時点で、水星・金星は既に取りこまれ、地球は取りこまれるかどうかギリギリの位置にあります。 

 もし、「取りこまれた場合、どうなるか?」については、アイザックアシモフが著作した『フロンティア』では、あの古くお固い言語で、赤色巨星になるその過程から取りこまれ、太陽が白色矮星になるまでの様子が生々しく描かれています。勿論、当時の有力説で(当時の知見で)話は進んでいますが、参考にはなる文献です。

 さて…。現在では「取りこまれた場合、どう考えられているのか?」という話ですが、この場合、「取りこまれた」とはいっても、大きく膨らんだ白色巨星の大気は極めて薄いため、地球はしばらくの間、その大気の中を公転運動すると見られています。そして、やがて太陽大気との摩擦で失速して、らせんを描くように太陽の中心に《落下》し、高温部に突っ込んで蒸発します。

 何とも、いさぎよい情景というか、生まれた宇宙に帰るって感じで、太陽に同化されるのも、それもいい運命かも…ですね…。

 もし、「取りこまれなかった場合、どうなるのか?」については、太陽は常に太陽風で質量を放出するため、太陽自身の引力も減っていきます。その結果、地球の公転軌道が現在よりも外側に移動し、太陽に取りこまれないまま、公転するようになります。

 これは、赤色巨星の段階では、膨張して重力の弱まった太陽の表層部から大量のガスが放出され、最終的に太陽の質量は主系列段階の半分くらいまで減少するために、太陽表面は地球軌道まで迫ってきますが、太陽質量の減少によって重力が弱くなるので、地球は太陽から遠ざかるようになることが想定できるからです。したがって、地球は呑み込まれず、太陽との距離を広げていくようになります。

 さて…。果たして、どちらの運命を辿るのでしょうね…。

 どちらにしても、太陽は寿命を全うするに、我が道をいきます。

 やがて太陽の中心にあったヘリウムに火がつき、1億年間ほど穏やかな時期が訪れますが、それもついに燃え尽きて光を失い、白色矮星といわれる小さな星となります。今から約78年後のことだと想定されています。

 水星・金星以外の赤色巨星時代を生き延びた惑星は、光を失った暗い小さな太陽(白色矮星)のまわりをただひたすら公転しつづけ、すべてが凍りつくだろうと考えられています。


 昔使い古されたテロメアの寿命切符を思い出す梵です。
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2005年12月28日

赤色巨星になる話

 ここから先は、太陽がこれからどのような"後半生"をおくっていくのかをみていきましょう。

 主系列星になった太陽の中心核では、4つの水素原子核から1つのヘリウム原子核がつくられる核融合反応がおきます。この核融合反応は、中心核の水素がなくなるまで続きます。水素が消費しつくされ、中心核がヘリウムだけになるのは、今から63年億年後(それまで64億年後とされていたが、最新の情報では63億年後)とみられています。このとき、太陽の年齢は109億歳です。水素を主成分とする太陽の中心に、ヘリウムだけの中心核ができます。

 ヘリウムだけになった中心核では、もはや核融合反応を起こすことはできません。そのため中心核は自らの重力によって収縮していきます。するとその収縮によって熱が発生するようになります、その熱によって、やがて中心核の周囲が非常に高温となり、中心核の周囲(外側)で水素が核融合反応を起こすようになると考えられています。

 この説は、アメリカの天文学者マーティン・シュワルツシルド(1912〜1997)らのもので、星のエネルギーが中心核ではなく、その周囲でつくられるようになると、太陽の外層が膨張しはじめると考えました。主系列星のときの太陽は、中心核で水素が核融合反応を起こすことによって、その大きさを一定に保っていたところが、ヘリウムの中心核の周囲で水素の核融合反応が起きると、それまでの外層と中心核のバランスが崩れるというものです。(但し、ヘリウムの中心核では核融合反応を起こしていないので、中心核自体は収縮しつづけると考えられています)。

 さて、光学で考えれば当然の話ですが、太陽の外層が膨張をはじめると、太陽の色も変化していくと考えられます。膨張した結果、太陽の表面温度が下がり、太陽の色は、現在の黄色から赤へ変化すると考えられています。

 こうして太陽は109億歳以後、「赤色巨星」としてその"人生"を歩きつづけると考えられています。膨張しつづける太陽が123億歳になったとき(今から77億年後)直径は現在の200倍以上、体積は800万倍以上という巨大な星になると予想されています。
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2005年12月27日

太陽系の話

 宇宙の未来の話に入る前に、まとめのような話になりますが、ここで太陽系の誕生から現在、そして未来をざっと眺めてみましょう。

 今から約46億年前、ガスと塵からなる星間雲が収縮を始め、回転しながらだんだんと平べったくなっていきましら、やがて星間雲は円盤になって、その中心に「原始太陽」が生まれました。このときできたガス円盤(塵も少量含まれる)を「原始太陽系円盤」といいます。

 ガス円盤の中では塵が集まって、「微惑星」と呼ばれる無数の小天体が誕生しました。やがて微惑星は衝突合体を繰り返し、だんだん大きな「原始惑星」が形成されました。ガス円盤誕生からわずか1000万年から1億年くらいで惑星は完成して、現在のような太陽系の姿がほぼできあがりました。

 ここまでのシナリオを「標準モデル」と呼んでいます。標準モデルは京都大学の林忠四郎博士や旧ソ連のサフロノフ博士によって提唱され、現在多くの研究者が支持しているシナリオです。

 その後、各惑星は独自の進化を遂げて、現在に至ることになります。一方、惑星(太陽)が完成した約45億年前、これまで重力収縮によって輝いていた太陽の中心では、水素が燃え始めました。それ以来現在まで燃えつづけており、今後も64億年間ほど続くと計算されています(:最新の情報では63億年後と訂正されています)。

 これから64億年後(最新の情報では63億年後)、太陽の中心付近の水素が燃えつき、太陽はどんどんと膨張して「赤色巨星」となります。

 それから、(現在より)約77億年後、太陽の表面は現在の地球軌道まで達すると考えられています。しかし、やがては表層部を吹き飛ばして小さくなっていき、冷たい「白色矮星」となります。

 今から約78億年後、太陽は静かに一生を終え、それにともない、太陽系のすべては凍り付いてしまうと考えられています。



### 『標準モデル』のまとめ ###

  1. 星間雲

  2.  星間雲は水素やヘリウムなどのガスと固体成分の塵からなる。(参考:「宇宙の始まりの話」

  3. 約46億年前:星間雲の収縮

  4.  何らかの切っ掛けで密度の増加した星間雲がお互いの重力で収縮し始める。(参考:「約46億年前の宇宙の話」

  5. 約46億年前:ガス円盤(原始太陽系円盤)の誕生

  6.  回転しながら収縮が進み、ひらべったいガス円盤(少量の塵も含む)とその中心に原始太陽が誕生する。(参考:「原始太陽の話」

  7. ガス円盤誕生後、数十万年:微惑星の形成

  8.  ガス円盤の中の塵が集まって、直系数キロの微惑星が約数百億個できる。(参考:「惑星のたまごの話」

  9. ガス円盤誕生後、約100万年:原始惑星の形成

  10.  微惑星が衝突合体を繰り返すことによって、火星サイズ(直径で地球の約半分)の原始惑星に成長する。(参考:「原始惑星の話」

  11. ガス円盤誕生後、1000万〜1億年:惑星の完成

  12.  原始惑星どうしの巨大衝突によって、彗星、金星、地球、火星が完成する。大きな固体コアのまわりにガスを取りこむことによって、木星、土星、天王星、海王星が完成する。(参考:「地球型惑星の話」

  13. 45億年前〜現在

  14.  円盤のガスはなくなり、太陽系が完成する。その後は各惑星が独自の進化を遂げる。(参考:「ガス消滅の話」、独自の進化の一例として…「地球の話」

  15. 今から63億年〜77億年後(これまでは64億年〜…とされていた)

  16.  太陽は赤色巨星となる。最終的に現在の体積の約800万倍に膨れ上がり、水星と金星は呑みこまれる。(注:最新の情報では、太陽系の惑星すべてを呑みこむのか、水星と金星が呑みこまれるだけなのかは、議論最中でわからない)

  17. 今から約78億年後

  18.  太陽は冷えて小さな白色矮星となる。太陽系は凍り付いてしまう。


 何となく、アイザック・アシモフ・(「フロンティア」著作)モードになってしまいそうな…(苦笑)。

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2005年12月26日

現在の太陽系の話

 ガス円盤の誕生からおよそ46億年の月日が流れました。現在の太陽系には、太陽と9つの惑星、その惑星のまわりをまわる衛星、無数の小惑星や彗星が存在しています。惑星は太陽から0.4〜40天文単位の距離に位置しており、惑星間の間隔は外側にいくほど広くなっています。火星と木星の間の「小惑星帯」には、直径1000キロメートル以下の小天体が数万個も存在しています。最遠の惑星である冥王星以遠にも「カイパーベルト天体」とよばれる数百個の小天体が広がっています。さらに、その外側には、半径10万天文単位程度まで「オールトの雲」とよばれる彗星の巣があります。これらの小天体の集団は、太陽系形成時にできた微惑星の生き残りであると考えられています。

 また、最近では、最遠の冥王星(約40天文単位)をカイパーベルト天体と考える場合も多くなっています。火星と木星の間にある小惑星帯の形成に関しては、太陽系の形成で期に外側の木星ができた後、その巨大な重力によって内側の原始惑星たちの乱され、惑星どうしが衝突して砕かれたことが原因であると考えられています。

 ガス円盤誕生後約46億年後の現在、太陽系は、美しく秩序ある姿となりました。惑星はほぼ同一面上を楕円を描きながら太陽のまわりをまわっています。…が、冥王星だけは軌道面が傾き、かつ細長い楕円軌道をとっていきます。


 太陽は約45億年前に水素を燃やすことによって輝く「主系列段階」に入りました。主系列段階は恒星の一生の中で最も安定した時期で、太陽のような質量の星では約110億年間つづきます。星の中心部では、水素4個がヘリウム1個になるため、圧力がわずかに下がります。それを補うために中心部は収縮し、温度が上がります。その結果、水素の燃焼効率が上がり、太陽はだんだんと明るさを増していきます。約45億年前から現在までに、太陽の光は強くなりつづけ、主系列段階が終わるころまでに、現在の2倍程度明るくなります。そのため地球の温度は上がりつづけると考えられています。
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2005年12月25日

地球の話

 太陽系第三惑星、地球…。最近じゃ、地球環境保護団体の One Earth org の CM だけでなく、NHK の特集番組でも使われているようですね…。

 私たちが住む地球は、惑星としてできた45億年前からさまざまな段階を経て、現在のような大気や海、地殻、生物圏など、さまざまな構成要素によって成り立つ地球ができあがっていきました。

 地球が他の惑星と異なる最大の点は、大量の液体の水が存在することです。この液体の水と大気に守られた環境が、地球に生命を育みました。

 原始的な生命が海で誕生したのは、ガス円盤が誕生して約8億年後(今から約38億年前)のことだと考えられています。最初の生命は核膜に包まれた核をもたない「原核生物」で、無酸素下でエネルギーを得ていました。しばらくすると、光合成のできる原核生物が出現し、大気中に酸素を供給するようになりました。

 生命が誕生して約18億年後(ガス円盤誕生後約26億年、今から約20億年前)には核膜に包まれた核をもつ「真核生物」が出現して、雄と雌が受精して子孫をつくる「有性生殖」が始まりました。これは、進化の速度を大幅にアップさせることとなったと言えます。何故なら、自分にない遺伝子を融合させて進化することができるようになったからです。

 やがて多細胞生物が誕生し、生物は爆発的な進化を遂げて多様化していったと考えられています。


### 地球進化のシナリオ ###

    【46億年前】(惑星)
  1. マグマの海と原始大気が形成された。

  2. 海が形成された


  3. 【約38億年前〜】(生命)
  4. 地球上に最初に出現した生物は外界から取り入れた有機物を無酸素下で分解してエネルギーを得る原核生物(嫌気性細菌)だったと考えられている。次いで太陽エネルギーを利用して合成をする原核生物(ラン藻)があらわれ、さらに、光合成によって放出された酸素を呼吸に利用する原核生物(好気性細菌)があらわれたと考えられている。


  5. 【約35億年前】(惑星)
  6. 磁場が既に存在していた。内核も20億年ころまでには形成されていたと思われている。原核生物には、細胞に核膜に包まれた核がなく、DNA(デオキシボ核酸)が裸で存在している。


  7. 【25億〜20億年前】(生命)
  8. 薄い海でストロマトライトなどの光合成をする生物が大繁殖して、大気中に酸素を放出していった。ストロマトライトはシアノバクテリアとよばれるラン藻類のコロニー(生物集団)である。


  9. 【約23億年前】(惑星)
  10. 地球全体が凍りついたらしい。9億〜6億年前にも2〜3回、地球全体が凍りついたらしい。


  11. 【約20億年前】(惑星)
  12. 超大陸が出現し、上空にはオゾン層も形成された。


  13. 【約20億年前】(生命)
  14. 核膜に包まれた核があり、ミトコンドリアや葉緑体などの細胞小器官の分化した細胞からなる真核生物が出現した。真核生物の細胞の起源については、原始的な細胞内に好気性細菌が共生して、「ミトコンドリア」となり、ラン藻の一種が共生して「葉緑体」になったという説が有力である。これらの細胞小器官は、核のものとは異なる独自のDNAをもっている。


  15. 【約2臆5000万年前】(惑星)
  16. 地球史最大の生物絶滅がおきた。この時期海底の酸素濃度が著しく下がるという大事件が起こったことが知られている。


  17. 【約6500万年前】(惑星)
  18. 大きな隕石が衝突し、恐竜が絶滅した。(恐竜絶滅の説については、いくつもの仮説があり、今現在も激しく討論中である。これには、地層を分析したところ、隕石の衝突による大きな影響が出たというデータが得られなかったため、環境に適応できず、生存競争が難しかったこととの複合的な現象による恐竜絶滅であるという有力視されている説もある)


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2005年12月24日

火星の話

 地球のすぐ外側の軌道をまわる火星は、寒く乾燥した惑星です。表面の温度はほとんどの場所で 0 度 C 以下で、夏の赤道地域で 20 度 C になる程度です。地球大気のおよそ 150 分の 1 の薄さしかありません。

 ほかの地球型惑星と同じように、誕生したころの火星には水蒸気と二酸化炭素を主成分とする濃い原始大気が存在していたはずでした。

 しかし、ガス円盤が誕生して約8億年後(今から約38億年前)の「隕石重爆撃期」までに繰り返された多くの隕石衝突によって、原始大気はしだいに剥ぎ取られていったと考えられています。

 それまで火星は二酸化炭素と水蒸気を主成分とする原始大気におおわれていましたが、隕石重爆撃によってしだいに剥ぎ取られていくに、直径 15 キロメートル以上にもおよぶ巨大隕石が、何度も衝突したと考えられています。隕石重爆撃で数気圧の火星大気がしだいになくなり、かつ磁場がなかったために、太陽から飛んでくる高エネルギー粒子によっても、1 〜 2 気圧の大気が剥ぎ取られたと考えられています。

 衝突隕石が蒸発してきた高温のシリケイト蒸気は膨張して、宇宙空間まで広がってしまいます。

 衝突の衝撃で隕石は高温高圧の蒸気となり、その蒸気が大気を宇宙空間へ吹き飛ばしてしまったというわけです。それにともなって水は地表の極冠部分(北極と南極)や地下に凍り付き、地表はだんだん冷えていきました。

 火星では基本的に寒冷な時期が続きますが、ときどき気温が上がって温暖となり、海が形成されたこともあると考えられています。過去に大量の水が流れた後なども発見されています。しかし、なぜ気温が上がることがあるのか、そのメカニズムはまだわかっていません。



 その昔、太陽系で一番地球環境に近い惑星として火星が挙げられ、火星移住思想が流行りましたが、そのころの梵と言えば、「遠い未来、火星が太陽に呑み込まれてしまうというに、火星移住のその労力は無意味だ」…と思っていた梵でした。

 もし脱出するとしたら、大宇宙の中心から太陽系の地球までの相対距離分ぐらいの位置なら、地球によく似た惑星が存在するかもしれないな…と思いつつも、それを可能にするには、高性能の原子力エンジンを搭載して、まず光速を超えるワープ技術が必要であるし、健康を考えると、重力発生装置が必要で、食物を調達するに、レプリケータが必須になることは勿論のこと、ストレス発散やトレーニングや教育にとホログラムデッキも必要だ!…なんて、スタートレックTNGの世界に入り込んでしまう梵であります…。

 しかし、実際に…と思うと、それはほとんどボイジャーの放浪生活ように、何世代も渡らなきゃその惑星につけないぞー!…なんてことになるんだろうな…(げに、わびしさつのる梵)…なんてことも考えてしまう梵でありました。

 さらに蛇足ではありますが、TNGがあまりに傑作だっただけに、エンタープライズは面白くないぞー…などと思っていましたが、スーパーチャンネルのベルト放送(以前はTNGを放送)見ていると結構面白いのね…。しかし、なぜ、(若きとき「タイムマシンにお願い」の)アーチャー船長は毎回トラブルに好き好んで巻き込まれるのだろう…? …なんて、不思議に思ってしまう梵でもありました。
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2005年12月23日

ガス消滅の話

 ガス円盤誕生後の数千万年〜1億年ころ、そして、円盤のガスはだんだんなくなった…という話です。

 このとき、地球や金星などの地球型惑星と木星や土星はほぼ完成していました。天王星や海王星の固体コアはまだ完成していません。やがてこの固体コアが地球の10倍に成長しますが、そのときには円盤のガスが殆ど消滅していたので、地球質量の数倍程度のガスしかまとうことができませんでした。

 円盤のガスは、誕生後100万〜1000万年ころからだんだんと拡散して減り始めました。木星の固体コアができたときはまだ円盤のガスが十分にあったので、木星は集められるだけのガスをすべて集めて大きくなれました。次に土星の固体コアが形成されたときは円盤のガスは消失しつつあったので、集められるガスの量はやや少なかったと考えられています。

 ガス円盤の外側にいくほど微惑星の総量が多く、大きな原始惑星(固体惑星)ができやすいのですが、微惑星はまばらで公転も遅いので、原始惑星の形成には時間がかかります。天王星、海王星ではコアになる原始惑星の形成に時間がかかりすぎたために、先に円盤のガスがほとんどなくなってしまいました。その結果、地球質量の数倍ほどのガスしかまとうことができなかったと考えられています。ただし、固体コアの大きさは、木星、土星、天王星、海王星でほぼ同じで、地球質量10倍程度です。

 ガス円盤が誕生して、約1億年の月日がたちました。水星から海王星までの太陽系の惑星はほぼ完成し、その後はそれぞれの惑星が独自の進化をとげていくことになります。

 一方、太陽は、中心部の温度が十分に高くなり、ようやく水素が燃えてヘリウムにかわる核融合反応がはじまりました。核融合反応がはじまると、圧力と重力が完全につりあって、太陽の収縮は殆どとまってしまいました。


【太陽系形成の標準モデル】
  1. 原始太陽のまわりに太陽質量の100分の1程度のガス円盤(少量の塵も含む)が形成される。

  2. ガス円盤の中で固体成分が凝縮し、微惑星が形成される。

  3. 微惑星どうしの衝突と合体により原始惑星(固体惑星)が形成される。

  4. 円盤の外側の領域では原始惑星が地球質量の約10倍に達し、そこに円盤のガスが流入して、木星と土星が形成される。

  5. ガス円盤は数千万年程度で消失するため、成長の遅い天王星と海王星は土星や木星ほど巨大になりきれなかった。

posted by 梵 at 00:24| Comment(0) | TrackBack(0) | 宇宙の話 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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