太陽

太陽

太陽（たいよう）は銀河系（天の川銀河）の恒星の一つ。太陽系の物理的中心であり、太陽系の全質量の99.9%を太陽が占める。典型的な主系列星で、スペクトル型はG2V（黄色）である。推測年齢は約46億年で、主系列星として存在する期間の半分を経過しているものと考えられている。

また太陽が太陽系の中心の恒星であることから、任意の惑星系の惑星から見てそれが周りをまわる中心の恒星を比喩的に太陽と呼ぶことがある。

天の川銀河の中心から太陽までの距離は約2万8千光年である。地球から太陽までの平均距離は約1億5000万kmである。この平均距離は地球太陽間距離の時間平均と考えても、地球の軌道長半径と考えてもどちらでも差し支えない。なお、正確な値は1億4959万7870 kmで、これを1天文単位 (AU) と定義する。

太陽はほぼ完全な球体であり、その扁平率は0.01%以下である。太陽には、地球型惑星や衛星などと異なり、はっきりした表面が存在しない。

太陽は、中心核（コア）・輻射層・対流層（表面対流層）・光球・彩層・遷移層・コロナからなる。太陽の表面とは光球を指す。太陽半径を太陽中心から光球までの距離として定義する。光球には周囲よりも温度の低い太陽黒点と呼ばれる領域が存在することが多い。光球より上層の、光の透過性の高い部分を太陽大気と呼ぶ。太陽大気の上層部は太陽重力による束縛が弱いため、惑星間空間に漏れ出している。これを太陽風と呼び、オーロラの原因ともなる。

太陽は光球より内側が電磁波に対して不透明であるため、内部を電磁波によって直接垣間見ることができない。太陽内部についての知識は、太陽の大きさ、質量、総輻射量、表面組成・表面振動（5分振動）等の観測データを基にした理論解析によって得られる。理論解析においては、太陽内部の不透明度と熱核融合反応を量子力学により推定し、観測データによる制限を境界条件とした数値解析を行う。太陽中心部の温度、密度等はこのような解析によって得られたものである。

核 [編集]

太陽の中心は2,500億気圧、密度が1.56 ×105 kg/m3（およそ水の150倍）、温度は1,500万Kに達し、熱核融合反応によって水素がヘリウムに変換されている。1秒当たりでは約3.6 ×1038 個の陽子（水素原子核）がヘリウム原子核に変化しており、これによって1秒間に430万トンの質量が3.8 ×1026 Jのエネルギー（TNT火薬換算で9.1 ×1016 トンに相当する）に変換されている。このエネルギーの大部分はガンマ線に変わり、一部がニュートリノに変わる。ガンマ線は周囲のプラズマと相互作用しながら次第に「穏やかな」電磁波に変換され、数十万年かけて太陽表面にまで達し、宇宙空間に放出される。一方、ニュートリノは物質との反応率が非常に低いため、太陽内部で物質と相互作用することなく宇宙空間に放出される。それ故、太陽ニュートリノの観測は、現在の太陽中心部での熱核融合反応を知る有効な手段となっている。

太陽の中心核は熱核融合によって物質からエネルギーを取り出しているほとんど唯一の領域である。核の大きさは約0.2太陽半径である。

放射（輻射）層 [編集]

太陽半径の0.2倍から0.7倍までの層では、放射（輻射）による熱輸送を妨げるほどには物質の不透明度が大きくない。したがって、この領域では対流は起こらず、輻射による熱輸送によって中心核で生じたエネルギーが外側へ運ばれている。

対流層 [編集]

0.7太陽半径から1太陽半径までの層では、微量イオンが原因となって不透明度が増し、輻射によるエネルギー輸送よりも対流による輸送の方が効率が良くなる。

光球 [編集]

光球より下の層では太陽は電磁波に対して不透明になっている。光球より上では太陽光は散乱されることなく宇宙空間を直進する。光球の粒子密度は約 1023 個/m3である。これは地球大気の海面上での密度の約1%に相当する。光球よりも上の部分を総称して太陽大気と呼ぶ。太陽大気は電波から可視光線、ガンマ線に至る様々な波長の電磁波で観測可能である。太陽光のスペクトルは約6,000Kの黒体放射に近く、これに太陽大気の物質による吸収線（フラウンホーファー線）が多数乗っている。

光球の表面にはしばしば黒点と呼ばれる暗い斑点状の模様が現れる。黒点部分の温度は約4,000Kと周辺に比べて低いために黒く見える。

低温層 [編集]

光球から500kmほど上の領域は太陽で最も温度が低い層である。この領域の温度は約4,000Kで、太陽の中で一酸化炭素や水などの分子が存在できる唯一の場所である。これ以外の領域では温度が高すぎるため、分子の化学結合は全て切れてしまう。

彩層 [編集]

我々が見ることのできる太陽表面の上には厚さ約2,000kmの薄い層があり、この層から来る光には様々な輝線や吸収線が見られる。この領域を彩層と呼ぶ。皆既日食の始まりと終わりには紅色の彩層を見ることができる。

コロナ [編集]

コロナは太陽大気の外層である。コロナは太陽半径の10倍以上の距離まで広がっている。コロナからは太陽風が出ており、太陽系と太陽圏 (heliosphere) を満たしている。コロナの太陽表面に近い低層部分では、粒子の密度は 1011 個/m3 程度である。

太陽内部の物質は極端な高温のために全てプラズマの状態にあるとされる。このため、太陽は赤道付近の方が高緯度の領域よりも速く自転している（赤道での自転周期は約25日、極近くでは約28日）。この太陽の差動回転のために、太陽の磁力線は時間とともにねじれていくことになる。ねじれて変形した磁力線はやがて磁場のループを作って太陽表面から外へ飛び出して、太陽黒点や紅炎（プロミネンス）を作ったり、太陽フレアと呼ばれる爆発現象を引き起こしたりする。

太陽黒点は約11年周期で増減する。このサイクルは古い磁場が一方の極から引き剥がされてもう一方の極まで達する周期に対応しており、1周期ごとに太陽磁場は反転する。太陽活動の周期には1755年から始まった周期を第1周期とする通し番号が付けられており、2008年1月から第24周期に入っている。この他、マウンダー極小期のようなさらに長い周期での変化もある。

三態においての分類 [編集]

これは太陽だけでなく他の恒星にも言えることであるが、太陽には、固体からなる地球型惑星や衛星、液体が大半を占める木星型惑星や天王星型惑星などと異なり、はっきりした表面が存在しない。かつては、太陽を始めとする主系列星や未来の太陽の姿とされる赤色巨星は、気体で構成される、という説が有力であった。しかしながら、内部の重力の影響で、表面は気体だが、内部は液体ならびに固体で構成されている、と言う説も存在している（前述の通り、核ではかなりの高温高圧になっているため、密度も非常に高くなっている）。現在では、太陽の内部はプラズマや超臨界流体といった、固体でも液体でも気体でもない第四の状態となっている、と言う説が最も有力となっている（中でも、既述したプラズマ説が最も有力）。このため、現在でも太陽の内部構造が三態のいずれかに該当するかについては、結論は出ておらず、未だにわかっていない。

コロナ加熱問題 [編集]

太陽の表面温度は約6,000度であるのに対し、太陽を取り囲むコロナは約100万度という超高温であることが分かっているが、その原因は太陽の磁気エネルギーに関係していると思われる。これは太陽最大の謎とされている。

太陽ニュートリノ問題 [編集]

太陽内部の核融合反応に伴って、太陽からはニュートリノが常時放出されている。しかし、地球上のニュートリノ観測で検出される太陽ニュートリノの数は、恒星内部の核反応の理論から予測される値の半分程度しかないことが分かっている。近年のスーパーカミオカンデなどによる精密な観測によって、この太陽ニュートリノ問題は、ニュートリノが質量を有しているためにニュートリノのフレイバー（内部量子数）が変化する現象（ニュートリノ振動）に起因するという説が有力になっている。

参考：wikipedia