太陽を構成するガスは何ですか？

私たちの太陽は、他のすべての星と同様に、輝くプラズマの巨大な球です。 それは私たちの惑星が必要とする光と熱を提供する自立した熱核反応器です その重力が私たち（そして太陽系の残りの部分）が深くスピンオフするのを防ぎながら、生命を維持します スペース。

太陽には、電磁放射を放出するいくつかのガスやその他の元素が含まれているため、科学者は物理的なサンプルにアクセスできなくても太陽を研究できます。

TL; DR（長すぎる; 読んでいない）

太陽で最も一般的なガスは、質量で、水素（約70パーセント、ヘリウム（約28パーセント）、炭素、窒素、酸素（合わせて約1.5パーセント）です。 太陽の残りの質量（0.5％）は、ネオン、鉄、シリコン、マグネシウム、硫黄など、微量の他の元素の混合物で構成されています。

太陽の物質の圧倒的大部分を占めるのは、水素（約70％）とヘリウム（約28％）の2つの元素です。 異なる数字が表示されても、心配しないでください。 おそらく、個々の原子の総数に応じた推定値が表示されています。 考えやすいので、まとめて行きます。

質量の次の1.5％は、炭素、窒素、および酸素の混合物です。最後の0.5％は、ネオン、鉄、シリコン、マグネシウム、硫黄を含むがこれらに限定されない、より重い元素の角質です。

あなたはどうやって太陽を構成するのかを正確に知っているのか疑問に思うかもしれません。 結局のところ、人間がそこにいたことはなく、宇宙船が太陽物質のサンプルを持ち帰ったこともありません。 しかし、太陽は常に地球を浴びています電磁放射核融合を動力源とするコアから放出される粒子。

すべての要素は、特定の波長の電磁放射（つまり、光）を吸収し、同様に、加熱されると特定の波長を放出します。 1802年、科学者のウィリアムハイドウォラストンは、プリズムを通過する太陽光が予想される虹のスペクトルを生成することに気づきましたが、顕著な暗い線があちこちに散らばっていました。

この現象をよりよく見るために、眼鏡技師のジョセフフォンフラウンホーファーは最初の分光計を発明しました– 基本的に改良されたプリズム–太陽光のさまざまな波長をさらに広げ、それらをより簡単にします 見る。 また、ウォラストンの暗い線がトリックや幻想ではなく、日光の特徴であることがわかりやすくなりました。

科学者たちは、これらの暗い線（現在はフラウンホーファー線と呼ばれています）が、水素、カルシウム、ナトリウムなどの特定の元素によって吸収される特定の波長の光に対応していることを理解しました。 したがって、これらの元素は太陽の外層に存在し、コアから放出される光の一部を吸収する必要があります。

時間の経過とともに、ますます洗練された検出方法により、太陽からの出力を定量化できるようになりました。 あらゆる形態の放射線（X線、電波、紫外線、赤外線など）と次のような素粒子の流れ ニュートリノ。 太陽が何を放出し、何を吸収するかを測定することにより、私たちは遠くから太陽の組成を非常に完全に理解することができました。

太陽を構成する素材の模様に気づきましたか？ 水素とヘリウムは周期表の最初の2つの元素です：最も単純で最も軽いです。 重くて複雑な元素ほど、太陽の下で見つかる元素は少なくなります。

私たちがより軽い/より単純な要素からより重い/より複雑な要素に移るにつれて量が減少するこの傾向は、星がどのように生まれるか、そして私たちの宇宙におけるそれらのユニークな役割を反映しています。

ビッグバンの直後、宇宙は亜原子粒子の熱くて密度の高い雲にすぎませんでした。 これらの粒子が最初の原子である水素として認識される形に集まるには、約40万年の冷却と膨張が必要でした。

長い間、宇宙は原始的な亜原子のスープの中で自発的に形成することができた水素とヘリウム原子によって支配されていました。 ゆっくりと、これらの原子は緩い凝集体を形成し始めます。

これらの凝集体はより大きな重力を発揮したため、成長を続け、近くからより多くの物質を引き込みました。 約160万年後、これらの集合体のいくつかは非常に大きくなり、それらの中心の圧力と熱は熱核融合を開始するのに十分であり、最初の星が誕生しました。

核融合の重要な点は次のとおりです。開始するには膨大な量のエネルギーが必要ですが、実際のプロセスはリリースエネルギー。

水素核融合によるヘリウムの生成を考えてみましょう。2つの水素原子核と2つの中性子が結合して、 単一のヘリウム原子ですが、結果として得られるヘリウムの質量は、実際には出発物質よりも0.7％少なくなっています。 ご存知のように、物質は作成も破壊もできないので、質量はどこかに行ったに違いありません。 実際、アインシュタインの最も有名な方程式によれば、それはエネルギーに変換されました。

その中で Eはジュール（J）のエネルギーであり、mは質量キログラム（kg）であり、cはメートル/秒（m / s）単位の光速です–定数。 あなたは方程式を平易な英語に次のように置くことができます：

​​エネルギー（ジュール）=質量（キログラム）×光速（メートル/秒）²​

光の速度は約3億メートル/秒です。つまり、c²値は約90,000,000,000,000,000です–つまり90です四兆–メートル²/second². 通常、これほど大きな数値を扱う場合は、スペースを節約するために科学的記数法で表記しますが、ここでは、扱っているゼロの数を確認するのに役立ちます。

ご想像のとおり、ごくわずかな数に90兆非常に大きくなってしまいます。 それでは、1グラムの水素を見てみましょう。 方程式がジュールで答えを与えることを確認するために、この質量を0.001キログラムとして表します。単位は重要です。 したがって、光の質量と速度にこれらの値をプラグインすると、次のようになります。

これは、長崎に投下された核爆弾によって放出されたエネルギーの量に近く、最小で最も軽い元素の1グラムに含まれています。 結論：融合によって質量をエネルギーに変換することによるエネルギー生成の可能性は、驚くべきものです。

これが、科学者やエンジニアがここ地球上に核融合炉を作る方法を模索している理由です。 今日の私たちの原子炉はすべて、 核分裂、これは原子をより小さな要素に分割しますが、質量をエネルギーに変換するためのプロセスははるかに効率的ではありません。

太陽には地殻のような固い表面がありません。極端な温度を除けば、太陽の上に立つことはできません。 代わりに、太陽は7つの異なる層で構成されていますプラズマ​.

プラズマは、4番目の最もエネルギッシュな物質の状態です。 氷（固体）を加熱すると、水（液体）に溶けます。 加熱を続けると、再び水蒸気（ガス）に変わります。

ただし、そのガスを加熱し続けるとプラズマになります。 プラズマはガスのように原子の雲ですが、非常に多くのエネルギーが注入されているため、イオン化. つまり、その原子は、電子を通常の軌道からノックアウトすることによって帯電しました。

気体からプラズマへの変換は物質の特性を変化させ、荷電粒子はしばしば光としてエネルギーを放出します。 実際、光るネオンサインはネオンガスで満たされたガラス管です。電流が管を通過すると、ガスが光るプラズマに変化します。

太陽の球形構造は、2つの絶えず競合する力の結果です。重力太陽の中心にある高密度の塊から、プラズマのすべてを内側に引き込もうとしているのに対し、核融合からのエネルギーはコアで発生し、プラズマを膨張させます。

太陽は7つの層で構成されています：3つの内側と4つの外側。 それらは、中心から外側に向かって：

1. 芯
2. 放射層
3. 対流層
4. 光球
5. 彩層
6. 遷移領域
7. コロナ

について話しました 芯すでにたくさん。 それは融合が起こる場所です。 ご想像のとおり、ここは太陽の最高気温である華氏27,000,000,000度（2,700万度）です。

ザ・放射層は、「放射」ゾーンと呼ばれることもあり、コアからのエネルギーが主に電磁放射として外側に移動する場所です。

ザ・ 対流層、別名「対流」ゾーンは、エネルギーが主に層のプラズマ内の電流によって運ばれる場所です。 沸騰した鍋からの蒸気がどのようにバーナーからストーブの上の空気に熱を運ぶかを考えてください。そうすれば、正しい考えが得られます。

太陽の「表面」は、それがそうであるように、 光球. これは私たちが太陽を見たときに私たちが見るものです。 この層から放出される電磁放射は肉眼で光として見え、非常に明るいため、密度の低い外層が見えなくなります。

ザ・彩層光球よりも高温ですが、コロナほど高温ではありません。 その温度により、水素は赤みを帯びた光を発します。 通常は見えませんが、皆既日食が光球を隠すと、太陽を取り巻く赤みがかった輝きとして見ることができます。

ザ・遷移ゾーン彩層からコロナに温度が劇的に変化する薄い層です。 紫外線（UV）を検出できる望遠鏡で見ることができます。

最後に、 コロナは太陽の最外層であり、非常に高温であり、光球の数百倍も高温ですが、 皆既日食の間を除いて肉眼では見えません。それは太陽の周りに薄い白いオーラとして現れます。 丁度 なぜとても暑いのは少し謎ですが、少なくとも1つの要因は「熱爆弾」のようです。 爆発してエネルギーを放出する前に、太陽の深部から浮き上がる非常に高温の物質 コロナ。

日焼けをしたことがある人なら誰でもわかるように、太陽の影響はコロナをはるかに超えています。 実際、コロナは非常に高温でコアから離れているため、太陽の重力が過熱プラズマを保持できません。荷電粒子は一定の速度で宇宙に流れ出します。太陽風​.

太陽の信じられないほどの大きさにもかかわらず、最終的には核融合コアを維持するために必要な水素が不足します。 太陽の寿命は約100億年と予測されています。 約46億年前に生まれたので、燃え尽きるまでにはかなりの時間がかかりますが、燃え尽きるでしょう。

太陽は推定3.846×10を放射します²⁶ 毎日のエネルギーのJ。 その知識があれば、1秒あたりに変換する必要のある質量を見積もることができます。 今のところ、もっと数学を惜しまないでしょう。 約4.27×10になります⁹ kg毎秒. わずか3秒で、太陽はギザの大ピラミッドを構成するのとほぼ同じ量の質量を2回以上消費します。

水素がなくなると、より重い元素を核融合に使用し始めます–揮発性 その質量の多くをに吐き出している間、それを現在のサイズの100倍に拡大させるプロセス スペース。 それが最終的に燃料を使い果たすとき、それはと呼ばれる小さくて非常に密度の高い物体を残します白色矮星、私たちの地球と同じくらいの大きさですが、何倍も密度が高くなっています。