恒星とは何か

太陽では毎秒、約426万トンの質量が光や熱に変わっています。

自分自身の重力でまとまるガスの球

晴れた夜に空を見上げると、位置を移さずに輝く光の点はどれも恒星です。太陽と同じような星が、はるか遠くにあります。NASAは恒星を、主に水素からなり、ヘリウムと微量のほかの元素も含む高温の巨大なガス球と説明しています。太陽は、その姿を間近で調べられる唯一の恒星です。目に見える表面の組成は、原子の数で数えると水素が約91%、ヘリウムが約9%で、酸素、炭素、ネオン、窒素、鉄などがppm単位で含まれています。

恒星の内部では、終わりのない綱引きが続いています。重力はすべてのガスを中心に引き寄せ、高温のガスの圧力は外向きに押し返します。両者がつり合うと、恒星は数百万年から数十億年にわたって大きさを保ちます。太陽ほど大きな星でつり合いを保つには、中心に途方もない圧力が必要です。NASAのモデルでは、中心の圧力は海面での気圧の約2500億倍、温度は約1570万ケルビンとされています。

エネルギーはどこから来るのか

この温度では、陽子1個からなる水素原子核どうしが激しく衝突し、融合できます。いくつかの段階を経て、4個の陽子から1個のヘリウム原子核ができます。ヘリウムの質量は、もとの陽子4個の合計よりわずかに小さく、その差がアインシュタインの式 E = mc² に従ってエネルギーとして放出されます。太陽のファクトシートでは、毎秒42億6000万kg、つまり426万トンの質量が変換されるとされています。膨大な量に思えますが、太陽の質量は1.9884 × 10³⁰ kgもあるため、数十億年にわたって続けられます。

エネルギーはすぐには外へ出てきません。NASAによると、中心から来た光は放射層の中で何度も向きを変え、次に対流層で高温のプラズマの塊が上昇してエネルギーを運びます。中心から対流層の上端まで、約17万年かかります。一方、表面を出た太陽光が1億4960万km先の地球に届くには、約8.3分しかかかりません。太陽が単位時間あたりに放つエネルギーの総量を光度といい、3.828 × 10²⁶ Wです。天文学ではこれを単位として使います。光度が10の恒星は、太陽10個分のエネルギーを放ちます。

平均的な恒星

太陽の直径は139万kmで、地球の109倍です。体積は地球130万個分に相当します。それでもNASAは太陽を中くらいの大きさの恒星としています。モデルの「ズーム」を右へ動かしてみましょう。オレンジ色の巨星アルクトゥルスの直径は太陽の約25倍、ベテルギウスは約700倍です。左へ動かすと、太陽を除いて最も近い恒星、赤色矮星のプロキシマ・ケンタウリが現れます。直径は太陽の約7分の1しかありません。NASAの推定では、天の川銀河だけでも1000億個を超える恒星があり、宇宙全体では最大で1の後に0が24個並ぶ数に達する可能性があります。

太陽の分類はG2 Vです。Gと2は表面温度5772 Kに対応し、ローマ数字のVは、中心で水素の核融合が続いている主系列の矮星であることを表します。NASAによると太陽の年齢は46億年で、一生の半分にはまだ少し届いていません。赤色巨星へと膨らみ始めるまで、あと約50億年あります。この2つの分類については、後の単元で学びます。