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星コラム「星のエネルギー源は何か?について」

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(C)NASA

🌟恒星の中心部には巨大な原子力発電所を持っていると、言われるほど、

原子核が膨大なエネルギーを生み出しています。

その仕組みなどを簡単にまとめました。



星が輝く仕組み

🌟構成がどのようにして、大量のエネルギーを生み出すのかは、長い間の謎でも

ありました。19世紀半ばまでは、太陽は地上で見られる化学的な燃焼と同じよう

な過程で燃えていると考えられていました。

ですがそれだと、太陽はすぐに燃え尽きてしまうはずで、地質学的に検証されてい

る、太陽の存在年数は数十億年前からなので、説明がつきません。その後、1920

年には、星のエネルギー源泉は、宇宙で最も軽い元素である、水素の核融合だと提

唱されました。

1938年になって、太陽のような星の内部で、最も普通に起こる核融合反応が詳細

に示されました。それが陽子ー陽子の連鎖反応でした。計算上で、1500万℃で超

高圧の元では、水素の原子核(陽子と同じ)が結合して、2番目に単純な元素ヘリウ

ムになります。

この流れで行くと、エネルギー源は数十億年はもつとされ、結果、生じるヘリウム

の原子核は元の粒子の質量よりもわずかに軽く、差の失われた質量の幾分かは素粒

子の生成に費やされ、残りが大量の高エネルギーガンマ線として放出されるという

仕組みです。

重い元素を作る

🌟星は一生の大半を、水素がヘリウムび変わる核融合によって輝きます。そして、

中心核の水素が尽きて寿命の終わりに近づいた星では、中心部が崩壊を始めます。

すると今度はヘリウムの原子核が融合ぢ、酸素、炭素、窒素などの原子核を作りま

す。

太陽程度の星では、融合反応はここで終わります。ですが、さらに質量の大きい星

は、窒素から先に進み、鉄などのおもい元素が生成されます。ですが、こうした重

い元素の融合では軽い元素の比べて、はるかに小さいのです。

また鉄の融合では、逆にエネルギーを吸収してしまうので、通常の星では、宇宙に

ある鉄よりも重い元素を作ることはできません。貴金属や放射能を示す元素などは

超新星爆発で作られています。

大質量星での核融合

🌟太陽と同程度の質量の星が起こす融合反応は信仰が遅くなるといわれています。

そのため、数十億年は安定して輝くとされています。もっと質量が大きく高温の星

は、核の少量ながら一定量の炭素を含んでいて、炭素ー窒素ー酸素(CNO)という別

のサイクルの融合反応の道を辿ります。

これはエネルギー効率のいい過程で、炭素の原子核が媒体のような作用をして、

個々の陽子が炭素にくっついて、窒素や酸素の原子核が組み立てられます。最後は

分解して、元の炭素原子が分離するのですが、新しくヘリウムの原子核が生じま

す。

このような反応は、はるかに速い速度で、水素をヘリウムに変えてしまいます。と

いうことは、この反応をする星は、エネルギーをより急速に生成するので、明るく

輝くのですが、燃え尽きるのも早いということになります。

ここで、太陽の場合

🌟太陽のような星の表面から噴出する放射は、その中心核から長い時間をかけて

外へ出てきます。何千年もかかって、やっと出てくるので、途中でエネルギーの大

半は消費されてしまいます。猛烈なガンマ線やエックス線は衰え、エネルギーの低

い紫外線、可視光、赤外線が放出されます。

ちなみに太陽が作り出すエネルギーは38京5000兆ギガワットです。これは地球上

の全ての発電所が75万年の間に作り出すよりも多いエネルギーで、しかも太陽は

このエネルギー量を1秒間に作り出してしまいます。

まとめ

🌟星のエネルギー源についてまとめました。

恒星の中心部には巨大な原子力発電所を持っていると、言われるほど、

原子核が膨大なエネルギーを生み出しています。

太陽のエネルギーがどれほど多いか、わかっていても、仕組みがわかるとまた

よくわかりますね。

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