太陽

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太陽 ☉
The Sun in white light.jpg
ソーラーフィルターを使用して可視光の全スペクトルで2019年に撮影されたトゥルーカラー画像
The Sun by the Atmospheric Imaging Assembly of NASA's Solar Dynamics Observatory - 20100819.jpg
紫外線(波長30.4 nm)で見た2010年に撮影された偽色画像
名前Sun Sol / ˈsɒl /[ 1 ] SólHelios / ˈhiːliəs / [ 2 ] _ _
形容詞ソーラー/ ˈsoʊlər / [ 3 ] _
観測データ

地球からの平均距離
1AU≈ _1.496 × 108  km [4]光速で8
分19秒
視覚的な明るさV−26.74 [5]
絶対等級4.83 [5]
スペクトル分類G2V [6]
金属量Z = 0.0122 [7]
角度サイズ31.6〜32.7分の分[8]
0.527〜0.545
軌道特性
天の川のコア
からの平均距離
≈ 2.7 × 1017km≈ _  _
_29,000 光年
銀河期(2.25–2.50)× 108
速度≈ 251 km / s(天の川の中心を周回する軌道)
≈ 20 km / s(恒星近傍の他の星の平均速度と比較して)
≈ 370 km / s [9] (宇宙マイクロ波背景放射と比較して
体格的特徴
赤道半径695,700  km、[10]
696,342 km [11]
109  ×地球半径[12]
赤道周囲4.379 × 106  km [12] 109 ×
地球[12]
平坦化9 × 10-6 _
表面積6.09 × 1012  km 2 [12 ]
12,000 ×地球[12]
音量1.41 × 1018 km  3 [12 ]
1,300,000 ×地球
質量1.9885 × 1030 kg  [ 5]
332,950 地球[5]
平均密度1.408 g / cm 3 [5] [12] [13]
0.255 ×地球[5] [12]
中心密度(モデル化)162.2 g / cm 3 [5]
12.4 ×地球
赤道表面重力274 m / s 2 [5]
28×地球[12]
慣性係数のモーメント0.070 [5](推定)
脱出速度
(表面から)
617.7 km / s [12]
55×地球[12]
温度センター(モデル化):1.57 × 107  K [5]
(有効):5,772  K [5]
コロナ:≈ 5 × 106  K _
光度(L sol3.828 × 1026  W [5 ]
≈ 3.75 × 1028lm≈ _  _
_ 98 lm / W の有効性
カラー(BV)0.63
平均放射輝度 (I sol2.009 × 107W ・m - 2sr -1
約46億年(4.6 × 109 年[14] [ 15]
回転特性
傾斜角7.25° [5]
黄道に対して
67.23°
銀河面に対して
北極
の赤経[16]
286.13°
19時間4分30秒

北極の赤緯
+ 63.87°
63°52 '北
恒星時の自転周期
(赤道)
25.05 d [5]
(緯度16°)25.38 d [5]
25 d 9 h 7 min 12 s [16]
(極で)34.4 d [5]
回転速度
(赤道で)
7.189 × 103  km / h [12 ]
光球組成(質量)
水素73.46%[17]
ヘリウム24.85%
空気0.77%
炭素0.29%
0.16%
ネオン0.12%
窒素0.09%
ケイ素0.07%
マグネシウム0.05%
硫黄0.04%

太陽太陽系中心にあるです。それはほぼ完璧な高温プラズマ球であり[18] [19] 、核融合反応によってそのコアで白熱に加熱され、主に可視光紫外線、および赤外線としてエネルギーを放射します。それは地球上の生命にとって断然最も重要なエネルギー源です。その直径は約139万キロメートル(864,000マイル)で、地球の109倍です。その質量地球の約33万倍で、太陽系の総質量の約99.86%を占めています。[20]太陽の質量の約4分の3は水素で構成されています(〜73%)。残りは主にヘリウム(〜25%)で、酸素炭素ネオンなどのより重い元素がはるかに少量含まれています。[21]

そのスペクトルクラスによると、太陽はG型主系列星(G2V)です。このように、それは非公式に、そして完全に正確ではなく、黄色の矮星と呼ばれます(その光は黄色よりも白に近いです)。それは、大きな分子雲の領域内の物質の重力崩壊から約46億[a] [14] [22]年前に形成されましたこの物質の大部分は中央に集まりましたが、残りは太陽系となる軌道円盤に平らになりました中央の塊は非常に熱くて密度が高くなり、最終的には核融合を開始まし。この過程でほとんどすべての星が形成されると考えられています。

太陽の核は毎秒約6億トンの水素をヘリウムに融合させ、その結果、毎秒400万トンの物質をエネルギーに変換します。コアから逃げるのに1万年から17万年かかるこのエネルギーは、太陽の光と熱の源です。コア内の水素核融合が減少し、太陽が静水圧平衡状態でなくなると、コアの密度と温度が著しく上昇し、外層が膨張して、最終的に太陽が赤色巨星に変化します。太陽は水星金星の現在の軌道を飲み込むのに十分な大きさになると計算されています、そして地球を住めないようにします–しかし、約50億年の間ではありません。この後、それはその外層を脱ぎ捨て、白色矮星として知られる高密度タイプの冷却星になり、核融合によってエネルギーを生成しなくなりますが、それでも以前の核融合から輝き、熱を放出します。

地球に対する太陽の巨大な影響は、先史時代から認識されてきました。太陽はいくつかの文化によって神として考えられていました。地球の自転と太陽の周りのその軌道は、いくつかの太陽暦の基礎です。今日使用されている主なカレンダーはグレゴリオ暦です。これは、太陽の観測された動きは主に実際の動きによるものであるという16世紀の標準的な解釈に基づいています。[23]

名前と語源

古英語sunneから開発され英語の単語sun認識語は、西フリジア語の罪、オランダ語のゾーン低地ドイツ語のスン標準ドイツ語のゾンネバイエルン語のスンナ古ノルド語のスンナ、ゴシック語のスンノなどゲルマン語で表示されますこれらの単語はすべて、ゲルマン祖語* sunnōnに由来します。[24] [25]これは最終的に太陽の言葉に関連しています インド・ヨーロッパ語族の他の枝では、ほとんどの場合、nの属格ではなく、 lの主格が見つかります。たとえば、ラテン語のsōl古代ギリシャ語のἥλιοςhēlios)、ウェールズ語ロシア語などです。 солнцеsolntse ;発音されたsontse)、および(* l> rを使用)サンスクリット語स्वरsvár)およびペルシャ語خورxvar)。確かに、l -stemは、ゲルマン祖語でも存続しました。* sōwelanは、ゴシックsauilsunnōと一緒に)とOld Norseprosaicsól(詩的なsunnaと一緒に)を生み出し、それを通して、現代のスカンジナビア語での太陽の言葉:スウェーデン語デンマーク語の solenアイスランド語 のsólinなど[25]

英語では、ギリシャ語とラテン語は、空想科学小説の中で、太陽、ヘリオス/ ˈhiːliəs / ソル/ ˈsɒl / [ 2 ] [ 1]擬人として詩に登場します。ゾルは、太陽を他の星と区別するための名前として使用できます。小文字のsを持つゾルという用語は、火星などの別の惑星で太陽時の期間中、惑星の天文学者によって使用されます。[26]

英語での太陽の主な形容詞は日光に晴れ、技術的な文脈では、太陽/ ˈsoʊlər /)、[3]ラテンソル[ 27 ]から–後者は太陽太陽などの用語で見られます日食太陽系(時折ソルシステム)。ギリシャのヘリオスから珍しい形容詞のヘリアック/ ˈhiːliæk / )登場します[28]

英語の平日の名前 Sundayは、古英語のSunnandæg「 sun'sday」に由来します。これはラテン語のdiēssōlisのドイツ語の解釈であり、それ自体が古代ギリシャ語のἡμέραἡλίουhēmerahēliou )「太陽の日」の翻訳です[29]


一般的な特性

太陽は太陽系の質量の約99.86%を占めるG型主系列星です。太陽の絶対等級は+4.83で、天の川の星の約85%よりも明るいと推定されています。そのほとんどは赤色矮星です。[30] [31]太陽は、人口I、または重元素が豊富な[b]星です。[32]太陽の形成は、1つまたは複数の近くの超新星からの衝撃波によって引き起こされた可能性があります[33]これは、金太陽系などの太陽系に豊富に存在する重元素によって示唆されています。ウラン、いわゆる種族IIの恒星、重元素の少ない星のこれらの元素の存在量と比較して。重い元素は、超新星中の吸熱核反応によって、または大規模な第2世代の星内での中性子吸収による核変換によって生成された可能性が最も高いと考えられます。[32]

太陽は地球の空で群を抜いて最も明るい天体であり、見かけの等級は-26.74です。[34] [35]これは、見かけの等級が-1.46である次の最も明るい星であるシリウスよりも約130億倍明るい。 1つの天文単位(約150,000,000 km; 93,000,000 mi)は、太陽の中心から地球の中心までの平均距離として定義されますが、距離は1月の近日点から7月の遠日点移動するにつれて変化します。[36]距離は147,098,074km(近日点)から152,097,701 km(遠日点)の間で変化する可能性があり、極値は147,083,346kmから152,112,126kmの範囲である可能性があります。[37]その平均距離では、光は太陽の地平線から地球の地平線まで約8分19秒で移動しますが、太陽と地球の最も近い点からの光は約2秒短くなります。この太陽光のエネルギーは、光合成によって地球上のほぼすべての生命を支え[c][38] 、地球の気候と天候 を促進します。

太陽には明確な境界はありませんが、その密度は光球からの高さが増すにつれて指数関数的に減少します。[39]測定の目的で、太陽の半径は、その中心から光球の端、つまり太陽の見かけの目に見える表面までの距離と見なされます。[40]この尺度では、太陽はほぼ完全な球体であり、扁平率は900万分の1と推定されます[41]。これは、極の直径が赤道の直径とわずか10 km(6.2マイル)異なることを意味します。[42]惑星の潮汐効果は弱く、太陽の形に大きな影響を与えません。[43]太陽は、極よりも赤道で速く回転しますこの差動回転、熱輸送による対流運動と太陽の回転によるコリオリの力によって引き起こされます。星によって定義された基準系では、自転周期は赤道で約25。6日、極で33。5日です。地球が太陽を周回しているときに見ると、赤道での太陽の自転周期は約28日です。[44]北極の上の見晴らしの良い場所から見ると、太陽はその回転軸を中心に反時計回りに回転します。[d] [45]

日光

地球の表面から見た太陽

太陽定数は、太陽光に直接さらされる単位面積あたりに太陽が蓄積する電力量です。太陽定数はおよそに等しい太陽から1天文単位(AU)の距離(つまり、地球上またはその近く)で1,368 W / m 2(ワット/平方メートル)。[46]地球の表面の太陽光は地球の大気によって減衰されるため、表面に到達する電力は少なくなります(1,000 W / m 2 )太陽が天頂に近いときの晴天時[47]地球の大気圏の最上部にある太陽光は、(総エネルギーで)約50%の赤外線、40%の可視光線、および10%の紫外線で構成されています。[48]特に大気は、特により短い波長で、太陽紫外線の70%以上をフィルターで除去します。[49]太陽紫外線は地球の昼間の上層大気をイオン化し、導電性の電離層を作り出します。[50]

太陽は可視スペクトル全体に光を放射するため、宇宙から見たとき、または太陽が空に高いとき、その色はで、CIE色空間指数は(0.3、0.3)に近くなります。波長ごとの太陽放射照度は、宇宙から見たときにスペクトルの緑色の部分でピークになります。[51] [52]太陽が空に沈むと、大気散乱によって太陽が黄色、赤、オレンジ、またはマゼンタになります。その典型的な白さにもかかわらず、ほとんどの人は精神的に太陽を黄色として描いています。この理由は議論の対象です。[53] 太陽はG2V星であり、G2はその表面温度を示しています約5,778K(5,505°C、9,941°F)であり、Vは、ほとんどの星と同様に、主系列星です。[54] [55]太陽の平均輝度は1平方メートルあたり約1.88ギガカンデラです が、地球の大気を通して見ると、これは約1.44 Gcd / m2に低下します[e]ただし、周縁減光のため、輝度は太陽の円盤全体で一定ではありません

構成

通常、太陽はガンマ線を生成しませんが、1991年6月15日のフレアにより、コンプトンガンマ線観測所のCOMPTEL装置によるこのガンマ線観測が発生しました。太陽からの中性子が星間物質と衝突してガンマ線を生成しました。
スカイラブによって記録された1973年の太陽フレア

太陽は主に水素ヘリウムの化学元素で構成されています。太陽の生命のこの時点で、それらは光球の太陽の質量のそれぞれ74.9%と23.8%を占めています。[56]天文学では金属と呼ばれるすべての重い元素は、質量の2%未満を占め、酸素(太陽の質量の約1%)、炭素(0.3%)、ネオン(0.2%)、および鉄(0.2 %)最も豊富です。[57]

太陽の元々の化学組成は、それが形成された星間物質から受け継がれています。元々は、約71.1%の水素、27.4%のヘリウム、および1.5%の重い元素が含まれていました。[56]太陽の水素とヘリウムの大部分は、宇宙の最初の20分間にビッグバン元素合成によって生成され、より重い元素は、太陽が形成される前に前世代の星によって生成され、星間物質は、恒星の生命の最終段階や超新星などのイベントによって発生します[58]

太陽が形成されて以来、主な核融合プロセスは水素をヘリウムに融合させることでした。過去46億年の間に、ヘリウムの量と太陽の中でのその位置は徐々に変化しました。核融合によりヘリウムの割合が約24%から約60%に増加し、重力により光球から太陽の中心に向かってヘリウムや重元素の一部が沈降しました。金属(より重い元素)の比率は変わりません。熱は対流ではなく放射によって太陽核から外向きに伝達されるため(下記の放射層を参照)、融合生成物は熱によって外向きに持ち上げられません。それらはコアに残ります[59]そして徐々にヘリウムの内核が形成され始めましたが、現在、太陽の核はヘリウムを融合させるのに十分なほど熱くも密度も高くないため、融合することはできません。現在の光球では、ヘリウムの割合が減少しており、金属量は原始星相(核融合が始まる前)の84%にすぎません。将来的には、ヘリウムはコアに蓄積し続け、約50億年でこの漸進的な蓄積により、最終的に太陽は主系列星から出て赤色巨星になります。[60]

光球の化学組成は通常、原始太陽系の組成を代表すると考えられています。[61]上記の太陽重元素の存在量は、通常、太陽の光球の分光法を使用して、および融解温度に加熱されたことがない隕石の存在量を測定することによって測定されます。これらの隕石は原始星の太陽の組成を保持していると考えられているため、重元素の沈降の影響を受けません。2つの方法は一般的によく一致します。[21]

単一イオン化された鉄族元素

1970年代には、多くの研究が太陽の鉄族元素の豊富さに焦点を当てていました。[62] [63]重要な研究が行われたが、1978年まで、超微細構造のために、分光法によって一部の鉄族元素(コバルトマンガンなど)の存在量を決定することは困難でした[62]

単一イオン化された鉄族元素の最初のほぼ完全な振動子強度のセットが1960年代に利用可能になり[64]、その後これらは改善されました。[65] 1978年に、鉄族の単一イオン化元素の存在量が導き出された。[62]

同位体組成

さまざまな著者が、太陽と惑星の希ガスの同位体組成に勾配が存在することを検討しています[66]。たとえば、太陽と惑星のネオンキセノンの同位体組成間の相関関係です。[67]

1983年以前は、太陽全体が太陽大気と同じ組成であると考えられていました。[68] 1983年に、惑星と太陽風が注入された希ガスの間の同位体組成関係を引き起こしたのは太陽自体の分別であると主張された。[68]

構造と融合

太陽の構造

太陽の構造には、次の層が含まれています。

  • コア–太陽半径の最も内側の20〜25%で、核融合が発生するのに十分な温度と圧力があります。水素はヘリウムに融合します(太陽の生命のこの時点ではそれ自体は融合できません)。核融合プロセスはエネルギーを放出し、コアは徐々にヘリウムに富むようになります。
  • 放射層–対流は、太陽の表面にはるかに近づくまで発生しません。したがって、半径の約20〜25%と半径の70%の間に、対流ではなく放射(光子)によってエネルギー伝達が発生する「放射層」があります。
  • タコクライン–放射ゾーンと対流ゾーンの間の境界領域。
  • 対流層–太陽半径の約70%と目に見える表面に近い点の間で、太陽は対流が発生するのに十分なほど冷たく拡散します。これは、で形成される気象セルと同様に、外向きの熱伝達の主要な手段になります。地球の大気。
太陽はガス状の物体であるため、明確に定義された表面はありません。その目に見える部分は通常、「光球」と「大気」に分けられます。
  • 光球–可視光で直接観測できる太陽の最も深い部分。
  • 大気–彩層太陽遷移領域コロナ、太陽を含む、太陽を取り巻くガス状の「ハロー」これらは、たとえば日食の最中に、太陽の主要部分が隠されているときに見ることができます。

太陽の中心は、中心から太陽半径の約20〜25%まで伸びています。[69]それは最大の密度を持っています150 g / cm 3 [70] [71] (水の密度の約150倍)および1570万ケルビン(K)に近い温度。[71]対照的に、太陽の表面温度はおよそ5800KSOHOミッションデータの最近の分析は、上記の放射層よりもコアの方が速い回転速度を支持しています。[69]太陽の生命のほとんどを通して、エネルギーは、 p-p(陽子-陽子)鎖と呼ばれる一連の核反応を介したコア領域での核融合によって生成されてきました。このプロセスは水素をヘリウムに変換します。[72]太陽で生成されるエネルギーの0.8%だけが、 CNOサイクルと呼ばれる別の一連の核融合反応から発生しますが、この割合は、太陽が古くなるにつれて増加すると予想されます。[73] [74]

コアは、核融合によってかなりの量の熱エネルギーを生成する太陽の唯一の領域です。電力の99%は太陽の半径の24%以内で生成され、半径の30%までに、核融合はほぼ完全に停止しました。太陽の残りの部分は、このエネルギーによって加熱され、多くの連続する層を介して外側に移動し、最終的に太陽光球に移動し、そこで放射(光子)または移流(質量粒子)によって宇宙に逃げます。[54] [75]

陽子-陽子連鎖は周囲で発生します コアで毎秒9.2 × 1037回、約3.7 × 10変換毎秒38個の陽子がアルファ粒子(ヘリウム原子核)に入る(合計で約8.9 × 10個太陽の56の自由陽子)、または約6.2 × 1011 kg  / s[54] 4つの遊離プロトン(水素原子核)を単一のアルファ粒子(ヘリウム原子核)に融合すると、融合質量の約0.7%がエネルギーとして放出されるため、[76]太陽は、426万メートルの質量エネルギー変換率でエネルギーを放出します。トン/秒(600メートルメガトンの水素が必要[77])、  384.6ヨタワット3.846 × 1026  W)、[5]または9.192 × 101秒あたり10 メガトンのTNT太陽の大きな出力は、主にそのコアのサイズと密度が非常に大きいためであり(地球や地球上のオブジェクトと比較して)、1立方メートルあたりに生成される電力はごくわずかです。太陽の内部の理論モデルは、コアの中心で1立方メートルあたり約276.5ワットの最大電力密度、つまりエネルギー生成を示しています[78]。これは堆肥の山の中の電力密度とほぼ同じです。[79] [f]

コアの融合速度は自己修正平衡にあります。わずかに高い融合速度では、コアがさらに加熱され、外層の重量に対してわずかに膨張し、密度が低下し、したがって融合速度が低下し、摂動; 速度がわずかに低いと、コアが冷却されてわずかに収縮し、密度が増加して核融合速度が増加し、再び現在の速度に戻ります。[80] [81]

放射層

コアから約0.7太陽半径まで、熱放射がエネルギー伝達の主要な手段です。[82]温度は、コアからの距離が増すにつれて、約700万ケルビンから200万ケルビンに低下します。[71]この温度勾配断熱減率の値よりも小さいため、対流を駆動できません。これが、このゾーンを介したエネルギーの伝達が熱対流ではなく輻射による理由を説明しています。 [71] 水素とヘリウムのイオンは光子を放出しますが、光子は他のイオンに再吸収される前にほんの短い距離を移動します。[82]密度は、0.25太陽半径と0.7半径(放射ゾーンの上部)の間で100倍(20 g / cm3から0.2g / cm 3)低下ます。[82]

タコクライン

放射層と対流層は、遷移層であるタコクラインによって分離されています。これは、放射層の均一な回転と対流層の差動回転の間で急激なレジーム変化が発生し、2つの間に 大きなせん断が発生する領域です。これは、連続する水平層が互いにすれ違う状態です。[83]現在、この層内の磁気ダイナモが太陽の磁場を生成すると仮定されています(太陽ダイナモを参照) 。[71]

対流層

ここで再び放射ゾーンの上部から熱を吸収し、対流サイクルが続きます。光球では、温度は5,700 Kに下がり、密度はわずか0.2 g / mになりました。3(海面での空気の密度の約1 / 10,000)。[71]

対流層の熱柱は、太陽の表面に刻印を形成し、最小スケールでは太陽粒状化、大規模では粒子化と呼ばれる粒状の外観を与えます。太陽内部のこの外側部分での乱流対流は、太陽の表面近くの体積に対して「小規模な」ダイナモ作用を維持します。[71]太陽の熱柱はベナールセルであり、ほぼ六角柱の形をしています。[84]

光球

太陽有効温度、または黒体温度(5777 K)は、同じサイズの黒体が同じ総放射電力を生成するために必要な温度です。
A miasma of plasma
ダニエル・K・イノウエ太陽望遠鏡(DKIST)が撮影した太陽の表面の高解像度画像

太陽の可視表面である光球は、その下で太陽が可視光に対して不透明になる層です。[85]この層で生成された光子は、その上の透明な太陽大気を通って太陽から逃げ出し、太陽放射、太陽光になります。不透明度の変化は、可視光を吸収しやすいH-イオン量が減少することによるものです。[85]逆に、私たちが見る可視光は、電子が水素原子と反応してH-イオンを生成するときに生成されます。[86] [87] 光球は数十から数百キロメートルの厚さで、地球上の空気よりもわずかに不透明度が低くなっています。光球の上部は下部よりも低温であるため、太陽の画像は、周縁減光と呼ばれる現象で、太陽円盤の端や四肢よりも中央で明るく見えます。[85]太陽光のスペクトルは、光球の上の薄い層からの原子吸光線が点在する、5,777 K(5,504°C; 9,939°F)で放射する黒体のスペクトルとほぼ同じです。光球の粒子密度は約1023  m -3 (地球の大気の体積あたりの粒子数の約0.37%)です。海面で)。光球は完全にイオン化されていません。イオン化の程度は約3%で、ほとんどすべての水素が原子の形で残っています。[88]

光球の光学スペクトルの初期の研究中に、当時地球上で知られている化学元素に対応しないいくつかの吸収線が見つかりました。1868年、ノーマンロッキャーは、これらの吸収線は、ギリシャの太陽神ヘリオスにちなんで、彼がヘリウムと呼んだ新しい元素によって引き起こされたと仮定しました25年後、ヘリウムは地球上で分離されました。[89]

雰囲気

皆既日食の間、太陽コロナは肉眼で見ることができます。

皆既日食の間、太陽の円盤が月の円盤で覆われているとき太陽の周囲の大気の一部を見ることができます。彩層、遷移領域、コロナ、太陽圏の4つの異なる部分で構成されています。

太陽の最も涼しい層は、約に伸びる温度最小領域です 光球から500km上にあり、気温は約4,100K _ [85]太陽のこの部分は、一酸化炭素や水などの単純な分子の存在を可能にするのに十分なほど涼しく、それらの吸収スペクトルを介して検出することができます。[90]

彩層、遷移領域、コロナは太陽の表面よりもはるかに高温です。[85]理由はよく理解されていないが、証拠はアルヴェーン波がコロナを加熱するのに十分なエネルギーを持っているかもしれないことを示唆している。[91]

温度の最小層の上には、 2,000 kmの厚さで、一連の輝線と吸収線が支配的です。[85]彩層は皆既日食の開始時と終了時に色付きの閃光として見えるため、ギリシャ語の語根彩層からと呼ばれ、色を意味します。[82]彩層の温度は、高度とともに徐々に上昇し、周囲にまで及ぶ。上部近くに20,000K [85]彩層の上部では、ヘリウムが部分的にイオン化されます。[92]

2007年1月12日にひのでの太陽光学望遠鏡によって撮影されたこの太陽の画像は、異なる磁気極性のプラズマ接続領域のフィラメント状の性質を明らかにしています。

彩層の上、薄い(約 200 km)遷移領域、温度は周囲から急速に上昇します彩層上部で20,000Kからコロナル温度に近い1,000,000K[93]温度上昇は、遷移領域でのヘリウムの完全なイオン化によって促進され、プラズマの放射冷却が大幅に減少します。[92]遷移領域は、明確に定義された高度では発生しません。むしろ、それは針状体フィラメントなどの彩層の特徴の周りに一種のニンバスを形成し、一定の混沌とし​​た動きをしています。[82]遷移領域は地球の表面からは容易に見ることができませんが、スペクトルの極紫外線部分に敏感な機器によって宇宙から容易に観察できます。[94]

コロナは太陽の次の層です。太陽の表面近くの低いコロナは、約10 15  m -3から1016  m - 3の粒子密度を持っています。[92] [g]コロナと太陽風の平均気温は、約1,000,000〜2,000,000Kです。しかし、最も暑い地域では、それは8,000,000〜20,000,000 Kです。[93]コロナの温度を説明する完全な理論はまだ存在しませんが、その熱の少なくとも一部は磁気リコネクションによるものであることが知られています。[93] [95] コロナは太陽の拡張された大気であり、太陽の光球によって囲まれた体積よりもはるかに大きい体積を持っています。太陽から惑星間空間へのプラズマの外向きの流れは太陽風です。[95]

太陽の最も外側の希薄な大気である太陽圏は、太陽風プラズマで満たされています。太陽のこの最外層は、太陽風の流れが超アルヴェーンになる距離、つまり、流れがアルヴェーン波の速度よりも速くなる距離[96]で、約20太陽半径(0.1 AU)で始まると定義されます。 。情報はアルヴェーン波の速度でしか伝わらないため、太陽圏の乱流と動的な力は、内部の太陽コロナの形状に影響を与えることはできません。太陽風は太陽圏を通って外向きに連続的に移動し[97] [98]、太陽磁場をらせん状に形成し[95] 、ヘリオポーズに衝突するまで続きます。より多い太陽から50AU 2004年12月、ボイジャー1号の探査機は、ヘリオポーズの一部であると考えられている衝撃波面を通過しました。[99] 2012年後半、ボイジャー1号は、宇宙線の衝突の著しい増加と太陽風からの低エネルギー粒子の急激な減少を記録しました。これは、プローブがヘリオポーズ通過して星間物質に入ったことを示唆しています[100]。 2012年8月25日、太陽からの約122天文単位でそうしました。[101]太陽圏には、太陽の動きのためにその後ろに伸びるヘリオテールがあります。[102]

光子とニュートリノ

核融合反応で最初に放出された高エネルギーガンマ線 光子は、通常はわずか数ミリメートル移動した後、放射層の太陽プラズマによってほぼ即座に吸収されます。再放出はランダムな方向に起こり、通常はわずかに低いエネルギーで起こります。この一連の放出と吸収では、放射線が太陽の表面に到達するまでに長い時間がかかります。光子の移動時間の推定値は、10、000年から170、000年の間です。[103]対照的に、太陽の総エネルギー生産量の約2%を占めるニュートリノが地表に到達するのにかかる時間はわずか2.3秒です。なぜなら、太陽のエネルギー輸送は、物質と熱力学的平衡にある光子を含むプロセスだからです。、太陽のエネルギー輸送の時間スケールはより長く、3000万年のオーダーです。これは、コアのエネルギー生成率が突然変化した場合に、太陽が安定した状態に戻るのにかかる時間です。[104]

ニュートリノも核融合反応によって放出されますが、光子とは異なり、物質と相互作用することはめったにないため、ほとんどすべてがすぐに太陽から逃げることができます。何年もの間、太陽で生成されたニュートリノの数の測定値は、 3倍で予測された理論よりも低かった。この不一致は、ニュートリノ振動の影響の発見によって2001年に解決された。理論ではありますが、ニュートリノは検出されるまでにフレーバーが変化していたため、ニュートリノ検出器には2⁄3個の欠落ありました。[105]

磁気活動

磁場

黒点の可視光写真、2006年12月13日
対になった黒点パターンを示す蝶の図。グラフは黒点面積です。
この偽色の紫外線画像では、太陽はC3クラスの太陽フレア(左上の白い領域)、太陽津波(波のような構造、右上)、および磁場に続いて上昇するプラズマの複数のフィラメントを示しています。恒星の表面。
太陽圏電流シートは太陽系の外側まで伸びており、惑星間物質のプラズマに対する太陽の回転磁場の影響から生じます[106]

太陽には、その表面全体で変化する磁場があります。その極磁場は1–2ガウス(0.0001–0.0002  T )ですが、太陽黒点と呼ばれる太陽の特徴では通常3,000ガウス(0.3 T)であり、太陽黒点では10–100ガウス(0.001–0.01 T)です。[5]磁場は時間と場所によって異なります。準周期的な11年の太陽周期は、黒点の数とサイズが増減する最も顕著な変動です。[107] [108] [109]

黒点は、太陽の光球上に暗い斑点として見え、太陽の内部から表面への熱の対流輸送が阻害される磁場の集中に対応します。その結果、黒点は周囲の光球よりもわずかに冷たくなり、暗く見えます。典型的な太陽極小期では、黒点はほとんど見えず、時には黒点がまったく見えないこともあります。表示されるものは、太陽の緯度が高い場所にあります。太陽周期が最大に向かって進むにつれて、太陽​​黒点は太陽赤道の近くに形成される傾向があります。これはシュペーラーの法則として知られている現象です。最大の黒点は、直径数万キロメートルに及ぶ可能性があります。[110]

11年の黒点周期は22年のバブコック-レイトンダイナモ周期の半分であり、これはトロイダルとポロイダルの太陽磁場間の振動的なエネルギー交換に対応します。太陽周期の最大値では、外部のポロイダル双極磁場はそのダイナモサイクルの最小強度に近いが、内部のトロイダルタコクライン内の差動回転によって生成される四重極場は、その最大強度に近づいています。ダイナモサイクルのこの時点で、対流層内の湧昇が、光球を介してトロイダル磁場の出現を強制し、東西に大まかに整列し、反対の磁気極性を持つ黒点のペアを生じさせます。黒点ペアの磁気極性は、太陽周期ごとに交互になります。これは、ヘイル周期として知られている現象です。[111] [112]

太陽周期の衰退期の間に、エネルギーは内部のトロイダル磁場から外部のポロイダル磁場にシフトし、黒点の数とサイズが減少します。太陽周期の最小値では、それに対応して、トロイダルフィールドは最小強度で、黒点は比較的まれであり、ポロイダルフィールドは最大強度です。次の11年の太陽黒点周期の上昇に伴い、差動回転は磁気エネルギーをポロイダル磁場からトロイダル磁場に戻しますが、極性は前の周期とは逆です。このプロセスは継続的に行われ、理想化された単純化されたシナリオでは、11年の太陽黒点周期ごとに、太陽の大規模磁場の全体的な極性の変化に対応します。[113] [114]

太陽磁場は太陽自体をはるかに超えて広がります。導電性の太陽風プラズマは、太陽の磁場を宇宙に運び、いわゆる惑星間磁場を形成します。[95]理想的な電磁流体力学として知られている近似では、プラズマ粒子は磁力線に沿ってのみ移動します。その結果、外向きに流れる太陽風は惑星間磁場を外向きに伸ばし、それをほぼ放射状の構造に強制します。太陽磁気赤道の両側に反対の半球極性を持つ単純な伏角太陽磁場の場合、太陽風に薄い電流シートが形成されます。 [95]遠距離では、太陽の回転により、双極磁場と対応する電流シートがねじれて、パーカースパイラルと呼ばれるアルキメデススパイラル構造になります。[95]惑星間磁場は、太陽磁場の双極子成分よりもはるかに強い。50〜400μTの太陽の双極子磁場 (光球で)は、距離の逆立方体とともに減少し、地球の距離で0.1nTの予測磁場になります。しかし、宇宙船の観測によれば、地球の位置での惑星間フィールドは約5 nTであり、約100倍大きい。[115]違いは、太陽を取り巻くプラズマの電流によって生成される磁場によるものです。

活動の変動

過去30年間の太陽周期変動の2005年からの測定

太陽の磁場は、まとめて太陽活動と呼ばれる多くの効果をもたらします。太陽フレアコロナ質量放出は、黒点グループで発生する傾向があります。ゆっくりと変化する太陽風の高速ストリームは、光球表面のコロナホールから放出されます。コロナ質量放出と太陽風の高速ストリームの両方が、プラズマと惑星間磁場を太陽系の外に運びます。[116]地球に対する太陽活動の影響には、中緯度から高緯度でのオーロラ、および無線通信と電力の中断が含まれます。太陽活動は、太陽系の形成と進化

黒点数の太陽周期変調により、技術システムが影響を受ける可能性のある地球周辺の気象条件を含む、 宇宙天気条件の対応する変調が発生します。

2019年12月に、強制磁気リコネクションとして知られる新しいタイプの太陽磁気爆発が観測されました。以前は、自発的な磁気リコネクションと呼ばれるプロセスで、太陽の磁力線が爆発的に発散し、その後瞬時に再び収束することが観察されていました。強制磁気リコネクションも同様でしたが、コロナの爆発によって引き起こされました。[117]

長期的な変化

一部の科学者は、黒点数の長期的な経年変化は、太陽放射照度の長期的な変化と相関していると考えられており[118]、それが地球の長期的な気候に影響を与える可能性があります。[119] たとえば、17世紀には、太陽周期は数十年にわたって完全に停止したように見えました。マウンダー極小期として知られる期間中に黒点はほとんど観測されませんでしたこれは、ヨーロッパが異常に寒い気温を経験した小氷期の時代と一致していました。[120]初期の拡張最小値は、樹木リングの分析を通じて発見されており、平均よりも低い地球の気温と一致しているように見えます。[121]

最近の理論によると、太陽の中心部には、41、000年または100、000年の周期で変動を引き起こす磁気不安定性があります。これらは、ミランコビッチサイクルよりも氷河期のより良い説明を提供する可能性があります。[122] [123]

ライフフェーズ

今日の太陽は、その生命の最も安定した部分のほぼ中間にあります。それは40億[a]年以上の間劇的に変化しておらず、50億以上の間かなり安定しているでしょう。しかし、その核の水素核融合が止まった後、太陽は内部と外部の両方で劇的な変化を遂げます。

形成

太陽は約46億年前に、主に水素とヘリウムで構成され、おそらく他の多くの星を生み出した巨大な分子雲の一部が崩壊して形成されました。 [124]この年齢は恒星進化のコンピューターモデルを使用して、核宇宙年代学を通じて推定されています[14]この結果は、45億6700万年前の最も古い太陽系物質の放射年代と一致しています。 [125] [126]古代の隕石の研究は、鉄-60などの短寿命の同位体の安定した娘核の痕跡を明らかにしている、それは爆発する短命の星でのみ形成されます。これは、太陽が形成された場所の近くで1つ以上の超新星が発生したに違いないことを示しています。近くの超新星から衝撃波は、分子雲内の物質を圧縮し、特定の領域を自重で崩壊させることによって、太陽の形成を引き起こしたでしょう。[127]雲の一部が崩壊すると、角運動量の保存により、雲も回転し始めました。圧力を上げながら加熱します。質量の大部分は中央に集中しましたが、残りは平らになって円盤になり、惑星や他の太陽系小天体になりました。雲のコア内の重力と圧力は、周囲の円盤からより多くの物質を蓄積するにつれて大量の熱を発生させ、最終的に核融合を引き起こしました。

HD162826HD186302は、同じ分子雲の中で形成された、太陽の仮定された恒星の兄弟です。

メインシーケンス

現在の太陽と比較した太陽の光度半径、および有効温度の進化。リバス後(2010)[128]

太陽は主系列星のほぼ半分の段階にあり、その間に核融合反応が水素をヘリウムに融合させます。毎秒、400万トン以上の物質が太陽のコア内でエネルギーに変換され、ニュートリノと太陽放射を生成します。この速度で、太陽はこれまでに地球の質量の約100倍、太陽の総質量の約0.03%をエネルギーに変換しました。太陽は主系列星として合計約100億年を費やします。[129]

太陽は、主系列星での時間の間に、その中心部で徐々に熱くなり、表面でより熱くなり、半径が大きくなり、より明るくなります。主系列星の寿命が始まって以来、太陽は半径が15%拡大し、表面が拡大しました。から温度が上昇しました5,620Kから5,777 Kで、0.677の太陽光度から現在の1.0の太陽光度に48%の光度の増加をもたらします。これは、コア内のヘリウム原子の平均分子量が、融合した水素原子よりも高く、熱圧力が低くなるために発生します。したがって、コアは収縮し、太陽の外層が中心に近づくことを可能にし、重力ポテンシャルエネルギーを放出します。ビリアル定理によれば、この放出された重力エネルギーの半分が加熱され、核融合が発生する速度が徐々に増加し、したがって光度が増加します。コアが徐々に密になるにつれて、このプロセスはスピードアップします。[130]現在、1億年ごとに約1%ずつ明るさが増しています。このような増加から地球から液体の水を枯渇させるには、今から少なくとも10億年かかります。[131]

コア水素枯渇後

現在の太陽(現在は主系列星)のサイズと、将来の赤色巨星段階での推定サイズとの比較

太陽は超新星として爆発するのに十分な質量を持っていません。代わりに、約50億年でコア内の水素がなくなると、コアの水素核融合は停止し、コアの収縮を妨げるものは何もありません。重力ポテンシャルエネルギーの放出により、星の光度が増加し、主系列星の段階が終了し、星が次の10億年にわたって拡大するようになります。最初は準巨星に、次に赤色巨星になります。[130] [132] [133]重力収縮による加熱は、コアのすぐ外側のシェルで水素核融合を引き起こし、そこでは未融合の水素が残り、光度の増加に寄与し、最終的には現在の光度の1000倍以上に達します。[130]赤色巨星として、太陽は非常に大きくなり、水星、金星、そしておそらく地球を飲み込み、約0.75AUに達します。[133] [134]太陽は赤色巨星分枝星として約10億年を費やし、その質量の約3分の1を失います。[133]

太陽のような星の進化。ヘルツシュプルング・ラッセル図の1つの太陽質量星の軌跡は、主系列星から漸近巨星分枝後の段階まで示されています。

赤色巨星分枝の後、太陽には約1億2000万年の活動的な生命が残っていますが、多くのことが起こります。まず、縮退したヘリウムでいっぱいのコアがヘリウムフラッシュで激しく発火します。コアの6%、つまり太陽の質量の40%が、トリプルアルファを介して数分以内に炭素に変換されると推定されています。プロセス[135]その後、太陽は現在のサイズの約10倍、光度の50倍に縮小し、気温は現在より少し低くなります。その後、レッドクランプまたは水平分枝に到達します、しかし、太陽の金属量の星は、水平分枝に沿って青く進化しません。代わりに、コア内のヘリウムと反応し続けるため、約1億年にわたって適度に大きくなり、より明るくなります。[133]

ヘリウムが使い果たされると、太陽はコア内の水素が使い果たされたときの膨張を繰り返しますが、今回はすべてがより速く起こり、太陽はより大きく、より明るくなります。これは漸近巨星分枝相であり、太陽は殻の水素またはより深い殻のヘリウムを交互に反応させています。初期の漸近巨星分枝で約2000万年後、太陽はますます不安定になり、急速な質量損失と熱パルスにより、10万年ごとに数百年にわたってサイズと光度が増加します。熱パルスは毎回大きくなり、後のパルスは光度を現在のレベルの5,000倍に押し上げ、半径を1AU以上に押し上げます。[136]2008年のモデルによると、地球の軌道は、赤色巨星としての太陽の質量の減少により最初は大幅に拡大しましたが、その後、潮汐力(そして最終的には彩層下部からの引きずり)により縮小し始め、巻き込まれます。赤色巨星の分岐期の先端の太陽によって、水星と金星がそれぞれ同じ運命に苦しんでから380万年と100万年後。モデルは、質量損失の速度とタイミングによって異なります。赤色巨星分枝の質量損失が大きいモデルは、漸近巨星分枝の先端に、おそらく光度の2,000倍、半径の200倍未満の、小さくて発光の少ない星を生成します。[133]太陽の場合、太陽がその外側のエンベロープを完全に失い、惑星状星雲を作り始める前に、4つの熱パルスが予測されます。その段階の終わりまでに(約50万年続く)、太陽は現在の質量の約半分しか持っていません。

漸近巨星分枝後の進化はさらに速くなります。温度が上昇しても光度はほぼ一定に保たれ、露出したコアが30,000 Kに達すると、太陽の質量の放出された半分が惑星状星雲にイオン化され、まるで青いループのようになります。最終的な裸のコアである白色矮星は、100,000 Kを超える温度を持ち、太陽の現在の質量の推定54.05%を含みます。[133]惑星状星雲は、約10、000年で分散しますが、白色矮星は、仮想の黒色矮星に衰退する前に、何兆年も生き残ります。[137] [138]

動きと場所

太陽系の動き

太陽に対する太陽系の重心の見かけの動き-実際に動くのは太陽です。

太陽は惑星の引力によって動かされます。太陽系の重心は静止している(または銀河の周りを安定して動いている)と考えることができます。太陽の中心は常に重心から2.2太陽半径以内にあります。この太陽の動きは、主に木星、土星、天王星、海王星によるものです。数十年のいくつかの期間では、動きはかなり規則的で、三つ葉型のパターンを形成しますが、これらの期間の間では、より混沌としているように見えます。[139] 179年後(木星と土星の合同周期の9倍)、パターンは多かれ少なかれ繰り返されますが、約24°回転します。[140]地球を含む内惑星の軌道は、同じ重力によって同様に変位するため、太陽の動きは、地球と太陽の相対位置や、関数としての地球の太陽放射照度にはほとんど影響しません。時間の。[141]

天の川の軌道

太陽は天の川の中心を周回しており、現在ははくちょう座の方向に動いています。銀河内の星の動きの単純なモデルは、銀河座標 XY、およびZを次 のように与えます。

ここで、UV、およびWは、局所静止系に対するそれぞれの速度でありAおよびBオールト定数です。は、局所静止系の銀河回転の角速度です。は「エピサイクリック周波数」、νは垂直発振周波数です。[142]太陽の場合、UV、およびWの現在価値は次のように推定されます。km / sであり、他の定数の推定値は、A  = 15.5 km / s / kpcB  = -12.2 km / s / kpc、κ= 37 km / s / kpc、およびν= 74 km / s / kpcです。X(0)Y(0)ゼロとし、Z(0)は17パーセクと推定されます。[143]このモデルは、太陽がそれ自体が銀河の周りを回っている点の周りを循環していることを意味します。ポイントの周りの太陽の循環の期間はこれは、パーセクが1 km / sに978万年を掛けたものに等しいという等価性を使用すると、1億6600万年になり、ポイントが銀河を一周するのにかかる時間よりも短くなります。X、Y)座標では、太陽は点の周りの楕円を表し、そのY方向の長さは次のとおりです 。

X方向 の幅は

この楕円の長さと幅の比率は、私たちの近所のすべての星で同じです。 移動点は現在

Z方向の振動は太陽を取ります

銀河面の上とその下の同じ距離で、または8300万年、軌道あたり約2.7回。[144]しかしは2億2200万年、太陽が循環するポイントで

オールト定数を参照)、2億3500万年に相当し、これはポイントが銀河を一周するのにかかる時間です。同じ値を持つ他の星 銀河を太陽と同じように回るのに同じ時間をかけなければならず、したがって太陽と同じ一般的な近くにとどまる必要があります。

天の川の周りの太陽の軌道は、銀河のらせん状の腕の中や間など、天の川の不均一な質量分布のために摂動されています。太陽が高密度の渦巻腕を通過するのは、おそらく衝突イベントの増加が原因で、地球上の大量絶滅と一致することが多いと主張されてきました。[145]太陽系は、天の川(銀河年)を通過する1つの軌道を完了するのに約2億2500万から2億5000万年かかります[146]。したがって、太陽の寿命の間に20から25の軌道を完了したと考えられます。天の川の中心付近の太陽系軌道速度は約251km / s(156 mi / s)です。 [147]この速度では、太陽系が1光年の距離を移動するのに約1、190年、つまり7日かかります。1AU[148]

天の川は宇宙マイクロ波背景放射(CMB)に対して、うみへび座の方向に550 km / sの速度で移動しており、CMBに対する太陽の合成速度は約370 km / sです。クレーターまたはレオの方向[149]

銀河系の場所

天の川のイラスト、太陽の位置を示しています。示されている放射状の座標(放射状の線)は、太陽の位置(ラベル付き)を中心にしています。

太陽は、銀河中心から7.5〜8.5キロパーセク(24〜28 kly)の距離で局所恒星間雲またはグールドベルトの天の川オリオン腕の内側の縁の近くにあります[150] [151] [152] [153] [154] [155] 太陽は、おそらく超新星残骸ゲミンガ[156]またはサブグループ内の複数の超新星によって生成された希薄な高温ガスの空間であるローカルバブル内含まますプレアデス星団の移動グループのB1。[157]ローカルアームと次のアームであるペルセウスアームとの間の距離 、は約6,500光年です。[158]太陽、したがって太陽系は、科学者が銀河のハビタブルゾーンと呼んでいる場所にあります。太陽道の頂点、または太陽向点は、他の近くの星に対して太陽が移動する方向です。この動きは、星座ベガの近くのヘルクレス座のある点に向かっています。太陽の100パーセク(326光年)内の星は、マクスウェル-ボルツマン分布(特に低速の場合)または対数正規分布によってほぼモデル化できる、太陽に対する相対的な速度を持っています(特に高速の場合)が、どちらの分布でも予測されるよりも高速の星(300 km / sを超える)が多い。太陽に対するこれらの星の平均速度(平均速度ではない)(またはそれらに対する太陽の平均速度)は約20 km / sです[159]

太陽から32.6ly以内に、167のシステムに315の既知の星があり、2000年の時点で、163の単一の星が含まれています。この範囲内のさらに130のシステムはまだ特定されていないと推定されています。81.5 lyまで、最大7,500個の星が存在する可能性があり、そのうち約2,600個が知られています。そのボリューム内の恒星天体の数は、星の数に匹敵すると予想されます。[160]地球から17光年以内にある50個の最も近い恒星系(最も近いのは約4.2光年の赤色矮星プロキシマケンタウリ)のうち、太陽は質量で4番目にランクされています。[161]

近くの星のガイアカタログは、すべて100パーセク以内にあり、331,312個の星が含まれており、恒星スペクトル型M9または「以前」(つまり、より高温)の星の少なくとも92%が含まれていると考えられています。[159]

理論上の問題

STEREOとSDOの宇宙船による完全な太陽の地図

コロナ加熱の問題

光球の温度は約6,000Kですが、コロナの温度は 1,000,000〜2,000,000K[93]コロナの高温は、それが光球からの直接の熱伝導以外の何かによって加熱されていることを示しています。[95]

コロナを加熱するために必要なエネルギーは、光球の下の対流層での乱流運動によって提供されると考えられており、コロナの加熱を説明するために2つの主要なメカニズムが提案されています。[93] 1つ目は波動加熱であり、対流層の乱流によって音、重力、または電磁流体力学的波が生成されます。[93]これらの波は上向きに伝わり、コロナで散逸し、熱の形で周囲の物質にエネルギーを蓄積します。[162]もう1つは磁気加熱であり、磁気エネルギーは光球運動によって継続的に蓄積され、磁気リコネクションによって大きな太陽フレアと無数の類似しているが小さなイベントであるナノフレアの形で放出されます。[163]

現在、波が効率的な加熱メカニズムであるかどうかは不明です。アルヴェーン波を除くすべての波は、コロナに到達する前に散逸または屈折することがわかっています。[164]さらに、アルヴェーン波はコロナで容易に消散しません。したがって、現在の研究の焦点はフレア加熱メカニズムにシフトしています。[93]

暗い太陽のパラドックス

太陽の発達の理論モデルは、38〜25億年前の始生代の時代、太陽は現在の約75%の明るさしかなかったことを示唆しています。そのような弱い星は地球の表面で液体の水を維持することができなかったでしょう、そしてそれ故に生命は発達することができなかったはずです。しかし、地質学的記録は、地球がその歴史を通してかなり一定の温度に保たれており、若い地球が今日よりも幾分暖かいことを示しています。科学者の間の1つの理論は、若い地球の大気には、現在存在するよりもはるかに大量の温室効果ガス二酸化炭素メタンなど)が含まれており、少量の熱を補うのに十分な熱を閉じ込めたというものです。それに到達する太陽エネルギー。[165]

しかし、始生代の堆積物の調査は、温室濃度が高いという仮説と矛盾しているように見えます。代わりに、中程度の温度範囲は、より少ない大陸領域によってもたらされたより低い表面アルベドと生物学的に誘発された雲凝結核の欠如によって説明されるかもしれません。これは太陽エネルギーの吸収を増加させ、それによってより低い太陽出力を補うことになったでしょう。[166]

観測履歴

早期理解

馬が引くトロンハイムの太陽の馬車は、北欧青銅器時代の神話の重要な部分を示していると考えられている彫刻です。彫刻はおそらくcです。紀元前1350年デンマーク国立博物館に展示されています

太陽は、人類の歴史を通じて多くの文化において崇拝の対象となってきました。人類の太陽に対する最も基本的な理解は、地平線の上に存在することが日を引き起こし、存在しないことが夜を引き起こす、空の発光円盤としてです。多くの先史時代および古代の文化では、太陽は太陽神または他の超自然的な存在であると考えられていました。後のセクションで説明するように、太陽は多くの世界の宗教で重要な役割を果たしてきました。

科学的理解の発達

紀元前1千年紀の初めに、バビロニアの天文学者は、黄道に沿った太陽の動きが均一ではないことを観察しましたが、理由はわかりませんでした。これは、太陽の周りの楕円軌道での地球の動きによるものであることが今日知られています。地球は、近日点で太陽に近づくと速く動き、遠日点で遠くになると遅く動きます。[167]

太陽について科学的または哲学的な説明を提供した最初の人々の1人は、ギリシャの哲学者アナクサゴラスでした。彼は、それがヘリオスの戦車ではなく、ペロポネソスの地よりもさらに大きな巨大な炎のような金属の球であり、月が太陽の光を反射したと推論しました。[168]この異端を教えたために、彼は当局によって投獄され、死刑を宣告されたが、後にペリクレスの介入によって釈放された。エラトステネスは、紀元前3世紀の地球と太陽の間の距離を「無数のスタジアムの」と推定しました。400および80000 "、その変換はあいまいであり、 4,080,000スタディア(755,000 km)または804,000,000スタディア(148〜1億5,300万キロメートルまたは0.99〜1.02 AU)のいずれかを意味します。後者の値は数パーセント以内で正しいです。西暦世紀、プトレマイオスは距離を地球の半径の1,210倍、約771万キロメートル(0.0515 AU)と推定しました。[169]

太陽が惑星の軌道の中心であるという理論は、紀元前3世紀に古代ギリシャのサモスのアリスタルコスによって最初に提案され、後にセレウシアのセレウカスによって採用されました(地動説を参照)。この見解は、ニコラウス・コペルニクスによって16世紀の地動説のより詳細な数学的モデルで開発されました

黒点の観測は、漢王朝(紀元前206年〜西暦220年)の間に、何世紀にもわたってこれらの観測の記録を維持していた中国の天文学者によって記録されました。 Averroesは、12世紀の黒点についても説明しました。[170] 17世紀初頭の望遠鏡の発明により、トーマス・ハリオットガリレオ・ガリレイ、その他の天文学者による黒点の詳細な観測が可能になりました。ガリレオは、太陽黒点は地球と太陽の間を通過する小さな物体ではなく、太陽の表面にあると仮定しました。[171]

アラビア語の天文学的な貢献には、太陽の遠地点(恒星に対する太陽の軌道の中で最もゆっくりと移動しているように見える場所)の方向が変化しているというAl-Battaniの発見が含まれます。[172] (現代の地動説では、これは地球の軌道の遠地点の漸進的な動きによって引き起こされます)。イブン・ユーヌスは、大きなアストロラーベを使用して、長年にわたって太陽の位置について10,000を超えるエントリを観察しました[173]

グイドボナッティLiberastronomiaeの1550年版からの太陽のソル

1032年の金星の太陽面通過の観測から、ペルシャの天文学者で博学者のイブン・シーナは、金星は太陽よりも地球に近いと結論付けました。[174] 1672年、ジョヴァンニ・カッシーニジャン・リシェは火星までの距離を決定し、それによって太陽までの距離を計算することができました。

1666年、アイザックニュートンはプリズムを使って太陽の光を観察し、それが多くの色の光で構成されていることを示しました。[175] 1800年、ウィリアム・ハーシェルは太陽スペクトルの赤い部分を超えた赤外線放射を発見しました。 [176] 19世紀には、太陽の分光学的研究が進歩した。ジョセフ・フォン・フラウンホーファーは、スペクトルに600を超える吸収線を記録しましたが、その中で最も強いものは、依然としてフラウンホーファー線と呼ばれています。現代の科学時代の初期には、太陽のエネルギー源は重要なパズルでした。ケルビン卿太陽は徐々に冷却される液体の体であり、内部に熱を放出していることを示唆しています。[177]ケルビンとヘルマン・フォン・ヘルムホルツはその後、エネルギー出力を説明するために重力収縮メカニズムを提案したが、結果として得られた推定年齢はわずか2000万年であり、そのいくつかの地質学的発見によって示唆された少なくとも3億年の期間よりもはるかに短い。時間。[177] [178] 1890年、太陽スペクトルでヘリウムを発見したジョセフ・ロッキャーは、太陽の形成と進化についての気象仮説を提案しました。[179]

1904年まで、文書化されたソリューションが提供されませんでした。アーネスト・ラザフォードは、太陽の出力が内部の熱源によって維持される可能性があることを示唆し、その源として放射性崩壊を示唆しました。[180]しかし、彼の質量-エネルギー等価関係E = mc 2で太陽のエネルギー出力の源に本質的な手がかりを提供するのは、アルバート・アインシュタインでしょう。[181] 1920年、アーサー・エディントン卿太陽核の圧力と温度が核融合反応を引き起こし、水素(陽子)をヘリウム原子核に融合させ、質量の正味の変化からエネルギーを生成する可能性があることを提案しました。[182]太陽における水素の優勢は、1925年にメグナードサハによって開発されたイオン化理論を使用してセシリアペインによって確認されました。核融合の理論的概念は、1930年代に天体物理学者のスブラマニアンチャンドラセカールハンスベーテによって開発されましたハンス・ベーテは、太陽に電力を供給する2つの主要なエネルギー生成核反応の詳細を計算しました。[183] [184] 1957年、マーガレット・バービッジジェフリー・バービッジウィリアム・ファウラーフレッド・ホイルは、宇宙のほとんどの元素が、太陽のような星の内部の核反応によって合成されていることを示しました。[185]

ソーラースペースミッション

2012年3月13日、東部標準時午後1時29分に大きな地磁気嵐を発する太陽
STEREOBの紫外線イメージングカメラのキャリブレーション中にキャプチャされた太陽の月の通過[186]

惑星間空間から太陽を長期間観測するために設計された最初の衛星は、1959年から1968年の間に打ち上げられたNASAのパイオニア6、7、8、9でした。これらのプローブは、地球と同様の距離で太陽を周回し、太陽風と太陽磁場の最初の詳細な測定。パイオニア9は特に長い間運用され、1983年5月までデータを送信していました。[187] [188]

1970年代に、2つのヘリオス宇宙船とスカイラブアポロ望遠鏡マウントが科学者に太陽風と太陽コロナに関する重要な新しいデータを提供しました。ヘリオス1と2のプローブは、近日点で水星の軌道内に宇宙船を運ぶ軌道からの太陽風を研究した米国とドイツの共同研究でした。[189] 1973年にNASAによって打ち上げられたスカイラブ宇宙ステーションには、ステーションに常駐する宇宙飛行士によって操作されたアポロ望遠鏡マウントと呼ばれる太陽観測モジュールが含まれていました。[94]スカイラブは、太陽遷移領域と太陽コロナからの紫外線放射の最初の時間分解観測を行いました。[94]発見には、当時「コロナトランジェント」と呼ばれていたコロナ質量放出の最初の観測と、現在は太陽風と密接に関連していることが知られているコロナホールの観測が含まれていました。[189]

太陽のコロナホールは疑問符を形成します(2017年12月22日)

1980年に、ソーラーマキシマムミッションはNASAによって開始されました。この宇宙船は、太陽活動が活発で太陽光が明るいときに、太陽フレアからのガンマ線、X線UV放射を観測するように設計されています。しかし、打ち上げからわずか数か月後、電子機器の故障によりプローブがスタンバイモードになり、次の3年間はこの非アクティブ状態で過ごしました。1984年にスペースシャトルチャレンジャーミッションSTS-41Cは衛星を回収し、軌道に再放出する前にその電子機器を修理しました。ソーラーマキシマムミッションはその後、1989年6月に地球の大気圏に再突入する前に、太陽コロナの何千もの画像を取得しました。[190]

1991年に打ち上げられた日本のようこうサンビーム)衛星は、X線波長で太陽フレアを観測しました。ミッションデータにより、科学者はいくつかの異なるタイプのフレアを識別でき、ピーク活動の領域から離れたコロナが以前に想定されていたよりもはるかに動的で活動的であることが実証されました。ようこうは太陽周期全体を観測しましたが、2001年の金環日食により太陽へのロックが失われたため、スタンバイモードになりました。 2005年に大気圏再突入により破壊された。[191]

これまでで最も重要な太陽ミッションの1つは、欧州宇宙機関とNASAが共同で建設し、1995年12月2日に打ち上げられた太陽および太陽天文台です。 2012年は2009年10月に承認されました。[192]後続のミッションであるソーラーダイナミクス天文台SDO)が2010年2月に打ち上げられたほど有用であることが証明されました。両方からの引力が等しい)、SOHOは、打ち上げ以来、多くの波長で太陽の一定のビューを提供してきました。[94]SOHOは、太陽を直接観測するだけでなく、多数の彗星、主に太陽を通過するときに焼却する小さなサングレージング彗星の発見を可能にしました。[194]

SDOによってキャプチャされたように、2012年8月に紅炎が噴火します

これらの衛星はすべて、黄道面から太陽を観測しているため、赤道域のみを詳細に観測しています。ユリシーズプローブは、太陽の極域を研究するために1990年に発売されましたそれは最初に木星に移動し、黄道面のはるか上にある軌道に「パチンコ」しました。ユリシーズが予定された軌道に入ると、高緯度での太陽風と磁場の強さを観測し始め、高緯度からの太陽風が予想よりも遅い約750 km / sで移動していること、そして銀河宇宙線を散乱させた高緯度から出現する大きな磁気波。[195]

光球の元素の存在量は分光学的研究からよく知られていますが、太陽の内部の組成はあまり理解されていません。太陽風サンプルリターンミッションであるジェネシスは、天文学者が太陽物質の組成を直接測定できるように設計されました。[196]

太陽地球関係天文台(STEREO)ミッションは、2006年10月に開始されました。2つの同一の宇宙船が軌道に打ち上げられ、地球のさらに前方に引っ張られ、徐々に後方に落下します。これにより、太陽とコロナ質量放出などの太陽現象の立体画像が可能になります。[197] [198]

パーカーソーラープローブは、デルタIVヘビーロケットに乗って2018年に打ち上げられ、2025年には0.046AUであり、太陽コロナに低く飛ぶ最初の宇宙船として、最も軌道を回る人工衛星になりました。[199]

インド宇宙研究機関は、2020年半ばのAdityaという名前の100kg衛星。その主な機器は、太陽コロナのダイナミクスを研究するためのコロナグラフになります。[200]

観察と効果

特定の大気条件では、太陽は肉眼で見えるようになり、目にストレスを与えることなく観察できます。この写真をクリックすると、モハーベ砂漠の高原から見た日没の全サイクルが表示されます。
国際宇宙ステーションを見下ろす低軌道から見た太陽この太陽光は、太陽スペクトルの多くを遮る下層大気によってフィルターされません。

太陽の明るさは、肉眼で見ると痛みを引き起こす可能性があります。ただし、短時間行うことは、通常の非拡張眼にとって危険ではありません。[201] [202]太陽を直接見ると(日光浴)、閃光の視覚的アーチファクトと一時的な部分的な失明を引き起こします。また、網膜に約4ミリワットの太陽光を供給し、網膜をわずかに加熱して、明るさに適切に反応できない目を損傷させる可能性があります。[203] [204]紫外線への曝露は、何年にもわたって眼の水晶体を徐々に黄変させ、白内障の形成に寄与すると考えられています、しかしこれは太陽の紫外線への一般的な露出に依存し、太陽を直接見るかどうかには依存しません。[205]肉眼で直射日光を長時間見ると、特に太陽からの紫外線が強く、焦点が合っている条件下で、約100秒後に網膜に紫外線誘発性の日焼けのような病変が発生し始める可能性があります。 ; [206] [207]状態は、若い目または新しいレンズインプラント(老化した自然の目よりも多くの紫外線を許容する)、天頂近くの太陽の角度、および高地での観測場所によって悪化します。

双眼鏡などの集光光学系を通して太陽を見ると、UVを遮断し、日光を大幅に暗くする適切なフィルターがないと、網膜に恒久的な損傷を与える可能性があります。減衰フィルターを使用して太陽を表示する場合、視聴者はその用途のために特別に設計されたフィルターを使用するように注意されます。UVまたはIR光線を通過させるいくつかの即興フィルターは、実際には高輝度レベルで目を傷つける可能性があります。[208]ハーシェルウェッジ 、ソーラーダイアゴナルとも呼ばれ、小型望遠鏡には効果的で安価です。接眼レンズに向けられた太陽光は、ガラス片の銀メッキされていない表面から反射されます。入射光のごく一部のみが反射されます。残りはガラスを通過し、機器を離れます。熱でガラスが割れる場合、光はまったく反射せず、デバイスはフェイルセーフになります。暗くしたガラスでできたシンプルなフィルターは、壊れた場合に太陽光の全強度を通過させ、観察者の視力を危険にさらします。ろ過されていない双眼鏡は、肉眼を使用する場合の数百倍のエネルギーを供給でき、すぐに損傷を引き起こす可能性があります。フィルターをかけられていない望遠鏡を通して真昼の太陽を一瞥しただけでも、永久的な損傷を引き起こす可能性があると言われています。[209]

部分日食は、目の瞳孔が異常に高い視覚コントラストに適応していないため、見るのが危険です。瞳孔は、視野内で最も明るい物体ではなく、視野内の総光量に応じて拡張します。部分日食の間、ほとんどの日光は太陽の前を通過する月によって遮られますが、光球の覆われていない部分は通常の日と同じ表面輝度を持っています。全体的な暗闇の中で、瞳孔は約2mmから約6mmに拡大し、太陽画像にさらされた各網膜細胞は、日陰のない太陽を見る場合よりも最大10倍多くの光を受け取ります。これにより、これらの細胞が損傷または死滅し、視聴者に小さな永久的な死角が生じる可能性があります。[210]痛みの知覚がないため、経験の浅い観察者や子供にとって危険は潜行的です。視力が破壊されていることはすぐにはわかりません。

日の出

日の出と日の入りの間、地球の大気を通る特に長い通路からのレイリー散乱ミー散乱のために太陽光が減衰し[211]、太陽は時々、裸眼で快適に、または光学系で安全に見ることができるほどかすかになります(雲の間の切れ目から突然明るい日光が現れるリスクはありません)。かすんでいる状態、大気中のほこり、および高湿度は、この大気の減衰に寄与します。[212]

グリーンフラッシュとして知られる天気は、日没直後または日の出前に見られることがあります。フラッシュは、地平線のすぐ下の太陽からの光が観測者に向かって曲がっている(通常は逆転層を介して)ことによって引き起こされます。短波長(紫、青、緑)の光は長波長(黄、オレンジ、赤)の光よりも曲がりますが、紫と青の光はより散乱され、緑として認識される光が残ります。[213]

太陽からの紫外線は防腐作用があり、道具や水を消毒するために使用できます。また、日焼けを引き起こし、ビタミンDの生成や日焼けなどの他の生物学的効果があります。皮膚がんの主な原因でもあります。紫外線は地球のオゾン層によって強く減衰されるため、紫外線の量は緯度によって大きく異なり、地球のさまざまな領域での人間の肌の色の変化など、多くの生物学的適応に部分的に関与しています。[214]

惑星系

太陽とその惑星のサイズ比較。

太陽には8つの既知の惑星があります。これには、4つの地球型惑星水星金星地球火星)、2つのガス巨星木星土星、2つの天王星天王星海王星)が含まれます。太陽系には、少なくとも5つの準惑星小惑星帯、多数の彗星、および海王星の軌道を超えて存在する多数の氷体もあります。

宗教的側面

Sun symbol (planetary color).svg

太陽神は多くの世界の宗教や神話で主要な役割を果たしています。[215] 太陽の崇拝は、古代エジプト人南アメリカのインカ、そして現在のメキシコのアステカ人などの文明の中心でしたヒンドゥー教などの宗教では、太陽は依然として神と見なされています。多くの古代のモニュメントは、太陽の現象を念頭に置いて建設されました。たとえば、石の巨石は夏至または冬至を正確に示します(最も有名な巨石のいくつかはエジプトナブタプラヤマルタのムナイドラにあります。ストーンヘンジイギリスで);アイルランドの先史時代の人造の山であるニューグレンジは、冬至を検出するために設計されました。メキシコチチェンイツァにあるエルカスティージョのピラミッドは、春分点と秋分点でピラミッドを登る蛇の形をした影を落とすように設計されています。

古代シュメール人は、太陽がウトゥであると信じていました[216] [217]正義の神であり、惑星金星として識別されたイナンナ双子の兄弟である[ 216] 。[217]その後、ウトゥは東セム諸語の神シャマシュと同一視された。[216] [217]ウツは、苦しんでいる人々を助けた助神と見なされ[216]図像学では、彼は通常、長いあごひげを生やし、のこぎりを握って描かれている[216]。正義のディスペンサー。[216]

少なくとも古代エジプトの第4王朝から、太陽はラー神として崇拝され、太陽の円盤に乗って蛇に囲まれた鷹の頭の神として描かれていました。新帝国時代に、太陽はフンコロガシと同一視されるようになり、そのフンコロガシの球形の球は太陽と同一視されました。太陽の円盤アテンの形で、太陽はアマルナ時代に一時的に復活し、ファラオアケナトンの神性だけでなく、再び卓越したものになりました[218] [219]

エジプト人はラー神を太陽の舟で空を横切って運ばれ、小さな神々を伴っていると描写しました。ギリシャ人にとっては、彼はヘリオスであり、燃えるような馬が引く戦車に乗せられていました。ローマ帝国後期のヘリオガバルスの治世から、太陽の誕生日は冬至の直後にソルインウィクトゥス(文字通り「征服されていない太陽」)として祝われる休日でした。これはクリスマスの前身であった可能性があります。恒星に関しては、太陽は地球から黄道に沿って年に一度回転しているように見えるので、ギリシャの天文学者はそれを7つの惑星の1つに分類しました(ギリシャのプラネテス、 "放浪者"); 7つの惑星がローマ時代にさかのぼる後の週の日の名前[220] [221] [222]

インド・ヨーロッパ祖語では、太陽は女神として擬人化されました* Seh 2ul[223] [224]インド・ヨーロッパ語族のこの女神の派生語には、古ノルド語 Sólサンスクリット語 Suryaガリア語 Sulisリトアニア語 Saulė、およびスラブ語 Solntseが含まれます。[224]古代ギリシャの宗教では、太陽神は男性の神ヘリオスであり[225]、後にアポロとシンクロナイズさ[226]

聖書の中で、マラキ4:2は「義の太陽」(「正義の太陽」と訳されることもあります)[227]に言及しており、一部のクリスチャンはメシアキリスト)への言及として解釈しています[228]古代ローマの文化では、日曜日は太陽神の日でした。安息日として採用されましたユダヤ人の背景を持っていなかったクリスチャンによる日。光の象徴は、キリスト教徒によって採用された異教の装置であり、おそらくユダヤ人の伝統から来たものではない最も重要なものでした。異教では、太陽は生命の源であり、人類に暖かさと照明を与えました。それはローマ人の間で人気のあるカルトの中心であり、彼らは夜明けに立って彼らが祈るときに最初の太陽の光を捕らえました。冬至(クリスマスに影響を与えた)のお祝いは、征服されていない太陽(ソル・インウィクトゥス)のローマのカルトの一部でしたクリスチャン教会は、会衆が東の日の出に面するように方向付けられて建てられました。[229]

アステカの太陽の神であるトナティウは、通常、矢と盾を持って描かれ[230] 、人身御供の実践と密接に関連していた[230]太陽の女神、天照大神は神道最も重要な神であり[231] [232] 、彼女はすべての日本の天皇の直接の祖先であると信じられています[231]

も参照してください

ノート

  1. ^ abこの記事 すべての数字は短いスケールです。10億は109、つまり1,000,000,000です。
  2. ^ 天文科学では、重元素(または金属)という用語は、水素とヘリウムを除くすべての化学元素を指します。
  3. ^ 熱水噴出孔のコミュニティは海の奥深くに住んでいるため、日光を利用できません。バクテリアは代わりに化学合成を介してエネルギー源として硫黄化合物を使用します
  4. ^ 反時計回りは、太陽系内のオブジェクトの太陽の周りの回転方向でもあり、ほとんどのオブジェクトの軸方向の回転方向です。
  5. ^ 1.88 Gcd / m 2は、128 000 ルクス太陽光を参照)に太陽の中心までの距離の2乗を掛け、太陽の断面積で割ったもの。1.44 Gcd / m 2は、次を使用して計算されます98000 ルクス_
  6. ^ 50 kgの成人の人間の体積は、ソーラーセンターの体積電力で約0.05 m 3であり、これは13.8ワットに相当します。これは285kcal /日であり、ストレスのない状態の人間の実際の平均カロリー摂取量と排出量の約10%です。
  7. ^ 海面近くの地球の大気は、約2 × 1025  m -3

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