最終更新日: 2013 年 6 月 1 日

3,800億メガワット: 太陽エネルギー暴動

太陽、巨大な熱核反応炉 — *NASA の SDO (太陽力学天文台) 衛星によって撮影された太陽。大規模なコロナ放出を示しています。画像出典:NASA*

暗闇の中での誕生

約 45 億 7 千万年前、主に水素と星間塵で構成される巨大な分子雲の重力不安定により、物質の崩壊が始まりました。漸進的な圧縮により、この原始星の中心の温度と圧力が上昇しました。温度が1,000万ケルビンを超えると、陽子-陽子鎖を介して水素原子核のヘリウムへの熱核融合が始まりました。この発熱プロセスにより、重力と釣り合うのに十分なエネルギーが放出され、太陽が誕生しました。

想像を絶するパワー

太陽は毎秒約 5 億 6,400 万トンの水素を 5 億 6,000 万トンのヘリウムに変換します。 400 万トンの差は、相対論的方程式 \( E = \Delta m \cdot c^2 \) に従ってエネルギー、つまり約 \(3.8 \times 10^{26}\) ワットに変換されます。これは、2011 年に記録された世界の原子炉 439 基の累積出力の 3 兆 8,000 億倍に相当します。このエネルギーの流れは、太陽系全体の熱構造に関与し、惑星を明確な居住可能ゾーンに維持します。

高度 1 億 5,000 万キロメートルの地球では、このエネルギーのわずか 20 億分の 1 しか受け取っていませんが、生命にとって不可欠な地球の平均気温 15 度を維持するには十分です。

火力の増加

45億7千万年前の誕生以来、太陽が放射する力は一定ではありません。星の進化モデルによると、太陽のような黄色矮星では、中心温度と核融合反応の速度が上昇し、中心部で水素がヘリウムに徐々に変化するため、その光度がゆっくりと、しかし継続的に増加することが示されています。

太陽の光度は平均して約約増加します10億年あたり10%。したがって、太陽が形成されたとき、太陽はおよそ現在のパワーの 70%、どちらか：

出生時:約 \(2.66 \times 10^{26}\ \text{W}\)
現在：約 \(3.85 \times 10^{26}\ \text{W}\)
20億年後:約 \(4.62 \times 10^{26}\ \text{W}\)

この緩やかな増加は、地球の気候に直接的な影響を及ぼします。地質学的スケールでは、始生代以来地球の放射線バランスを変化させ、大気と生物圏の進化に影響を与えたと疑われている。長期的には、この緩やかな温暖化により、太陽の寿命が終わるずっと前に、地球の表面は居住不可能になるでしょう。

太陽物質と太陽風

太陽はプラズマの球体であり、その質量組成は水素 (74%) とヘリウム (24%) が大半を占め、残りは酸素、炭素、鉄、ネオンなどの天体物理学的意味での金属で構成されています。中心部の温度は 1,500 万ケルビン、密度は約 150 g/cm3 に達します。熱撹拌により電子が原子核から引き裂かれ、完全に電離されたプラズマが形成されます。コロナ物質の一部は、太陽風を構成する荷電粒子（電子と陽子）の形で継続的に放出され、秒速 300 ～ 800 km で伝播します。

太陽風の影響

太陽風は、地球の磁気圏と相互作用することにより、極地の大気層を貫通する高エネルギー粒子の流れを引き起こします。これらの相互作用により窒素分子と酸素分子が励起され、主に緑 (557.7 nm)、赤 (630.0 nm)、青の波長のノーザンライトとサザンライトが生成されます。彗星は、常に太陽から離れた方向を向いたイオン尾の形成を通じて太陽風の方向を明らかにします。

まだ明るい未来

現在、主系列段階にある太陽は、その中心核で水素をヘリウムに融合させることによってエネルギーを生成しています。この安定期はあと約 50 億年間続くでしょう。その後、核は自ら崩壊し、外層が膨張します。太陽は赤色巨星になり、おそらく水星、金星、そしておそらく地球を包み込むでしょう。惑星状星雲を残して白色矮星として一生を終えることになる。それまでは、地球の生物圏にエネルギーを供給し続けるでしょう。