fr en es pt ja
天文学
小惑星と彗星 星座 日食・月食 化学元素 環境 恒星 子供向け 方程式 進化 系外惑星 銀河 衛星 物質 星雲 惑星 科学者 太陽 探査機と望遠鏡 地球 ブラックホール 宇宙 火山 黄道十二宮 新着記事 用語集
Astronoo RSS
Xでフォロー
Blueskyでフォロー
Pinterestでフォロー
日本語
Français
English
Español
Português
 
最終更新日: 2025 年 7 月 25 日

旅する光: 光子はどのようにして太陽を出て地球に到達するのでしょうか?

光子のランダムウォーク: 太陽核から地球まで

高密度物質を巡る旅

太陽は、温度が 1,500 万ケルビンを超える中心部での核融合によってエネルギーを生成します。 4 つの陽子 (水素原子核) が融合するたびにヘリウム原子核が生成され、ガンマ光子を含む素粒子の形でエネルギーが放出されます。 ただし、これらの光子は地球まで直進しません。それらは、密で不透明な太陽内部を通る長い旅を開始し、そこで常に吸収され、再放出されます。このランダムなプロセスは、放射ランダムウォーク、光球に到達するまでに平均1万年から17万年かかります。

放射ゾーン: 量子迷路

放射ゾーン(太陽半径約 0.2 ~ 0.7)では、プラズマが非常に高密度であるため、光子の平均自由行程はわずか数ミリメートルから数センチメートルです。相互作用のたびにエネルギーが失われ、徐々にガンマ領域から可視領域と赤外領域に移行します。したがって、光子はそのアイデンティティを保持しません。それは全体のエネルギーを保存するが、最初の個体を保存しない再放射の継続的な流れです。

光球:真空の宇宙への解放

に到着したら、光球(厚さ約 500 km)、物質は最終的に光子が逃げるのに十分な透明になります。その後、物質に妨げられることなく、光の速度 \(c \about 3 \times 10^8\ \mathrm{m/s}\) で自由に直線移動します。

私たちまであと8分20秒

太陽と地球の距離は平均して 149,597,870 km です。したがって、光子はおよそ8分20秒この距離をカバーするために。この最後のステップは、急速ではありますが、太陽腸内での数万年にわたる旅の後にのみ可能です。したがって、私たちが太陽から見るものは、その生産規模に関するすでに非常に古い情報です。

これが恒星の物理学について何を語るのか

この旅は、星の核の異常な密度と放射拡散過程の量子的性質を明らかにします。また、可視光は、深くて遅い核反応によって生成されるエネルギーの高い氷山の一角にすぎないことも思い出させます。特にニュートリノを介して太陽を観察すると、これらの目に見えない時間スケールをテストすることが可能になります。

太陽光子の旅の段階
段階間隔距離機構
コア→放射ゾーン1万年から17万年0.2~0.7R☉≈139268km~≈487438km放射拡散:核融合 (陽子-陽子サイクル) から生じるガンマ光子の放出。その後、次のようなランダムな経路が続きます。血漿不透明度が高い
主なやり取り:イオンによる吸収と再放出 (特に Fe、H⁺、He²⁺)、コンプトン拡散
スペクトルの進化:光子のエネルギーがガンマ線から紫外線に向かって徐々に失われること
対流帯数日0.7 ~ 1.0R☉ ≈ 487438 km ~ ≈ 696340 km熱対流:プラズマは熱的に不安定になり、熱いセルは上昇し、冷たいセルは下がります。
集団移動による輸送:エネルギーを輸送するのは光子ではなくイオン化した物質です
平均速度:≈ 1 ~ 2 km/秒
構造 :太陽の表面に見える粒状の対流細胞
光球 → 地球8分20秒1UA ≈ 149597870 km直線伝播:目に見える光子は、大きな相互作用なしに宇宙の真空に逃げます。
一定速度:\( c \about 3 \times 10^8\ \mathrm{m/s} \)
緩和策:地球大気(レイリー散乱)による擾乱の可能性はあるが、惑星間空間では発生しない
観測されたスペクトル:白色光 (≈ 5778K)、可視領域のピーク (プランクの法則)

出典:NASA - 太陽ESAヘリオビューアNature 2005 - 太陽内部における光子の拡散

同じテーマの記事

スプライトと宇宙線:大気中の幻の稲妻 スプライトと宇宙線:大気中の幻の稲妻
原子の吸収と放出の原理 原子の吸収と放出の原理
フェムト秒レーザー:超短時間から極限のパワーへ フェムト秒レーザー:超短時間から極限のパワーへ
色の世界 色の世界
虹の色 虹の色
光の本質 光の本質
プラズマランプと場の概念 プラズマランプと場の概念
ヴァンタブラックとは何か? ヴァンタブラックとは何か?
マイケルソン・モーレーの実験 マイケルソン・モーレーの実験
赤方偏移(レッドシフト)の計算 赤方偏移(レッドシフト)の計算
フランスで見られる壮観な夜光 フランスで見られる壮観な夜光
電磁スペクトルの全ての光 電磁スペクトルの全ての光
太陽柱:天空の幻影と光の遊び 太陽柱:天空の幻影と光の遊び
光速:宇宙の普遍的定数 光速:宇宙の普遍的定数
1秒の驚異的な精度 1秒の驚異的な精度
光行差の効果 光行差の効果
なぜ素粒子は質量を持たないのか? なぜ素粒子は質量を持たないのか?
オーロラ:太陽風の光 オーロラ:太陽風の光
ブルームーンとアイスムーン:これらの月現象を理解する ブルームーンとアイスムーン:これらの月現象を理解する
重力レンズ:時空が蜃気楼になるとき 重力レンズ:時空が蜃気楼になるとき
視覚の錯覚:視覚認知の罠と謎 視覚の錯覚:視覚認知の罠と謎
光の旅:光子が太陽から地球に到達するまで 光の旅:光子が太陽から地球に到達するまで
生物発光:生物の光 生物発光:生物の光
レーザー光 レーザー光
私たちは目ではなく脳で見ている 私たちは目ではなく脳で見ている
熱と温度の違い 熱と温度の違い
黄道光:惑星間塵の反射 黄道光:惑星間塵の反射
アナレμμαの8の字の説明 アナレμμαの8の字の説明
反薄明アーチ:地球の影 反薄明アーチ:地球の影
コーヒー1杯を温めるのに何個の光子が必要か? コーヒー1杯を温めるのに何個の光子が必要か?
分光法:見えない世界を分析する鍵 分光法:見えない世界を分析する鍵
チェレンコフ光 チェレンコフ光
太陽の光と波長 太陽の光と波長
波とは何か? 波とは何か?
プランクの式と黒体放射 プランクの式と黒体放射
エネルギー保存則 エネルギー保存則