太陽の誕生、生、死:中星の年代記

並外れた運命を持った普通の星

ザ太陽はスペクトル型 G2V の星で、年齢は約 45 億 7 千万年で、地球から平均距離 1 天文単位 (約 1 億 4,959 万 7,870 km) の距離にあります。の球体ですプラズマ直径約 1,392,700 km、主に水素 (≈ 73.5%) とヘリウム (≈ 24.9%) で構成され、ヘリウムと呼ばれるより重い元素が少量含まれています。金属。

太陽の内部バランスは、2 つの基本的な力の間の補償によって生じます。放射圧核の中で水素がヘリウムに融合することによって生成され、重力それはそれを崩壊させる傾向があります。この平衡状態は、静圧バランス、図の主系列上の星の安定性を保証します。ハーツシュプルング ラッセル（1905-1969）。

太陽コア、半径 ≈ 0.25 R_☉、温度は \(1.5\times10^7\,K\) に近く、密度は約 150 g/cm (または 150,000 kg/m3) に達し、これは地球の核の約 25 倍です。 融合反応は陽子-陽子鎖に沿って起こり、\(3.8\times10^{26}\,W\) のエネルギーを生成します。この巨大な力は、最初に地表に運ばれます。放射線それからまでに対流、地球から観測される電磁放射線に変換されます。

太陽質量は太陽系の質量の 99.86% を占め、すべての惑星、小惑星、彗星に決定的な重力の影響を及ぼします。地球レベルでの平均的なエ​​ネルギーの流れは、太陽定数、およそ \(1,361\,W/m^2\) の価値があり、これが地球の気候、光合成、大気の動態を支配しています。

注： :
のスタースペクトル型 G2Vのクラスに属します黄色矮星。文字「G」は 5,300 K ～ 6,000 K の表面温度を示し、数字「2」は G タイプ内のより高温のサブクラスを指定します。接尾辞「V」は、それが主系列星、つまり水素からヘリウムへの安定した核融合段階にあることを示します。平均光球温度 5,778 K と太陽の明るさ (\(L = 1 L_\odot\)) を持つ太陽は、この分類の基準として機能します。

誕生：星雲の崩壊

ザ太陽約46億年前に広大な地球の中心で誕生しました。分子雲オリオン座の腕から、天の川。重力と衝撃波の複合作用下で、おそらく衝撃波から発生します。超新星近くで雲の一部が重力崩壊に入った。その後、物質は密集した領域の中心に集中し始めました（原始星太陽)、その周りに降着円盤が形成されました。

この崩壊の間、角運動量の保存により円盤の回転が加速され、構造が徐々に平坦化していきました。原始星の中心部では温度と密度が大幅に増加した。中心温度が \(10^7\,K\) 程度に達すると、陽子間の衝突が頻繁になり、熱核融合陽子-陽子連鎖によると。

最初に説明された支配的な反応は、ハンス・ベーテ(1906-2005) は次のように要約できます。 \( 4\,^1H \rightarrow\, ^4He + 2e^+ + 2\nu_e + 26.7\,\text{MeV} \)

この質量のエネルギーへの変換は、次の方程式で表されます。アルバート・アインシュタイン(1879-1955) \(E = mc^2\) は、若い太陽の重力収縮を止めるのに十分なエネルギーの流れを放出しました。その後、星は熱安定期に入り、星への設置をマークしました。メインシーケンス。

降着円盤の残骸は、太陽系の原始物質である惑星、衛星、小惑星、彗星を生み出しました。推定数千万年続くこの段階は、私たちの惑星環境の将来の進化の初期条件を確定させました。

寿命：安定性と磁気サイクル

その存在のほとんどの間、太陽の安定したスターであり続けるメインシーケンス。この安定性は、核融合による放射線によって及ぼされる圧力と、物質を圧縮しようとする重力との間のバランスによってもたらされます。この状態は、静圧バランス約100億年間の準静止構造が保証されています。

太陽の構造: 4 つの主要な層状ゾーン

差動回転と移行ゾーン

差動回転太陽、赤道（≈ 25 日）では極地（≈ 35 日）よりも速く、と呼ばれる遷移領域でせん断を引き起こします。タコクリン。 これらの剪断機は磁力線を増幅してねじり、それによって磁力線を生成します。ダイナモ複雑で変化しやすいフィールド。

磁気周期と太陽活動

この磁場が原因となるのは、黒点、 のフレアそしての太陽風。 彼らの活動は平均 11 年の周期に従い、1843 年に次のように特定されました。ハインリヒ・シュワーベ（1789-1875）によってさらに深められました。ジョージ・エラリー・ヘイル（1868-1938）太陽磁気の発見のおかげで。

太陽圏の影響と地球の影響

このサイクルは太陽圏全体に影響を与え、地球に到達するエネルギー粒子の量を調節します。 したがって、電離層、 無線通信や訓練さえも極光。 したがって、太陽の活動は宇宙気候における主要な天体物理学的変数を構成します。

死：赤色巨星と白色矮星への変化

核の崩壊と赤色巨星期の始まり

約50億年後には太陽核の水素が枯渇し、中心核融合が停止する。重力を補うために必要な放射圧力が失われると、炉心は崩壊し始めます。セントラルヒーティングは、ヘリウムの炭素と酸素への融合を引き起こします。トリプルアルファプロセス。外側の層が膨張し、太陽が赤色巨星。その半径は現在の地球の軌道に達する可能性がある。

質量の減少と惑星状星雲の形成

この段階では、太陽は次のような変化を遂げます。熱脈動そして、激しい恒星風によってその質量のかなりの部分が失われるでしょう。外側の層が排出されると、惑星状星雲、星間物質を炭素や他の軽い元素で富化します。

白色矮星の形成と冷却

残留コアは重力の影響で収縮し、最終的には白色矮星。その質量は約0.6Mになります_☉そしてその半径は地球の半径に匹敵します。この時点では核融合は起こらず、星はその残留エネルギーのみから放射され、最終的に黒色矮星になるまで数十億年かけてゆっくりと冷却されます。

太陽の恒星タイムライン

太陽の生涯の主な段階の表

ソース ：NASA – 太陽物理学そしてハーバード大学ADS。