[記事公開日]2016/01/16
[最終更新日]2016/04/09

太陽などの恒星のエネルギー源は水素燃焼による核融合反応

星のエネルギー源は何か?

星のエネルギー源は何でしょうか?

星は何をエネルギー源として光り輝いているのでしょうか?

星には、自分で光を出している星と、自分で光を出してはいない星があります。

自分で光を出している星は恒星といいますが、太陽も恒星の一つです。

これに対して、例えば、太陽系の中にある木星や土星のような惑星は、自分では光を出さずに太陽の光を反射して光っている星になります。

夜空に見える大部分の星は、自分で光り輝いている恒星になります。

太陽も含めて恒星がどのような仕組みで光っているのかについては、長い間大きな謎だったようです。

そして、恒星がどのようにして光を出しているのかという、恒星のエネルギー源が解明されたのは、20世紀の半ばになってからだといいます。

 

恒星のエネルギー源が解明されたのは20世紀半ば

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太陽も含めて恒星がどのような仕組みで光っているのかは、長い間大きな謎であり、それが解明されたのは、20世紀の半ばになってからのことになります。

太陽も含めて、恒星のエネルギー源が水素の核融合反応であることが解明されたのは、それほど古いことではなく、1938年頃のことだといいます。

1920年イギリスのエディントンは、星の内部のエネルギーの流れや温度のつりあいから、太陽のような星の中心部が温度約1500万度、密度は水の数十倍という超高温超高密度の状態になっていることを明らかにしました。

これは、水素原子どうしが衝突してくっつきヘリウム原子に変わる核融合反応が起きても不思議ではない温度と密度だとされています。

20世紀になって相対性理論、量子力学、原子核物理学が発達し、原子核が分裂するときや2つの原子核が融合するときに、質量がエネルギーに変換されて莫大なエネルギーが放出されることが分かりました。

例えば、1kgの陽子が融合してヘリウム原子核になると、6×10の14乗ジュール(J)のエネルギーが放出されるといいます。

1ジュール(J)は1gの水の温度を1度上げるのに必要なエネルギーを表します。

1938~1939年ドイツのワイゼッカーとアメリカのベーテは、水素原子どうしが衝突してくっつきヘリウム原子に変わる核融合反応が、実際にちょうど必要な量だけ起こっていることを具体的に示したといいます。

恒星の中心部では核融合反応が起きていることを示したのです。

 

太陽などの恒星は核融合反応によって光り輝いている

1938~1939年ドイツのワイゼッカーとアメリカのベーテは、水素原子どうしが衝突してくっつきヘリウム原子に変わる核融合反応が、実際にちょうど必要な量だけ起こっていることを具体的に示しました。

星の中心部で温度が1000万度を超えると実際に陽子がヘリウムに変わる核融合反応が起こることを示したといいます。

この核融合反応は水素1gから石炭20tを燃やすほどの非常に大きなエネルギーを取り出すことができるため、太陽ほどの星ならば100億年もの長いあいだ輝き続けることが可能となります。

星が核融合反応によって光っているということがわかったのは、このように20世紀中頃のことになります。

それまでは、星のエネルギー源は全く見当がつかなかったようですが、その理由は、何十億年という長い間、莫大なエネルギーを放出できるメカニズムが分からなかったからだといいます。

例えば、太陽は、毎秒約3.9×10の26乗ジュール(J)のエネルギーを放出していますが、これがどのくらい莫大なエネルギーかは、石油の場合と比較すると分かりやすくなります。

1kgの石油が燃えると、約4200万ジュール=4.2×10の7乗ジュールのエネルギーが放出されます。

もし、太陽の質量が全て石油だったとしても、たった7000年程度で燃え尽きてしまうそうです。

太陽の年齢は今現在で約46億年とされており、今後少なくともあと50億年くらいは燃え続けると考えられている訳ですから、核融合反応のエネルギーが、いかに莫大なのかが、よく分かります。

核融合反応のことを水素燃焼とも言いますが、石油などと比較した場合、いかに莫大なエネルギーがあるのかがよく分かります。

長い間、恒星がどのように燃えているのかという、星のエネルギー源については、謎のままだったようですが、こうして、水素の核融合反応によるものであることが、20世紀の半ば近くになってようやく解明されたということになります。

 

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