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HaruP WorkS

シンセサイザーやボーカロイドで制作したオリジナル音楽をこっそり紹介

 

太陽さん(SUN)のとてつもないお話し(その2) 

燦燦と輝く太陽に照らされる新緑が野山にもゆるこの季節、梅雨の前の爽やかな気候が続いております。

さて、身近にありながら意外と知られていない太陽についてのお話しの続きです。

燦々と輝く太陽の下でミクさん!(怪獣対若大将Pのスカイドームを使わせていただきながら、MMDで制作)

MIKU under The SUN2 up用


●今日浴びた陽光は、十万年以上前に生まれた光

その1では、陽の光が届くまでの時間と、その光がいつ生まれたかについて簡単に触れました。

太陽の表面に到達した光がいつ生まれたのかというのが、何と少なくとも十万年以上前ということをご存知でしたでしょうか?

では、何でこんなに時間がかかって、やっと表面に届いているのか?ということを今回は、最新の科学理論をもの凄く簡単にして説明を試みたいと思います。
(※正確な解説は心掛けていますが、天文学や量子力学の専門家ではないので、科学的厳密性に欠く大雑把な説明であることはご容赦のほどを)

では、早速、太陽の中心で何が起きているのか?ということでまずは開始したいと思います。


●太陽の実体とは?

太陽の実体は、燃えている状態というのはイメージはできますが、詳しくはプラズマ状態の塊といえます。

このプラズマ状態ということになると、これまた解説するだけで今回の日記が終わってしまうので、身近なものとしては「炎」「稲妻」、人工的なものでは「蛍光灯」(厳密には見えている光ではなく発光させるまでのプロセスで)などあります。

では、そのプラズマ状態の太陽が何によって燃えているのかというと、中心で起きている核融合反応によるエネルギー反応といえます。この核融合反応は、原子核同士が融合することで全く異なる原子核になる過程と、まずは大雑把に説明するにとどめます。

太陽の燃料は、最近エコの話題でもよく聞かれるようになった「水素」です。その水素原子核の4つが融合し「ヘリウム」原子核の1つに変化する過程で、欠損した質量がエネルギーに変わり膨大なエネルギーが発生しています。

この質量がエネルギーに変化するということは実に凄まじいことで、かの有名なアインシュタインの特殊相対性理論:質量とエネルギーの等価性(E = mc2 )に従って、エネルギーとして放出されるのです。

この公式で簡単に計算してみますと、1グラムの物質が仮に完全にエネルギーに変換されたとして、なんと答えは約90兆ジュール!
兆?だけあって超凄いことは分かりますがイメージがつかないので、あえて電力量に換算すると、1時間当たりで約2500万キロワットとなりまして、比較対象としては東京都全体での総電力消費のピークが1時間当たり約1500万キロワットとのことですので、その1.7倍の電力量に相当してしまいます。
たったの1グラムが完全にエネルギーになっという仮定ではありますが、いかに凄まじい量であるかが分かります。

では、太陽の中心で起きている核融合によって、どのくらいのエネルギーが発生しているかといいますと、以下のとおりでした。

 ・1秒当たりでは約3.6×10の38乗 個の陽子(水素原子核)がヘリウム原子核に変化
  ↓
 ・430万トンの質量が3.8×10の26乗ジュールのエネルギーに変換された量が発生
   
  うーん、単位が大きすぎてよく分かりませんよねぇ~^^
  では、身近なエネルギー源である石油のエネルギー量で比較してみましょう。

  地球全体での石油総埋蔵量(推計)というのがありまして、7.4ゼタジュールだそうです。ゼタとは、これまた凄い数字で、10の21乗で、漢数字にすると十垓(がい)という日常ではまず聞くことがない単位となります^^
  なんだか凄いエネルギー量のように感じますが、なんと上記の太陽の1秒間のエネルギー量と比較すると・・

 ・太陽で1秒間に発生するエネルギー382.7ヨタジュール

  ヨタとは、10の24乗で、これらの数字で比較すると大凡、石油の総埋蔵量の5万倍!のようです・・

  まぁ何というか、石油で成立した文明がそれらを全て使い尽くすことを5万回以上繰り返して、やっとこさ太陽で発生しているエネルギーのたった1秒!にしかならないとは・・。

エネルギーの話でもこんなことになってしまう太陽ですが、それだけのエネルギーがどの様な状態に変換されているのかというと、「光子」になのです。ソーラーパワーとは名実ともに、まさに光のエネルギーだったんですねぇ。


●光の長い道のり

光は宇宙で一番速いと言われるように、1秒間に30万Kmも進むことができます。

太陽の半径は、地球の109倍である70万Kmもありますが、光の速さなら、その距離でも僅か約2秒ちょっとで通過することが出来ますよね。

あれ?たった2秒なはずが、何故十万年も??

それを説明するにあたり、まず光の特性に触れる必要があります。

光子とは、光の粒子的な特性の状態をいいます。ここで大変混乱しそうな話なのですが、光とは波の性質もあるのと同時に、粒子的な側面もあり、詳しく説明し始めるとまたとんでもないことになりそうなので、あえて割愛とします。
光子などの量子力学的な世界は、日常とは全く異なる現象が起きている摩訶不思議なところなのです。

さて、光を波ではなく粒子に例えると、どうでしょうか?
飛び交う光子が凄まじい速さで物質とぶつかる状態がイメージすることが出来ます。

太陽の中心部は、とんでもない圧力(2500億気圧)環境にあり、そこから発生した光子は、そのあと水素とヘリウムが高圧縮されていて密度が非常に高いプラズマ状態の中を進むことになります。
空間を高速で進むことができる光子といえども狭い空間にこれでもかという高密度で圧縮されたプラズマの中では、まっすぐ進もうにも常に障害にぶつかり合うなかで、ジグザグの状態でしか進むことが出来ません。
 
このジグザグで進む現象は、[ランダムウォーク問題]として知られ、もし1秒に1メートルの歩幅でジグザグで歩いたとしたら計算上では11日かけて百万歩も歩いてもその進んだ直線距離はたったの1Km というよなことが起きるのです。

さて、その光子ですが、中心核で発生した時には非常に高いエネルギー状態なので、いわゆる人の目で見えるような可視光線ではなく、ガンマ線という強力な放射線の状態です。太陽の中心部から表面にかけて途方もないジグザグで進む中で、周囲のプラズマと激しく衝突・屈折・再放射などの相互作用を及ぼしながら、次第にエネルギー状態が低い電磁波に変化していくのです。

そして、光速でジグザグを繰り返して何十万年という長い年月を経て、やっと電磁波として太陽の表面(光球)に届いたものが可視光線として変化し、その後、8分後に地球に陽光として届いているのです。

なお、これらの過程は、直接の観測が出来ませんので、様々な視点での間接的な観測値から量子力学的手法を使った解析によって理論上で解明されてきました。

私が今日浴びた太陽の光は、十数万年前の過去のものと考えると、身近な天体なのに深遠な宇宙のロマンを感じてしまいます。

さて、次回は、「太陽」とくれば「月」の不思議について最新の研究成果を交え綴ってみたいと思います。

(参考リンク)
●太陽さん(SUN)のとてつもない神秘!
●世界初!「重力波」が発する音きた!!
●死の起源(その1)
●哲学フレーム問題 額縁の外をどう認識できるか?
●有限の時間と無限の時空
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Category: 科学

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