恒星とは何か?宇宙の恒星の明るさや材料について解説【地学】

宇宙

みなさん、こんにちは。今回は、地学の【宇宙分野の恒星】に関する内容を解説します。具体的には、恒星とは何か、また恒星間の等級を定める明るさや恒星の材料などについて解説をしていきます。

 

地学の新教育課程及び、大学入学共通テストで出題が予想される宇宙分野、センター試験では選択問題として出題されました。

 

しかし、大学入学共通テストの場合は、必修となるため、地学で苦手な分野があると点数の獲得が大幅減少してしまいます。地学の大学入学共通テストでしっかりと点数を取るには、しっかり基礎を理解しつつ、演習が必要です。

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恒星分野の出題の特徴

恒星に関して押さえておきたいポイントは以下の4つです。

  1. 覚えておくべきルール

    • 恒星の明るさを決めているルール
    • 恒星の材料
    • 恒星が生まれて死ぬまでの過程
    • 恒星の明るさや色を決めている要因に関わる図表やルール、法則

    を中心に押さえると大学入学共通テストの要点中心に要点を暗記することをおすすめします。

     

    二次試験の出題に頻出なのはこれらに絡んだ細かい計算問題が多く出るので、基礎を押さえるためにも大学入学共通テストの学習をしっかり身につけましょう。

    恒星の明るさを決めているルールとは?

    恒星の明るさは等級と呼ばれる用語で説明されます。星の明るさは、等級が小さくなればなるほど、地球から見て明るくなります。二等星と一等星の明るさを比較すると、一等上がるごとに、25倍明るくなります。

     

    田中くん
    田中くん

    25倍!!ヤバァ!

  2. 宇宙に輝く星は、地球から見て遠くの距離にあるものもあり実際は全て同じ距離で輝いているわけではありません。もし、同じ距離に星を置いた場合、どれくらいの明るさになるのかというのを示したのが、絶対等級になります。星の地球からの距離パーセクと定義をし求めるために利用しているのが年周視差になります。 

    ややこしいのが光年でこれはあくまで、宇宙の中における距離の単位でなので混同しないように注意です。

    恒星の材料と明るさや色を決めている要因

    恒星の材料は宇宙を漂うガス(水素)になります。星雲がある場所が星が生まれる場所です。星雲のガスが集まり、密集するようになるとガスの円盤が形成されます。その中心が一定の圧力がかかるようになり、丸い球上に集まります。その結果、大きな圧力がかかるようになり、核融合反応を引き起こします。これが、星の誕生でです。

     

    実は星の寿命はこの時点で決まっています。生まれた星の重量によって決められ、軽い星は寿命が長く、重い星は寿命が短くなります。太陽の寿命は生まれてから100億年と言われていますが、太陽の10倍の質量がある場合は1000万年と大幅に短くなります。これは、質量が多い星ほど多くの水素を星が輝く時に使用してしまうためです。

     

    そして、星の寿命がわかる要因に星の光の色が関係しています。生まれたての星は、青白い色をしています。これは、燃焼に使われるエネルギーが水素がメインのため星の表面温度が高く9000度ほどになるためです。一方、燃焼によって燃料がなくなってくると、星の表面温度が低くなります。3600度ほどに低くなると見た目で赤色に変化し直径が膨れていきます。

     

    つまり、星は寿命で青白いから黄色、オレンジ、赤と色が変化し、同時に表面温度と直径が変化するのです。この生まれた時の星の重さと現在の星の寿命に関して表した図がHR図と呼ばれるものになります。星の光の色と表面温度の相関を示したのがスペクトル型になります。

     

    似ているややこしい言葉に、赤色巨星は星の一生の過程である主系列星を超えた星の最期にあたります。対して青色巨星は主系列星の中で生まれたばかりで、星の重量が大きいため、地上からみてまばゆく光る星を指します。

     

    星はその重量によって、一生が変化します。重量が軽い星は星の燃焼に使っていたガスが切れて、核だけが残る白色矮星となります。対して、重量が重い星は、核融合反応が鉄まで進み、超新星爆発を引き起こします。そのガスが漂って輝いて見えるのが星雲で、核が圧縮されて中性子星や更に潰れてブラックホールとして存在するようになるのです。

     

  3. 地学の勉強法についての記事は「大学入学共通テストに向けたおすすめ地学の勉強法」」 こちら

 

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