宇宙の構造

太陽は、中心部で水素がヘリウムに変わる核融合によって、エネルギーを生み出しています。表面には、黒点やプロミネンス、フレアなどの現象が見られます。地学では、太陽の光をスペクトルに分け、暗い線(吸収線)から太陽にどんな元素があるかを調べる方法も学びます。

大阪市立科学館の解説によると、黒点が黒く見えるのは、まわりより温度が低くて暗いためです。強い磁場が、太陽の中から熱を運ぶ対流をじゃまして、温度が下がっています。黒点のまわりで起きる爆発がフレアで、そのエネルギーは、わずか数分のうちに日本全体で 1 年に使う電力の 100 万年分にもなります。

黒点の数を記録していくと、およそ 11 年ごとに増えたり減ったりしています。ただし、なぜ 11 年なのかは、今も分かっていません。2024 年は太陽の活動が活発な年でした。フレアの影響で通信機器に障害が出たり、人工衛星が壊れたりすることもあり、太陽の観測は暮らしを守ることにもつながっています。

恒星は、遠すぎて表面を近くで調べることができません。そこで地学では、星の光をスペクトルに分けて、表面の温度や星の種類を調べます。星の色も、表面の温度を表す手がかりです。光を調べると、星の明るさが変わった理由まで推理できます。

ベテルギウスは、2019 年 10 月から急に暗くなり、ふだんの約 40% の明るさまで落ちました。星の表面が冷えたのか、ちりが光をさえぎったのか。アメリカのワシントン大学などのチームは、2020 年 2 月の光から表面の温度を約 3,325℃ と求めました。2004 年より 50〜100℃ 低いだけで、冷えただけでは説明できず、ちりが光をさえぎったという考えを支える結果でした。

地学では、たくさんの星の表面の温度と明るさをグラフにした HR 図を読みます。星は、主系列星、赤色巨星、白色矮星の 3 つのグループに大きく分かれます。質量が大きく明るい星ほど寿命が短く、質量によって星の最期の姿や、つくられる元素も変わります。

太陽系は、たくさんの恒星やガス、ちりが集まった銀河系(天の川銀河)の中にあります。宇宙には、渦巻きの形や楕円の形など、さまざまな銀河があります。銀河は集まって銀河団をつくり、さらに大きな宇宙の大規模構造をつくっています。銀河までの距離は、明るさが分かっている変光星や超新星を目印にして求めます。

遠い銀河の光を調べると、波長が長いほうへずれていて(赤方偏移)、遠い銀河ほど速く遠ざかっていることが分かります。アメリカのハッブルは、1929 年の論文でこの関係を示しました。実は、ベルギーのルメートルが 1927 年にフランス語で発表した論文で、この関係を先に導いていました。

国際天文学連合(IAU)は 2018 年 10 月、会員による電子投票で、宇宙の膨張を表すこの法則を「ハッブル=ルメートルの法則」と呼ぶよう勧めることを決めました。賛成は 78% でした。高校の教科書では「ハッブルの法則」と書かれていることもあります。地学では、宇宙マイクロ波背景放射など、宇宙がビッグバンで始まった証拠も学びます。