地学㉖：太陽の活動

この記事で探究すること

わたしたちの太陽は、ただ静かに燃えているだけの火の玉じゃない。その表面では、黒点が出現・消滅し、ときには「フレア」と呼ばれる巨大な爆発を起こすなど、ダイナミックな活動をくり返しているんだ。この単元では、太陽の基本的なプロフィールから、その活動周期、そして、太陽活動が地球にどのような影響をあたえるのか、「宇宙天気」という最前線の科学を探究していくよ。

1. 太陽の大きさと構造

太陽は、直径が地球の約109倍、質量が約33万倍にも達する、巨大なガスの球だ。その莫大なエネルギーは、中心核で起きる核融合反応によって生み出されている。

• 中心核：温度は約1600万K、圧力は約2500億気圧という超高温・超高圧の世界。４つの水素原子核（陽子）が融合して、１つのヘリウム原子核に変わる「陽子-陽子連鎖反応」が起き、莫大なエネルギーを放出している。
• 放射層：中心核の外側。エネルギーが、主に電磁波（光子）の形で、放射によって外側へ運ばれる層。
• 対流層：放射層の外側、太陽の表層部分。エネルギーが、ガスの対流によって、鍋のお湯が沸騰するように、外側へ運ばれる層。
• 光球：わたしたちが普段「太陽の表面」として見ている、厚さ約500kmの層。温度は約6000K。黒点や、粒状斑といった構造が見られる。

2. 太陽のスペクトルと大気

太陽の光（可視光線）を、分光器でくわしく調べると、虹色の連続した光（連続スペクトル）の中に、無数の暗い線が見られる。これを「吸収スペクトル（フラウンホーファー線）」という。これは、光球から出た光が、その外側にある、より温度の低い太陽の大気（彩層）を通過する際に、大気に含まれる特定の原子（水素、ヘリウム、ナトリウムなど）によって、特定の波長の光が吸収された痕跡だ。この吸収線の位置と強さを分析することで、太陽の大気の化学組成を知ることができる。

3. 太陽の活動と約11年周期

太陽の活動は、常に一定ではない。その最もわかりやすい指標が「黒点」の数だ。黒点の数は、約8日から15日程度の周期で増減しながら、約11年という、より大きな周期で、数が非常に多くなる「極大期」と、ほとんどなくなる「極小期」をくり返している。これを太陽活動周期という。

黒点は、太陽の強力な磁場が、対流をさまたげることで、まわりよりも温度が低くなっている領域だと考えられている。太陽活動が活発な極大期には、黒点付近の磁場のエネルギーが、一気に解放される、巨大な爆発現象「フレア」が頻繁に発生する。

【研究】宇宙天気予報とデリンジャー現象

大規模なフレアが発生すると、強力なX線や、高エネルギーの荷電粒子（太陽プロトン）が、地球へと飛来します。これらは、地球の社会インフラに、様々な影響を及ぼす可能性があります。この、太陽活動に起因する地球周辺の宇宙環境の変化を予測するのが「宇宙天気予報」です。

• デリンジャー現象：フレアによって放出されたX線が、地球の電離層の電子密度を急増させ、短波通信の電波を吸収してしまうことで、数分～数時間にわたって、通信障害（特に遠距離無線）を引き起こす現象。
• 磁気嵐：高エネルギーのプラズマの塊（コロナ質量放出）が地球に到達すると、地球の磁気圏が大きく乱され、大規模な停電や、人工衛星の故障などを引き起こすことがある。

宇宙天気予報は、現代社会のインフラを守る上で、ますますその重要性を増しています。

受験対策まとめ

太陽の物理は、エネルギーと活動周期がカギだ！

1. 太陽のエネルギー源が、中心核での「核融合反応」であることを覚える。
   （具体的には、4つの水素原子核→1つのヘリウム原子核）
2. 太陽の内部構造（中心核、放射層、対流層）を、中心から順番に覚える。
3. 太陽のスペクトルに見られる暗線が「吸収スペクトル」であり、太陽大気の成分を知る手がかりとなることを理解する。
4. 太陽活動が、約11年周期で変動し、その指標が「黒点数」であることを覚える。
5. 太陽活動が活発なときに発生する「フレア」が、地球に「デリンジャー現象」や「磁気嵐」といった影響を及ぼすことを関連づけて理解する。

練習問題

問１：太陽の中心核で、４つの水素原子核から１つのヘリウム原子核が作られる際に、莫大なエネルギーが生じる反応を何というか。
問２：太陽の光を分光した際に見られる、多数の暗線を何というか。また、この暗線から、太陽の何を知ることができるか。
問３【論述】：太陽活動の極大期には、地球上でどのような影響が懸念されるか。太陽の爆発現象の名称と、その結果として地球に到達するものを明らかにし、具体的な影響の例を２つあげて、55字程度で説明しなさい。