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地学

恒星こうせい銀河ぎんが

最終確認日:

このしょうまなぶこと

だい 9 しょうでは 恒星こうせい銀河ぎんがまなびます。 太陽たいようすうせんおくとあるほしの 1 つにすぎません。 ほしがどうまれ・進化しんかし・ぬか、 そして宇宙うちゅう全体ぜんたい姿すがたまでていきます。

  • 恒星こうせいあかるさ (等級とうきゅう) といろ (スペクトル型すぺくとるがた) を
  • HR図えいちあーるず (ヘルツシュプルング・ラッセル図ヘルツシュプルング・ラッセルず) をめるようになる
  • ほしいっしょう (原始星げんしせい主系列星しゅけいれつせい赤色巨星せきしょくきょせい白色矮星はくしょくわいせい / 超新星ちょうしんせい中性子星ちゅうせいしせい / ブラックホールぶらっくほーる) をまな
  • 銀河系ぎんがけい (あまがわ)こうぞうかいする
  • 銀河ぎんがしゅるい (渦巻銀河うずまきぎんが楕円銀河だえんぎんが不規則銀河ふきそくぎんが) を
  • ビッグバンびっぐばんちゅうろん宇宙膨張うちゅうぼうちょうまな
  • かん観察かんさつ星空ほしぞらさつえい安全あんぜん配慮はいりょかくにんする

ポイント: このしょうのキーワードは 「HR ほしいっしょうめる」 と 「宇宙うちゅうビッグバンびっぐばんから 138 おくねんかけてぼうちょうしてきた」 の 2 つです。

1. 恒星こうせいあかるさ

等級とうきゅう

恒星こうせいあかるさは 等級とうきゅうあらわします。 数字すうじちいさいほどあかるい ことにちゅうします。

よう
見かけの等級みかけのとうきゅうきゅうからあかるさ
絶対等級ぜったいとうきゅう10 パーセクぱーせく (32.6 光年こうねん) のきょいたと仮定かていしたときのあかるさ
ポグソンの式ポグソンのしき5 等級とうきゅう = あかるさ 100 ばい
1 等級とうきゅうやく 2.512 ばい (= ¹⁰⁰ √100)
てんたい見かけの等級みかけのとうきゅう
太陽たいよう-26.7
満月まんげつ-12.7
金星きんせい (最大さいだい)-4.7
シリウス-1.5
ベガ0 (じゅん)
肉眼にくがんえるげんかい6
ぼうえんきょう (家庭かていよう)やく 11
ハッブル望遠鏡ぼうえんきょうやく 30

距離きょり単位たんい

たん
天文てんもん単位たんい[au]きゅう-たいよう平均へいきんきょ (やく 1.5 おく km)
光年こうねん[ly]ひかりが 1 ねんすす距離きょり (やく 9.5 ちょう km)
パーセクぱーせく[pc]年周視差ねんしゅうしさが 1 びょうかくとなる距離きょり (やく 3.26 光年こうねん)
1 キロパーセク[kpc]1000 パーセクぱーせく
1 メガパーセク[Mpc]100 まんパーセクぱーせく

ねんしゅう視差しさ

地球ちきゅう太陽たいようまわりをこうてんすることで、 ちかくのほしとおくのほしはいけいえる方向ほうこうがずれ ます。 このずれの角度かくど (の半分はんぶん) を 年周視差ねんしゅうしさび、 距離きょりそくてい使つかいます。

こうしき意味いみ
きょ[pc] = 1 ÷ ねんしゅうびょうかく年周視差ねんしゅうしさちいさいほどとお

2. 恒星こうせいのスペクトルと HR

スペクトルがた

ほし分光器ぶんこうきると、 ひょうめん温度おんどおうじていろきゅうしゅう線のパターンがことなります。

スペクトル型すぺくとるがたひょうめん温度おんど[K]いろれい
O30000 以上いじょう青白あおじろザニヤー
B10000-30000青白あおじろリゲル
A7500-10000しろシリウス・ベガ
F6000-7500黄白こうはくプロキオン
G5000-6000たいよう・カペラ
K3500-5000だいだいアルデバラン
M3500 以下いかあかベテルギウス・アンタレス

ポイント: おぼかたO B A F G K M = Oh, Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me」。 高温こうおんから低温ていおんへの順番じゅんばんです。

HR (ヘルツシュプルング・ラッセル)

よこじくスペクトル型すぺくとるがた (= ひょうめん温度おんど)、 たてじく絶対等級ぜったいとうきゅう (= 光度こうど) をとったグラフが HR図えいちあーるず です。 ほしがどこにるかで 進化しんか段階だんかい がわかります。

りょういきとくちょう
主系列しゅけいれつ (帯状おびじょう)左上ひだりうえ (高温こうおんあかるい) - みぎ (低温ていおんくらい) にならおびほしいっしょう大半たいはんごす
赤色巨星せきしょくきょせい赤色超巨星せきしょくちょうきょせいみぎじょう (低温ていおんあかるい)、 おおきい
白色矮星はくしょくわいせい左下ひだりした (高温こうおんくらい)、 ちいさい
青色超巨星せいしょくちょうきょせい左上ひだりうえのさらにうえ

しゅ系列けいれつぼし性質せいしつ

しつりょうひょうめん温度おんど寿命じゅみょう
だい (> 10 たいよう質量しつりょう)こう (青白あおじろ)みじかい (すうひゃくまんねん)
なか (1 たいよう質量しつりょう太陽たいよう)なか ()やく 100 おくねん
しょう (< 0.5 たいよう質量しつりょう赤色矮星せきしょくわいせい)てい (あか)すうひゃくおく-すうちょうねん

大事だいじ: おもほしほど あかるいが短命たんめいかるほしほど くらいが長寿ちょうじゅ核融合反応かくゆうごうはんのうはやすすめてしまうからです。

3. ほし一生いっしょう

ほし誕生たんじょう

銀河ぎんがなか分子雲ぶんしうん (低温ていおん高密こうみつのガスとちりくも) が自身じしん重力じゅうりょく収縮しゅうしゅくし、 中心ちゅうしん高温こうおん高密こうみつになると 原始星げんしせい ができます。 中心ちゅうしん温度おんどやく 1000 まん K にたっすると 水素すいそ核融合反応かくゆうごうはんのうはじまり、 主系列星しゅけいれつせい になります。

しゅ系列けいれつ

寿命じゅみょうの 90 % 以上いじょうごすあんてい太陽たいよう現在げんざいこのだんかいで、 やく 46 おくねん経過けいかのこやく 50 おくねん推定すいていされています。

しゅ系列けいれつはなれたのち (てい-ちゅう質量しつりょうぼし場合ばあい)

だんかいないよう
赤色巨星せきしょくきょせい中心ちゅうしん水素すいそき、 外側そとがわふくらみひょうめん温度おんど低下ていか
ヘリウムへりうむ燃焼ねんしょう中心ちゅうしんヘリウムへりうむ炭素たんそ酸素さんそ
惑星状星雲わくせいじょうせいうん外層がいそうがガスとして放出ほうしゅつうつくしい球状きゅうじょうちょうじょう
白色矮星はくしょくわいせいのこされた中心ちゅうしん部、 きゅうサイズの高密こうみつてんたい

しゅ系列けいれつはなれたのち (だい質量しつりょうぼし場合ばあい: 8 太陽たいよう質量しつりょう以上いじょう)

だんかいないよう
赤色超巨星せきしょくちょうきょせいたいようすうひゃくばいぼうちょう
元素げんそ合成ごうせい炭素たんそ酸素さんそ → ... → てつまで段階だんかいてきすす
超新星ちょうしんせい爆発ばくはつ中心ちゅうしん重力じゅうりょくほうかいだい爆発ばくはつ元素げんそちゅうにまく
中性子星ちゅうせいしせい または ブラックホールぶらっくほーる残骸ざんがい (8-25 たいよう質量しつりょう中性子星ちゅうせいしせい、 25 以上いじょうブラックホールぶらっくほーる)

元素げんそ起源きげん

げんげん
水素すいそヘリウムへりうむ (の大半たいはん)ビッグバンびっぐばん直後ちょくご
炭素たんそ酸素さんそてつなどほし内部ないぶでの核融合反応かくゆうごうはんのう
てつよりおも元素げんそ (きんウランうらん)超新星爆発ちょうしんせいばくはつ中性子星合体ちゅうせいしせいがったい

大事だいじ: わたしたちのからだつく炭素たんそ酸素さんそちゅうてつとおむかしんだほしなかつくられました。 「ひとほしのかけらからできている」 というてきひょうげん文字通もじどおしんじつです。

4. れんぼし変光星へんこうせい

れんぼし

2 つ以上いじょうほしきょうつう重心じゅうしんまわりをこうてんしているけい連星れんせい といいます。 恒星こうせいやくはんすう以上いじょう連星れんせいです。

かんそく方法ほうほうないよう
実視連星じっしれんせい望遠鏡ぼうえんきょうで 2 つにえる
分光連星ぶんこうれんせいスペクトルすぺくとるのドップラー効果こうかでわかる
食連星しょくれんせいたがいにかくあかるさがわる

変光星へんこうせい

あかるさがしゅうてきまたはそく変化へんかするほし

しゅるいれい用途ようと
セファイド変光星セファイドへんこうせいしゅうしんあかるさにかんけい (Leavitt のほうそく)銀河ぎんが距離きょり測定そくてい
ミラ型変光星ミラがたへんこうせい赤色巨星せきしょくきょせいみゃくどうほし進化しんかけんきゅう
新星しんせい / 超新星ちょうしんせい突然とつぜんあかるくなる元素げんそ合成ごうせいかんそく

5. 銀河系ぎんがけい (あまがわ銀河ぎんが)

銀河系ぎんがけい構造こうぞう

わたしたちの太陽たいようふくまれる銀河ぎんが銀河系ぎんがけい または あまがわ銀河ぎんが といいます。

とくちょう
円盤部えんばんぶ (ディスク)ちょっけい約 10 まん光年こうねんあつやく 1000 光年こうねんわかほし・ガス・渦巻うずまきこうぞう
バルジ中心ちゅうしん部のふくらみ、 ふるほしおお
ハロー円盤部えんばんぶつつ球状きゅうじょうりょういき球状星団きゅうじょうせいだんぶん
銀河中心核ぎんがちゅうしんかく中心ちゅうしん超大質量ブラックホールちょうだいしつりょうブラックホール いて座A*いてざA* (やく 400 まん太陽質量たいようしつりょう)

太陽たいよう位置いち

たいよう銀河系ぎんがけい中心ちゅうしんからやく 2.6 まん光年こうねん はなれた円盤部えんばんぶ (オリオンうで) にあり、 やく 2 おくねん かけて銀河系ぎんがけいを 1 しゅうします。

星団せいだん

しゅるいとくちょうれい
散開星団さんかいせいだんすうじゅう-すうせんわかほし円盤部えんばんぶプレアデス (すばる)
球状星団きゅうじょうせいだんすうまん-すうひゃくまんふるほし、 ハローM13 (ヘルクレス)

6. 銀河ぎんが種類しゅるい

渦巻状のアンドロメダ銀河
アンドロメダ銀河アンドロメダぎんが (M31) — わたしたちの銀河系ぎんがけい (あまがわ銀河ぎんが) からやく 250 まん光年こうねんはなれたとなり渦巻銀河うずまきぎんがちょっけい約 22 まん光年こうねん、 1 ちょう以上いじょう恒星こうせいふくむ。 銀河系ぎんがけいやく 45 おくねん衝突しょうとつ合体がったいすると予測よそくされる。

宇宙うちゅうには すうせんおく銀河ぎんががあるとすいていされ、 かたち分類ぶんるいされます (ハッブルのぶんるい)。

しゅるいとくちょうれい
渦巻銀河うずまきぎんが (S)中心ちゅうしんのバルジと渦巻うずまきうでアンドロメダ銀河ぎんが
棒渦巻銀河ぼううずまきぎんが (SB)中心ちゅうしん棒状ぼうじょうこうぞうわたしたちの銀河系ぎんがけい
楕円銀河だえんぎんが (E)楕円だえんがたふるほし、 ガスしょうM87
不規則銀河ふきそくぎんが (Irr)かたちととのわないだいマゼランくもしょうマゼランくも
活動銀河かつどうぎんが中心ちゅうしん異常いじょうあかるいクェーサー

銀河ぎんがあつまり

かいそうれい
局部銀河群きょくぶぎんがぐん銀河系ぎんがけい + アンドロメダ + やく 50 銀河ぎんが
銀河団ぎんがだんすうひゃく-すうせん銀河ぎんがあつまり (おとめ座銀河団ぎんがだん等)
超銀河団ちょうぎんがだん銀河団ぎんがだんあつまり
宇宙の大規模構造うちゅうのだいきぼこうぞうフィラメント・ボイド (空洞くうどう) が網目あみめじょう

7. 宇宙うちゅうろん (ビッグバンと宇宙うちゅう膨張ぼうちょう)

ハッブルの法則ほうそく

1929 ねん、 アメリカのてんもん学者がくしゃハッブルは 「とお銀河ぎんがほどはやとおざかっている」 ことをはっけんしました。

こうしき意味いみ
v = H₀ × dv: 後退こうたい速度そくど、 d: 距離きょり、 H₀: ハッブル定数ていすう
H₀ ≒ やく 70 km/s/Mpc(近年きんねんあたいかんそく法でややことなる)

宇宙うちゅう膨張ぼうちょう

とおいほどはやとおざかる」 を過去かこにさかのぼると、 「すべてが 1 てんあつまっていた」 というけつろんいたります。 これが ビッグバンびっぐばんちゅうろん です。

ポイント: 銀河ぎんがそのものがうごいているのではなく、 空間くうかんそのものがふくらんでいる イメージです。 ふうせんひょうめんえがいたてん風船ふうせんふくらますとたがいにとおざかるのとおなじです。

宇宙うちゅう年齢ねんれいおおきさ

こうもくあたい
ちゅうねんれいやく 138 おくねん
かんそくのうちゅうはんけいやく 465 億光年こうねん

ビッグバンの証拠しょうこ

しょうないよう
宇宙膨張うちゅうぼうちょうハッブル法則ほうそく
宇宙背景放射うちゅうはいけいほうしゃ (CMB)やく 3 K の電磁波でんじはビッグバンびっぐばん名残なごり (ペンジアス・ウィルソン 1965)
元素げんそ存在そんざいちゅう水素すいそ約 75 %・ヘリウムへりうむ約 25 % がビッグバンびっぐばんけいさん一致いっち
銀河ぎんが形成けいせいとおい (= ふるい) 銀河ぎんがほどかたち成熟せいじゅく

宇宙うちゅう進化しんか

出来事できごと
0 びょうビッグバンびっぐばん
10⁻³⁵ びょうインフレーションいんふれーしょん (急激きゅうげき膨張ぼうちょう)
3 ぶん水素すいそヘリウムへりうむ元素げんそ合成ごうせい
やく 38 まんねん宇宙の晴れ上がりうちゅうのはれあがり (CMB放出ほうしゅつ)
やく 1-3 おくねん最初さいしょ恒星こうせい銀河ぎんが
やく 92 おくねん太陽系たいようけい形成けいせい
やく 138 おくねん現在げんざい

暗黒あんこく物質ぶっしつ暗黒あんこくエネルギー

宇宙うちゅうこうせい (現代げんだいすいてい):

こうせい割合わりあい
暗黒エネルギーあんこくえねるぎーやく 68 % (ちゅうぼうちょう加速かそく)
暗黒物質あんこくぶっしつやく 27 % (重力じゅうりょく銀河ぎんがをまとめる)
通常つうじょう物質ぶっしつ (原子げんし)やく 5 %

大事だいじ: わたしたちが 「物質ぶっしつ」 とんでいるもの (ぼし人間にんげんきゅう) はちゅうわずか 5 % で、 のこり 95 % はまだその正体しょうたいがわかっていません。 21 世紀せいきぶつがく最大さいだいなぞです。

8. 星空ほしぞら観察かんさつ安全あんぜん配慮はいりょ

めんちゅう
観察かんさつしょ選定せんてい街灯がいとうすくないしょゆうへのだんきん
やまでの観察かんさつぼうかん装備そうびくますず大人おとな同行どうこうけいたい電話でんわとモバイルバッテリー
どうちゅうくらがり赤色あかいろ LED ライト (暗順応くらじゅんのうたもつ)、 段差だんさへびちゅう
天候てんこう急変きゅうへん落雷らくらい豪雨ごううちょうこうそく撤収てっしゅう
望遠鏡ぼうえんきょう設置せっちたいらなめん通行人つうこうにんさえぎらない
カメラ・スマホとさない、 ぼう湿しつ対策たいさく
かん運転うんてん観察かんさつ後の帰路きろ居眠いねむちゅうみん

9. ふりかえり

  • [ ]等級とうきゅう (5 等級とうきゅう = 100 ばい) と絶対等級ぜったいとうきゅう見かけの等級みかけのとうきゅうちがいがえる
  • [ ]年周視差ねんしゅうしさからきょもとめる関係かんけい (きょ = 1 / 視差しさ) をっている
  • [ ]スペクトル型すぺくとるがた (OBAFGKM) と太陽たいようが G かたであることをえる
  • [ ]HR図えいちあーるずの 4 領域りょういき (主系列しゅけいれつ赤色巨星せきしょくきょせい白色矮星はくしょくわいせい青色超巨星せいしょくちょうきょせい) がえる
  • [ ]おもほしほど短命たんめいというかんけいせつめいできる
  • [ ]ぼし一生いっしょう (原始星げんしせい主系列しゅけいれつ赤色巨星せきしょくきょせい白色矮星はくしょくわいせい / 超新星ちょうしんせい中性子星ちゅうせいしせいブラックホールぶらっくほーる) がえる
  • [ ]てつよりおも元素げんそ超新星ちょうしんせい中性子星合体ちゅうせいしせいがったいでできたとっている
  • [ ]銀河系ぎんがけいこうぞう (えんばん・バルジ・ハロー・中心ちゅうしん) と太陽たいようえる
  • [ ]銀河ぎんがしゅるい (渦巻銀河うずまきぎんが楕円銀河だえんぎんが不規則銀河ふきそくぎんが) がえる
  • [ ]ハッブルの法則はっぶるのほうそく (v = H₀ d) と宇宙膨張うちゅうぼうちょうせつめいできる
  • [ ]ビッグバンびっぐばんしょう (CMB・元素げんそ比) をえる
  • [ ]暗黒物質あんこくぶっしつ暗黒エネルギーあんこくえねるぎーちゅうの 95 % をめるとっている

このしょう安全あんぜん配慮はいりょ

  • 星空ほしぞら観察かんさつ大人おとな同行どうこう + ぼうかん + けいたい電話でんわ
  • やまでの観察かんさつくますずしょう急変きゅうへんへのそな
  • 街灯がいとうすくないみちでは反射はんしゃざい赤色あかいろ LED ライトを使つか
  • ぼうえんきょうたいようない (前章ぜんしょうのルールをまもる)
  • 観察かんさつ後の自動車じどうしゃ帰路きろ居眠いねむぼう (みんこうたい運転うんてん)

しょう: だい 10 しょう (最終さいしゅうしょう) では 地球ちきゅうれき災害さいがいまなびます。 これまでまなんだ岩石がんせき化石かせき気候きこう宇宙うちゅうしき統合とうごうし、 「46 おくねん物語ものがたり」 と 「わたしたちが直面ちょくめんするぜん災害さいがい」 をともに考えかんがえます。

横軸に表面温度・縦軸に光度をとった恒星分類図
HR図えいちあーるず (ヘルツシュプルング・ラッセル、 ESOさくせい) — よこじく表面温度ひょうめんおんど / スペクトル型すぺくとるがた (みぎ低温ていおん)、 たてじくこう (絶対等級ぜったいとうきゅう) をとる。 左上ひだりうえ - みぎおび主系列しゅけいれつ (太陽たいようもここ)、 みぎじょう赤色巨星せきしょくきょせい左下ひだりした白色矮星はくしょくわいせいほしればその 進化しんかだんかい一目いちもくかる、 恒星こうせいぶつさいじゅうよう
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