恒星こうせい と 銀河ぎんが

この章しょうで学まなぶこと

第だい 9 章しょうでは 恒星こうせい と 銀河ぎんが を学まなびます。 太陽たいよう は数すう千せん億おく個ことある星ほしの 1 つにすぎません。 星ほしがどう生うまれ・進化しんかし・死しぬか、 そして 宇宙うちゅう全体ぜんたいの姿すがたまで見みていきます。

• 恒星こうせい の明あかるさ (等級とうきゅう) と色いろ (スペクトル型すぺくとるがた) を知しる
• 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) を読よめるようになる
• 星ほしの一いっ生しょう (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) を学まなぶ
• 銀河系ぎんがけい (天あまの川がわ) の構こう造ぞう を理り解かい する
• 銀河ぎんが の種しゅ類るい (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) を知しる
• ビッグバンびっぐばん宇う宙ちゅう論ろん と 宇宙膨張うちゅうぼうちょう を学まなぶ
• 夜や間かん観かん察さつ と星空ほしぞら撮さつ影えい の 安全あんぜん配慮はいりょ を確かく認にん する

ポイント: この章しょうのキーワードは 「HR 図ずで星ほしの一いっ生しょう が読よめる」 と 「宇宙うちゅう は ビッグバンびっぐばん から 138 億おく年ねんかけて膨ぼう張ちょう してきた」 の 2 つです。

1. 恒星こうせいの明あかるさ

等級とうきゅう

恒星こうせい の明あかるさは 等級とうきゅう で表あらわします。 数字すうじが 小ちいさいほど明あかるい ことに注ちゅう意い します。

用よう語ご	意い味み
見かけの等級みかけのとうきゅう	地ち球きゅう から見みた明あかるさ
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) の距きょ離り に置おいたと仮定かていしたときの明あかるさ
ポグソンの式ポグソンのしき	5 等級とうきゅうの差さ = 明あかるさ 100 倍ばい の差さ
1 等級とうきゅうの差さ	約やく 2.512 倍ばい (= ¹⁰⁰ √100)

天てん体たい	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
金星かなぼし (最大さいだい)	-4.7
シリウス	-1.5
ベガ	0 (基き準じゅん)
肉眼にくがんで見みえる限げん界かい	6
望ぼう遠えん鏡きょう (家庭かてい用よう)	約やく 11
ハッブル 望遠鏡ぼうえんきょう	約やく 30

距離きょりの単位たんい

単たん位い	意い味み
天文てんもん単位たんい [au]	地ち球きゅう-太たい陽よう の平均へいきん距きょ離り (約やく 1.5 億おく km)
光年こうねん [ly]	光ひかりが 1 年ねんに進すすむ距離きょり (約やく 9.5 兆ちょう km)
パーセクぱーせく [pc]	年周視差ねんしゅうしさ が 1 秒びょう角かくとなる距離きょり (約やく 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 万パーセクぱーせく

年ねん周しゅう視差しさ

地球ちきゅう が 太陽たいよう の周まわりを公こう転てん することで、 近ちかくの星ほしは遠とおくの星ほしを背はい景けい に 見み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 と呼よび、 距離きょりの測そく定てい に使つかいます。

公こう式しき	意味いみ
距きょ離り [pc] = 1 ÷ 年ねん周しゅう視し差さ秒びょう角かく	年周視差ねんしゅうしさ が小ちいさいほど遠とおい

2. 恒星こうせいのスペクトルと HR 図ず

スペクトル型がた

星ほしを 分光器ぶんこうき で見みると、 表ひょう面めん 温度おんど に応おうじて色いろや吸きゅう収しゅう線のパターンが異ことなります。

スペクトル型すぺくとるがた	表ひょう面めん 温度おんど [K]	色いろ	例れい
O	30000 以上いじょう	青白あおじろ	ザニヤー
B	10000-30000	青白あおじろ	リゲル
A	7500-10000	白しろ	シリウス・ベガ
F	6000-7500	黄白こうはく	プロキオン
G	5000-6000	黄き	太たい陽よう・カペラ
K	3500-5000	橙だいだい	アルデバラン
M	3500 以下いか	赤あか	ベテルギウス・アンタレス

ポイント: 覚おぼえ方かた 「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 図ず (ヘルツシュプルング・ラッセル図ず)

横よこ軸じく に スペクトル型すぺくとるがた (= 表ひょう面めん 温度おんど)、 縦たて軸じく に 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。 星ほしがどこに来くるかで 進化しんか段階だんかい がわかります。

領りょう域いき	特とく徴ちょう
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・明あかるい) - 右みぎ下か (低温ていおん・暗くらい) に並ならぶ帯おび。 星ほしの 一いっ生しょう の大半たいはん を過すごす
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	右みぎ上じょう (低温ていおん・明あかるい)、 大おおきい
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・暗くらい)、 小ちいさい
青色超巨星あおいろちょうきょせい	左上ひだりうえのさらに上うえ

主しゅ系列けいれつ星ぼしの性質せいしつ

質しつ量りょう	表ひょう面めん 温度おんど	寿命じゅみょう
大だい (> 10 太たい陽よう質量しつりょう)	高こう (青白あおじろ)	短みじかい (数すう百ひゃく万まん年ねん)
中なか (1 太たい陽よう質量しつりょう、 太陽たいよう)	中なか (黄き)	約やく 100 億おく年ねん
小しょう (< 0.5 太たい陽よう質量しつりょう、 赤色矮星せきしょくわいせい)	低てい (赤あか)	数すう百ひゃく億おく-数すう兆ちょう年ねん

大事だいじ: 重おもい星ほしほど 明あかるいが短命たんめい、 軽かるい星ほしほど 暗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 を速はやく進すすめてしまうからです。

3. 星ほしの一生いっしょう

星ほしの誕生たんじょう

銀河ぎんが の中なかの 分子雲ぶんしうん (低温ていおん・高密こうみつ度ど のガスと塵ちりの雲くも) が自身じしんの 重力じゅうりょく で収縮しゅうしゅくし、 中ちゅう心しん が高温こうおん高密こうみつ度ど になると 原始星げんしせい ができます。 中ちゅう心しん 温度おんど が約やく 1000 万ばん K に達たっすると 水素すいそ 核融合反応かくゆうごうはんのう が始はじまり、 主系列星しゅけいれつせい になります。

主しゅ系列けいれつ期き

寿命じゅみょうの 90 % 以上いじょうを過すごす安あん定てい期き。 太陽たいよう は現在げんざいこの段だん階かい で、 約やく 46 億おく年ねん経過けいか、 残のこり約やく 50 億おく年ねんと推定すいていされています。

主しゅ系列けいれつを離はなれた後のち (低てい-中ちゅう質量しつりょう星ぼしの場合ばあい)

段だん階かい	内ない容よう
赤色巨星せきしょくきょせい	中ちゅう心しん の 水素すいそ が尽つき、 外側そとがわが膨ふくらみ表ひょう面めん 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	中ちゅう心しん の ヘリウムへりうむ が 炭素たんそ・酸素さんそ へ
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、 美うつくしい球状きゅうじょうや蝶ちょう状じょう
白色矮星はくしょくわいせい	残のこされた中ちゅう心しん部、 地ち球きゅう サイズの高密こうみつ度ど天てん体たい

主しゅ系列けいれつを離はなれた後のち (大だい質量しつりょう星ぼしの場合ばあい: 8 太陽たいよう質量しつりょう以上いじょう)

段だん階かい	内ない容よう
赤色超巨星せきしょくちょうきょせい	太たい陽よう の数すう百ひゃく倍ばいに膨ぼう張ちょう
元素げんそ 合成ごうせい	炭素たんそ → 酸素さんそ → ... → 鉄てつ まで段階だんかい的てきに進すすむ
超新星ちょうしんせい 爆発ばくはつ	中ちゅう心しん が重力じゅうりょく崩ほう壊かい し大だい爆発ばくはつ、 元素げんそ を宇う宙ちゅう 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 太たい陽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)

元素げんその起源きげん

元げん素そ	起き源げん
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・鉄てつ など	星ほしの内部ないぶでの 核融合反応かくゆうごうはんのう
鉄てつ より重おもい元素げんそ (金きむ・ウランうらん)	超新星爆発ちょうしんせいばくはつ や 中性子星合体ちゅうせいしせいがったい

大事だいじ: 私わたしたちの体からだを作つくる 炭素たんそ や 酸素さんそ、 血ち中ちゅうの 鉄てつ は 遠とおい昔むかしに死しんだ星ほしの中なかで作つくられました。 「人ひとは星ほしのかけらからできている」 という詩し的てき な表ひょう現げん は文字通もじどおり真しん実じつ です。

4. 連れん星ぼしと変光星へんこうせい

連れん星ぼし

2 つ以上いじょうの星ほしが共きょう通つう の 重心じゅうしん の周まわりを公こう転てん している系けいを 連星れんぼし といいます。 恒星こうせい の約やく半はん数すう以上いじょうが 連星れんぼし です。

観かん測そく方法ほうほう	内ない容よう
実視連星じっしれんぼし	望遠鏡ぼうえんきょう で 2 つに見みえる
分光連星ぶんこうれんぼし	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
食連星しょくれんぼし	互たがいに隠かくし合あい明あかるさが変かわる

変光星へんこうせい

明あかるさが周しゅう期き的てきまたは不ふ規き則そく に変化へんかする星ほし。

種しゅ類るい	例れい	用途ようと
セファイド変光星セファイドへんこうせい	周しゅう期き と真しんの明あかるさに関かん係けい (Leavitt の法ほう則そく)	銀河ぎんがの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 の脈みゃく動どう	星ほしの進化しんか研けん究きゅう
新星しんせい / 超新星ちょうしんせい	突然とつぜん明あかるくなる	元素げんそ合成ごうせいの観かん測そく

5. 銀河系ぎんがけい (天あまの川がわ銀河ぎんが)

銀河系ぎんがけいの構造こうぞう

私わたしたちの 太陽たいよう が含ふくまれる銀河ぎんがを 銀河系ぎんがけい または 天あまの川がわ銀河ぎんが といいます。

部ぶ位い	特とく徴ちょう
円盤部えんばんぶ (ディスク)	直ちょっ径けい約 10 万光年こうねん、 厚あつさ約やく 1000 光年こうねん、 若わかい星ほし・ガス・渦巻うずまき構こう造ぞう
バルジ	中ちゅう心しん部のふくらみ、 古ふるい星ほしが多おおい
ハロー	円盤部えんばんぶ を包つつむ球状きゅうじょうの領りょう域いき、 球状星団きゅうじょうせいだん が分ぶん布ぷ
銀河中心核ぎんがちゅうしんかく	中心ちゅうしんに 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* (約やく 400 万まん太陽質量たいようしつりょう)

太陽たいようの位置いち

太たい陽よう は 銀河系ぎんがけい の中ちゅう心しん から約やく 2.6 万光年こうねん 離はなれた 円盤部えんばんぶ (オリオン腕うで) にあり、 約やく 2 億おく年ねん かけて 銀河系ぎんがけい を 1 周しゅうします。

星団せいだん

種しゅ類るい	特とく徴ちょう	例れい
散開星団さんかいせいだん	数すう十じゅう-数すう千せん個こ、 若わかい星ほし、 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	数すう万まん-数すう百ひゃく万まん個こ、 古ふるい星ほし、 ハロー	M13 (ヘルクレス座ざ)

6. 銀河ぎんがの種類しゅるい

宇宙うちゅう には 数すう千せん億おく個こ の 銀河ぎんが があると推すい定てい され、 形かたちで分類ぶんるいされます (ハッブルの分ぶん類るい)。

種しゅ類るい	特とく徴ちょう	例れい
渦巻銀河うずまきぎんが (S)	中ちゅう心しん の バルジ と 渦巻うずまき腕うで	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)	中ちゅう心しん に棒状ぼうじょうの構こう造ぞう	私わたしたちの 銀河系ぎんがけい
楕円銀河だえんぎんが (E)	楕円だえん形がた、 古ふるい星ほし、 ガス少しょう	M87
不規則銀河ふきそくぎんが (Irr)	形かたちが整ととのわない	大だいマゼラン雲くも・小しょうマゼラン雲くも
活動銀河かつどうぎんが	中心ちゅうしんが異常いじょうに明あかるい	クェーサー

銀河ぎんがの集あつまり

階かい層そう	例れい
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 + 約やく 50 銀河ぎんが
銀河団ぎんがだん	数すう百ひゃく-数すう千せん 銀河ぎんが の集あつまり (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 の集あつまり
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) が網目あみめ状じょう

7. 宇宙うちゅう論ろん (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 年ねん、 アメリカの天てん文もん学者がくしゃ ハッブル は 「遠とおい 銀河ぎんが ほど速はやく遠とおざかっている」 ことを発はっ見けん しました。

公こう式しき	意味いみ
v = H₀ × d	v: 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 ≒ 約やく 70 km/s/Mpc	(近年きんねんの値ね、 観かん測そく法でやや異ことなる)

宇宙うちゅう膨張ぼうちょう

「遠とおいほど速はやく遠とおざかる」 を過去かこにさかのぼると、 「すべてが 1 点てんに集あつまっていた」 という結けつ論ろん に至いたります。 これが ビッグバンびっぐばん宇う宙ちゅう論ろん です。

ポイント: 銀河ぎんが そのものが動うごいているのではなく、 空間くうかん そのものが膨ふくらんでいる イメージです。 風ふう船せん の表ひょう面めん に描えがいた点てんが風船ふうせんを膨ふくらますと互たがいに遠とおざかるのと同おなじです。

宇宙うちゅうの年齢ねんれいと大おおきさ

項こう目もく	値ね
宇う宙ちゅう の年ねん齢れい	約やく 138 億おく年ねん
観かん測そく可か能のう な宇う宙ちゅう の半はん径けい	約やく 465 億光年こうねん

ビッグバンの証拠しょうこ

証しょう拠こ	内ない容よう
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)	約やく 3 K の 電磁波でんじは、 ビッグバンびっぐばん の名残なごり (ペンジアス・ウィルソン 1965)
元素げんそ存在そんざい比ひ	宇う宙ちゅう の 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計けい算さん と一致いっち
銀河ぎんが の形成けいせい史し	遠とおい (= 古ふるい) 銀河ぎんがほど形かたちが未み成熟せいじゅく

宇宙うちゅうの進化しんか史し

時じ期き	出来事できごと
0 秒びょう	ビッグバンびっぐばん
10⁻³⁵ 秒びょう	インフレーションいんふれーしょん (急激きゅうげきな膨張ぼうちょう)
3 分ぶん	水素すいそ・ヘリウムへりうむ の元素げんそ合成ごうせい
約やく 38 万まん年ねん	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)
約やく 1-3 億おく年ねん	最初さいしょの 恒星こうせい・銀河ぎんが
約やく 92 億おく年ねん	太陽系たいようけい形成けいせい
約やく 138 億おく年ねん	現在げんざい

暗黒あんこく物質ぶっしつと暗黒あんこくエネルギー

宇宙うちゅう の構こう成せい (現代げんだいの推すい定てい):

構こう成せい	割合わりあい
暗黒エネルギーあんこくえねるぎー	約やく 68 % (宇う宙ちゅう膨ぼう張ちょう を加速かそく)
暗黒物質あんこくぶっしつ	約やく 27 % (重力じゅうりょく で銀河ぎんがをまとめる)
通常つうじょうの物質ぶっしつ (原子げんし)	約やく 5 %

大事だいじ: 私わたしたちが 「物質ぶっしつ」 と呼よんでいるもの (星ぼし・人間にんげん・地ち球きゅう) は宇う宙ちゅう の わずか 5 % で、 残のこり 95 % はまだその正体しょうたいがわかっていません。 21 世紀せいき物ぶつ理り学がくの最大さいだいの謎なぞです。

8. 星空ほしぞら観察かんさつの安全あんぜん配慮はいりょ

場ば面めん	注ちゅう意い
観かん察さつ場ば所しょ の選定せんてい	街灯がいとうが少すくない場ば所しょ、 私し有ゆう地ちへの無む断だん立たち入いり禁きん止し
山やまでの観かん察さつ	防ぼう寒かん装備そうび、 熊くま鈴すず、 大人おとな同行どうこう、 携けい帯たい 電話でんわ とモバイルバッテリー
移い動どう中ちゅうの暗くらがり	赤色あかいろ LED ライト (暗順応くらじゅんのう を保たもつ)、 段差だんさ・蛇へび注ちゅう意い
天候てんこう急変きゅうへん	落雷らくらい・豪雨ごうう の兆ちょう候こう で即そく撤収てっしゅう
望遠鏡ぼうえんきょう の設置せっち	平たいらな地じ面めん、 通行人つうこうにんを遮さえぎらない
カメラ・スマホ	落おとさない、 防ぼう湿しつ対策たいさく
夜や間かん運転うんてん	観かん察さつ後の帰路きろは居眠いねむり注ちゅう意い、 仮か眠みん を取とる

9. ふりかえり

• [ ]等級とうきゅう (5 等級とうきゅう差さ = 100 倍ばい) 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 の違ちがいが言いえる
• [ ]年周視差ねんしゅうしさ から距きょ離り を求もとめる関係かんけい (距きょ離り = 1 / 視差しさ) を知しっている
• [ ]スペクトル型すぺくとるがた (OBAFGKM) と 太陽たいよう が G 型かたであることを言いえる
• [ ]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・青色超巨星あおいろちょうきょせい) が言いえる
• [ ]重おもい星ほしほど短命たんめいという関かん係けい が説せつ明めい できる
• [ ]星ぼしの一生いっしょう (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) が言いえる
• [ ]鉄てつ より重おもい 元素げんそ は 超新星ちょうしんせい や 中性子星合体ちゅうせいしせいがったい でできたと知しっている
• [ ]銀河系ぎんがけい の構こう造ぞう (円えん盤ばん・バルジ・ハロー・中ちゅう心しん) と 太陽たいよう の位い置ち が言いえる
• [ ]銀河ぎんがの種しゅ類るい (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) が言いえる
• [ ]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 を説せつ明めい できる
• [ ]ビッグバンびっぐばん の証しょう拠こ (CMB・元素げんそ比) を言いえる
• [ ]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 が宇う宙ちゅう の 95 % を占しめると知しっている

この章しょうの安全あんぜん配慮はいりょ

• 星空ほしぞら観かん察さつ は 大人おとな同行どうこう + 防ぼう寒かん + 携けい帯たい 電話でんわ
• 山やまでの観かん察さつ は熊くま鈴すず・気き象しょう急変きゅうへんへの備そなえ
• 街灯がいとうの少すくない道みちでは反射はんしゃ材ざい・赤色あかいろ LED ライトを使つかう
• 望ぼう遠えん鏡きょう で 太たい陽よう を見みない (前章ぜんしょうのルールを守まもる)
• 観かん察さつ後の自動車じどうしゃ帰路きろは居眠いねむり防ぼう止し (仮か眠みん・交こう代たい運転うんてん)

次じの章しょう: 第だい 10 章しょう (最終さいしゅう章しょう) では 地球ちきゅう の歴れき史し と 災害さいがい を学まなびます。 これまで学まなんだ 岩石がんせき・化石かせき・気候きこう・宇宙うちゅう の知ち識しき を統合とうごうし、 「46 億おく年ねんの物もの語がたり」 と 「私わたしたちが直面ちょくめんする自し然ぜん 災害さいがい」 をともに考えかんがえます。