第16章太陽――核エネルギーの源The Sun: A Nuclear Powerhouse

Scientists use the principles we have just described to calculate what the Sun’s interior is like. These physical ideas are expressed as mathematical equations that are solved to determine the values of temperature, pressure, density, the efficiency with which photons are absorbed, and other physical quantities throughout the Sun. The solutions obtained, based on a specific set of physical assumptions, provide a theoretical model for the interior of the Sun.

科学者は、今説明した原理を使い、太陽の内部がどのようになっているかを計算する。これらの物理的な考えを数学の方程式で表し、それを解いて、太陽全体の温度、圧力、密度、光子の吸収されやすさ、その他の物理量を求める。特定の物理的仮定の組に基づいて得られた解が、太陽内部の理論モデルとなる。

Figure 16.15 schematically illustrates the predictions of a theoretical model for the Sun’s interior. Energy is generated through fusion in the core of the Sun, which extends only about one-quarter of the way to the surface but contains about one-third of the total mass of the Sun. At the center, the temperature reaches a maximum of approximately 15 million K, and the density is nearly 150 times that of water. The energy generated in the core is transported toward the surface by radiation until it reaches a point about 70% of the distance from the center to the surface. At this point, convection begins, and energy is transported the rest of the way, primarily by rising columns of hot gas.

図16.15は、太陽内部の理論モデルの予測を模式的に示す。エネルギーは中心核の核融合によって作られる。中心核が広がるのは表面までの距離の約4分の1にすぎないが、太陽の全質量の約3分の1が含まれる。中心では温度が最高の約1,500万Kに達し、密度は水の約150倍である。中心核で生じたエネルギーは、中心から表面までの距離の約70%の地点まで、放射によって外へ運ばれる。そこから対流が始まり、残りの道のりでは主に、高温のガスの柱が上昇することによって運ばれる。

Figure 16.16 shows how the temperature, density, rate of energy generation, and composition vary from the center of the Sun to its surface.

図16.16は、太陽の中心から表面まで、温度、密度、エネルギー生成率、組成がどのように変化するかを示す。

Even though we cannot see inside the Sun, it is possible to calculate what its interior must be like. As input for these calculations, we use what we know about the Sun. It is made entirely of hot gas. Apart from some very tiny changes, the Sun is neither expanding nor contracting (it is in hydrostatic equilibrium) and puts out energy at a constant rate. Fusion of hydrogen occurs in the center of the Sun, and the energy generated is carried to the surface by radiation and then convection. A solar model describes the structure of the Sun’s interior. Specifically, it describes how pressure, temperature, mass, and luminosity depend on the distance from the center of the Sun.

太陽の中は見えなくても、内部がどのようになっているはずかを計算することはできる。その計算への入力には、太陽についてわかっていることを使う。太陽はすべて高温の気体からなり、ごくわずかな変化を除けば、膨張も収縮もしていない。すなわち静水圧平衡にあり、一定の割合でエネルギーを放出している。中心で水素の核融合が起こり、作られたエネルギーは放射、それから対流によって表面へ運ばれる。太陽モデルは内部の構造を記述する。具体的には、圧力、温度、質量、光度が、中心からの距離によってどう変わるかを表す。