太陽は表面だけが燃えている

 
誰もが知っている太陽。

あることを調べていたら、太陽に辿り着きました。
そう、核融合。

まぁ、私は原子核の存在を否定しているんで、核融合という言葉もおかしいんですが。
ややこしいので、この核融合という言葉をこのまま使います。


太陽は、こんな構造をしています。
というか、そう信じられている。

そして、中心へ行くほど高温、高圧になっている。
2500億気圧、温度が1500万Kだとか。

本当ですかね??
高温高圧なのは否定しませんが、この圧力と温度。

ここで核融合反応が起こっていると、信じられているんですが…。
ウィキペディアの内容を引用します。

太陽 (ウィキペディアより)
太陽の構造

太陽の構造
1. 太陽核 2. 放射層 3. 対流層 4. 光球 5. 彩層 6. コロナ
7. 太陽黒点 8. 粒状斑 9. 紅炎

中心核
詳細は「太陽核」を参照

太陽の中心には半径10万kmの核(中心核)があり、これは太陽半径の0.2倍に相当する。密度が1.56 ×105 kg/m3(およそ水の150倍)であり、このため太陽全体の2%ほどの体積の中に約50%の質量が詰まった状態になっている。その環境は2500億気圧、温度が1500万Kに達するため物質は固体や液体ではなく理想気体的な性質を持つ、結合が比較的低い量子論的な縮退したプラズマ(電離気体)状態にある。

太陽が発する光のエネルギーは、この中心核においてつくられる。ここでは熱核融合によって物質からエネルギーを取り出す熱核融合反応が起こり、水素がヘリウムに変換されている。1秒当たりでは約3.6 ×1038 個の陽子(水素原子核)がヘリウム原子核に変化しており、これによって1秒間に430万トンの質量が3.8 ×1026 Jのエネルギー (TNT火薬換算で9.1 ×1016 トンに相当する)に変換されている。このエネルギーの大部分はガンマ線に変わり、一部がニュートリノに変わる。ガンマ線は周囲のプラズマと衝突・吸収・屈折・再放射などの相互作用を起こしながら次第に「穏やかな」電磁波に変換され、数十万年かけて太陽表面にまで達し、宇宙空間に放出される[24]。一方、ニュートリノは物質との反応率が非常に低いため、太陽内部で物質と相互作用することなく宇宙空間に放出される。それ故、太陽ニュートリノの観測は、現在の太陽中心部での熱核融合反応を知る有効な手段となっている。

放射層
詳細は「放射層」を参照

太陽半径の0.2倍から0.7倍まで、中心核を厚さ40万kmで覆う層では、放射(輻射)による熱輸送を妨げる程には物質の不透明度が大きくない。したがって、この領域では対流は起こらず、輻射による熱輸送によって中心核で生じたエネルギーが外側へ運ばれている。放射層をエネルギーが通過するには長い時間がかかり、近年の研究では約17万年が必要とも言われる。

対流層
詳細は「対流層」を参照

0.7太陽半径から1太陽半径まで、厚さにして20万kmの層では、ベナール対流現象でエネルギーが外層へ伝わる。ここでは微量イオンが原因となって不透明度が増し、輻射によるエネルギー輸送よりも効率が高い対流による熱伝導を行う。

光球
詳細は「光球」を参照

光球とは、可視光を放出する、太陽の見かけの縁を形成する層である。光球より下の層では密度が急上昇するため電磁波に対して不透明になり、上の層では太陽光は散乱されることなく宇宙空間を直進するためこのように見える。厚さ約300km - 600kmと薄い。

光球表面から放射される太陽光のスペクトルは約5,800Kの黒体放射に近く、これに太陽大気の物質による約600本もの吸収線(フラウンホーファー線)が多数乗っている。比較的温度が低いため水素は原子状態となり、これに電子が付着した負水素イオンになる。これが対流層からのエネルギーを吸収し、可視光を含む光の放射を行う。光球の粒子密度は約1023 個/m3である。これは地球大気の海面上での密度の約1%に相当する。光球よりも上の部分を総称して太陽大気と呼ぶ。太陽大気は電波から可視光線、ガンマ線に至る様々な波長の電磁波で観測可能である。

光球の表面には、太陽大気ガスの対流運動がもたらす湧き上がる渦がつくる粒状斑・超粒状斑や、しばしば黒点と呼ばれる暗い斑点状や白斑という明るい模様が観察できる。黒点部分の温度は約4,000K、中心部分は約3,200Kと相対的に低いために黒く見える。また、スペクトル解析からこの黒点部分には水分子が観測された

彩層
詳細は「彩層」を参照

光球表面の上には厚さ約2,000kmの密度が薄く温度が約7000 - 10000Kのプラズマ大気層があり、この層から来る光には様々な輝線や吸収線が見られる。この領域を彩層と呼ぶ。皆既日食の始まりと終わりには紅色の彩層を見ることができる。この彩層ではさまざまな活発な太陽活動が観察できる。

コロナ
詳細は「コロナ」を参照

彩層のさらに外側にはコロナと呼ばれる約200万度のプラズマ大気層があり、太陽半径の10倍以上の距離まで広がっている。彩層とコロナの間には還移層と呼ばれる薄い層があり、これを境界に温度や密度が急激に変化する

コロナからは太陽引力から逃れたプラズマの流れである太陽風が出ており、太陽系と太陽圏 (heliosphere) を満たしている。コロナの太陽表面に近い低層部分では、粒子の密度は 1011 個/m3程度である。自由電子が光球の光を乱反射するが、輝度は光球の1/100万と低いため普段は見えないが、皆既日食の際に白いリング状(またはアーチ状とも表現できる)に輝くコロナが観察できる。

かつてコロナのスペクトル線を分析した際に、既知の元素に見られないスペクトルが発見されたため、地上に存在しない元素「コロニウム」が提唱されたことがある。しかしこれはコロナの温度がもっと低温と考えられていたためであり、このスペクトルは一般的な元素が高階電離状態で発するものであった。例えば最も強い波長530.3nmの緑線は13階電離(軌道電子を13個失った)鉄元素と判明した。

コロナの領域では、X線が観測されない領域が発生することがある。これは「コロナホール」と呼ばれ、磁力線が宇宙空間に向けて開いている箇所であり、ここはコロナガスが希薄で太陽風を発生させる原因のひとつである。




中心部では、2500億気圧、温度が1500万K
一方で、その表面温度は、約6000℃。

ずいぶん差がありますね。


ところで皆さん、ご存知でしょうか?
太陽の謎。

1つめは、コロナの温度の問題。

表面温度が6000℃なのに、太陽を取り囲むコロナは約200万℃
中心部から離れているのに、逆に温度が飛躍的に高くなっている。

これについては説明不能。

2つめは、ニュートリノの問題。
実際の測定値は、理論から計算される値よりもずっと低い。

(少々表現は荒っぽいが)理論に合うよう測定し直した。
それで、一応解決したことになっています。

太陽の謎 (ウィキペディアより)

コロナ加熱問題

太陽の表面温度は約6,000度であるのに対し、太陽を取り囲むコロナは約200万度という超高温であることが分かっているが、それをもたらす要因は太陽最大の謎とされた。1960年代までは太陽の対流運動で生じた音波が衝撃波へ成長し、これが熱エネルギーへ変換されてコロナを加熱するという「音波加熱説」が主流の考えだった。

1970年代からスカイラブ計画を通じてコロナのX線観測が行われたところ、コロナの形状は太陽の磁場がつくるループに影響を受けていることが判明し、ここから太陽磁場の影響による加熱が提唱された。しかし他にも磁場に伴うアルベーン波説や、フレアによる加熱説などもあり、結論には至っていない

太陽ニュートリノ問題

太陽内部の核融合反応に伴って、太陽からはニュートリノが常時放出されている。これは可視光で調査不能な太陽内部を直接知る手段として注目された。標準太陽モデルで求められた陽子-陽子連鎖反応による太陽ニュートリノは、以下の4種類が想定された。

(反応式は省略します)

太陽ニュートリノ観測は1960年代にアメリカ、1985年から日本でそれぞれ行われたが、その結果は、恒星内部の核反応の理論から予測される値の半分程度しかないことが分かった。その後行われた高精度が期待される手法による観測でも理論値よりも測定値が低い結果が再現された。複数の観測法で同じ傾向の結果が出たために、方法的欠陥とは考えられなくなった

1990年代に複数の仮説が提案された。ひとつは素粒子物理学におけるニュートリノ振動が影響するというものであった。ニュートリノが質量を持つと仮定すると、そのフレーバー(電子型、ミュー型、タウ型)が宇宙空間を飛来する間に変化する可能性があり、過去の電子型ニュートリノのみを測定する手法では太陽ニュートリノが減衰したように見えるというものだった。他にも標準太陽モデルにおけるニュートリノ発生比率への疑問も呈され、過去の実験では高エネルギーのボロン・ニュートリノを捉えやすい性質があったため、仮に太陽中心の温度が想定よりも低いとするとp-pIII反応の比率は低くなり、結果として太陽ニュートリノの観測値が低くなるという考えが提案された。他にも「太陽では核反応が起こっていない」という極端な説が飛び出る中、新たな観測方法が求められた。

21世紀に入り稼動したスーパーカミオカンデは、同時期に開始されたカナダの観測法よりも比較的電子型以外のニュートリノも捉えることが可能だった。太陽ニュートリノを観測した結果は、理論値よりも低いながらもスーパーカミオカンデの実測値はカナダのそれを上回り、太陽ニュートリノ問題はフレーバーの変化という説で決着した。スーパーカミオカンデは別な観測でニュートリノ振動を実証し、これを受けて「太陽ニュートリノ問題」提唱者レイモンド・デイビスとカミオカンデ実験を主導した小柴昌俊は2002年度のノーベル賞を授与された。




太陽のコロナだとかフレアだとか、今まであまり考えたことはなかったですが。
太陽表面の現象ですね。

表面温度よりも、高層の方が温度が高い。

あらためて考えてみると、これは私としては、至極当たり前の話ですね。
高層だから、核融合反応が進むのです。

何故なら、そこは真空だから。
急激に圧力が下がるからです。

コロナ (ウィキペディアより)

コロナ (Corona) とは、太陽の周りに見える自由電子の散乱光のこと。「太陽コロナ」との呼び方もある。

(太陽)コロナはプラズマの一種であるが、コロナという言葉は2,000年以上前から、冠の代名詞として使われてきて、クラウンという言葉につながった。

太陽表面が6000度程度であるのに対しコロナは100万度以上と非常に高温である。高度500kmあたりから温度が上昇し始め、高度2000kmを境に1万度から100万度まで急激に上昇する。なぜ温度が上昇するかは、太陽表面の運動によりひき起こされた波(アルヴェン波)が衝撃波となって温度を上げているという説や、コロナ中の小さな爆発現象が温度を上げているなど諸説あるが、どのような仕組みでコロナが発生するのかは現在でも解明されていない

皆既日食の際には肉眼で見ることができる。専用の望遠鏡(コロナグラフ)を使えば、常時観測することができる。ただし、コロナは100万度以上の温度であるため、光領域よりはX線領域での放射の方が多い。大気がX線を吸収してしまうので、コロナの観測には宇宙空間の方が適している。

近年では、太陽以外の星にも同様の光冠があることが分かっている。




高温・高圧下の状態から、急激に圧力を抜く。
自己着火曲線です。
②から③に進むときに、自己着火反応が起こる。

自己着火曲線

これは化学反応に限らず、核融合反応でも同様でしょう。

以前も説明したことがありますが。
例えるならば、(満員)電車です。

車内が空いているときは、人間は自由に動けるので、乗客同士はぶつからない。
車内が混んでいるときは、乗客同士はぶつかっているが、人間は自由に動けない。

この人間の動きが温度(熱)であり、車内空間での人間の密度(混み具合)が圧力である。

反応が進むのは、激しくぶつかりながらも、自由に動ける時である。
でも普段は、これらは両立しないのである。

だから、大きな事故は起こらない。
せいぜい、肩と肩がぶつかったり、足を踏まれるくらいである。

だが両立するときがある。
それは、満員状態で着いた駅で、ドアが開き一気に開放された時である。

このとき、激しくぶつかりながら、降りることになる(自由に動く)。

ここで誰かが躓きでもすると、将棋倒しになって大きな事故となる。
反応の連鎖である。

下敷きになった人は、骨折したり、捻挫したり、あるいは打ちどころが悪ければ、亡くなるかもしれない。

高温高圧な状態そのものよりも、そこから開放された時が、いちばん反応が連鎖することが分かろう。
これは化学反応であろうと、核融合反応であろうと、原理は同じはずである。



さて、コロナとかフレアとか。
高層の方が温度が高い理由は、こういうためです。

高層の方が核融合反応が進んでいる。
こういうことですね。

現代科学は、この基本的な現象が理解できていないようですね。

逆に言えば、中心部は重力により高温高圧下には曝されているものの、核融合反応はあまり起きていないということです。
だから、ニュートリノの測定値が少ないんです。

そもそも理論が、根本から違っている。
測定値が理論に合わないのは、測定値が悪いのではなく、理論が違っているからです。

たしかに中心部は重力により高温高圧になっているだろうけれど、今まで信じられているような温度ではないでしょう。
核融合反応は起きていない。

だいいち、中心部で起きていたら、大爆発して太陽が崩壊しそうな気もします。

爆発力と重力のバランスですが、一般的には、爆発力の方がはるかに勝るものです。
あれだけ大きくても、太陽表面での重力は、地球上の28倍に過ぎませんし。

黒点の温度が低いのも、根っこは同じです。

黒点は、太陽表面のくぼみ。
より中心部に近いから、温度が低い。

ごく当たり前の結果として、答えが出てきます。



要するに、モデルが違うんですね。
太陽が燃えているのは、その表面だけ。

違うモデルからできた理論だから、現実との乖離を解決できないんです。
原子のモデルと同じですね。

これから派生することについて、何か思いついたら、また記事にします。

  
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