太陽・地球の誕生と終焉

太陽・地球の誕生と終焉

・太陽（ Sun）は、銀河系（天の川銀河）の恒星の一つである。地球を含む太陽系の物理的中心であり、太陽系の全質量の99.8%を占め、太陽系の全天体に重力の影響を与える。太陽は属している銀河系の中ではありふれた主系列星の一つで、スペクトル型はG2V（金色）である。

太陽のように自ら光を出して輝いている恒星は、その明るさと色から寿命を推測できる。それによると、太陽の寿命はおおよそ100億年である。今から138億年前の宇宙の誕生後、太陽系が誕生したのは今から46億年前である。現在では中心部に存在する水素の50%程度を熱核融合で使用し、主系列星として存在できる期間の半分を経過しているものと考えられている。つまりあと50億年程度は輝き続けることになる。なお、内部の状態については未解明な部分が多く、いわゆる「標準太陽モデル」によって求められているのが現状である。 

・太陽誕生から現在まで、そして太陽の未来

（参考：WEB Rekisiru 宇宙史（保存版）宇宙誕生から現代までの世界史を年表＆時系列でやさしく解説）

星というのは基本的に、宇宙空間をさまよっている星間物質が集まって誕生する。全ての物質には重力があるが、この星間物質も同じように重力を持っている。

宇宙空間をさまよっている星間物質同士が、お互いの重力によって惹かれ合い、だんだんと大きくなって出来たものが「原始星」という初期段階の星である。太陽も星間物質の集まりで、今から46億年前に「原始星」となって誕生した。さらに太陽が宇宙の様々なガスが集合して誕生したのをきっかけとして太陽系ができ、地球で生命が生まれた。

・誕生後、約1000万年程かけて原始星はTタウリ型星に進化していく。45億9000万年前、太陽はTタウリ型星になる。

Tタウリ型星は原始星と違い、恒星の進化や惑星の形成によって変光するのが特徴的である。また原始星の段階では、太陽はまだ周囲を星間物質に覆われており、内部構造も不安定な状態であるが、Tタウリ型星になると周囲の星間物質も少なくなっていく。

現在の太陽は核融合反応によって輝いているが、この頃の太陽は重力収縮による重力エネルギーで輝いていた。

・そして45億年前 主系列星になる
太陽は誕生から1億年ほどたつと、重力エネルギーによって中心部がだんだんと温められていき、星間物質である水素も密度が増していく。この段階に入ると太陽は核融合反応によって、大きく光輝きだす。

この状態の星は主系列星と呼ばれており、現在の太陽を含む多くの恒星が主系列星に属する。このころの太陽は活動が活発で、太陽風が強く吹いていた。太陽はこの太陽風で周囲のガスなどの星間物質を吹き飛ばし、残ったのが地球を含む太陽系の惑星だといわれている。

・現在 光度を増し続ける
主系列星となった太陽は、徐々に光度を増し続け現在のような姿となった。主系列星となった時と比べると現在は30％ほど明るさを増したといわれている。今後も太陽は徐々に明るさを増し続け、太陽の寿命が近づくにつれ、現在より最大2倍の明るさになる。太陽の主成分である水素が尽きてしまうと、水素の核融合によってできたヘリウムが、新たな核融合を起こし始める。その結果、太陽は徐々に巨大化していく。

現在の太陽は直径1,392,700 kmといわれているが、寿命が近づくにつれて地球を飲み込んでしまうほどの大きさになる。

・太陽の未来
太陽の寿命は約100億年と言われているので、残り50億年ほどで最期を迎えることになる。終焉の状態は恒星の質量によって種々様々である。

質量の大きい恒星が、寿命を迎えたときに超新星爆発を起こす。超新星爆発が発生すると、強烈なガンマ線が周囲に一斉に放たれ、半径5光年以内の惑星の生命体は絶滅する。

しかし、太陽は質量が小さいので寿命を迎えても超新星爆発を起こすことはない。太陽は寿命が近づくと赤色巨星といわれる大きな星となり、ガスを放出する。

その後もしばらくは輝き続ける。しかし、そのガスが無くなった後は次第にその輝きは失われ、冷えて縮んでしまい、小さな星になり果てる。つまり白色矮星（わいせい）となり徐々に冷えて光も失われて消えていく。

　　

宇宙から見た夜の地球：DMSP衛星による地球の夜景データ

・太陽が寿命を迎えると地球はどうなるのか？
前に述べたように太陽が寿命を迎える赤色巨星の段階では、太陽の大きさは水星、金星、さらに地球を飲み込むほど大きくなってしまう。

そのため太陽が寿命を迎えると、自動的に地球も寿命を迎える。つまり太陽が寿命を迎える前に、地球は太陽に飲み込まれ、終焉を迎えるというシナリオが予想される。

・地球はいつ滅びるか？　これまで多くの議論がある

①50億年後に太陽が膨張して爆発するため、そのとき地球も一緒になくなる。

②太陽が白色矮星となり徐々に冷えて、光も次第にその輝きは失われ、冷えて縮んでしまい、小さな星になり果てる。このて消えていく段階で、地球の温度も下がり、寒冷化していく。生物が住める環境ではなくなり、全ての生命が絶滅する。

③今から10億年後には、太陽の膨張につれて、太陽が地球に近づいてきた段階で、太陽の熱で地球の温度が上昇するため、地球の海は蒸発し、地表は焼き尽くされ、残っていた大気も過熱されることで、やがて消えて無くなってしまう。生物が住める環境ではなくなり、全ての生命が絶滅し、人類も滅亡する。

また、たとえ周囲に残った火星などの惑星も、1000兆年に1回の確率で近づいてくる恒星の影響により、弾き飛ばされ、ついに太陽系は解体されるとも考えられている。

④これらは今の段階では人間にはどうすることもできないが、将来科学技術の飛躍的な進展により、人類は外の惑星に移り住んでいるかもしれない。

 さらに現実では、人間の活動による地球温暖化問題がある。近未来、50年後や100年後に地球がどうなっているか？

・補足：太陽誕生の過程について述べたが、太陽に関する知識は、他の星の情報を元にした推測でしかなく、まだまだ謎が多い星である。宇宙の星々は非常に謎が多いが、その分進化の過程は複雑で神秘的で面白い。将来、科学技術の進展によって、今後更に太陽を含む宇宙の星々の謎は解明されていくであろう。

・（参考）赤色巨星段階（From Wikipedia)

現在の太陽 (主系列星段階) の大きさと赤色巨星段階の太陽の大きさの比較を考える。
太陽の中心核における水素の融合が終わり、中心核の殻の周囲の水素が融合され始めると、中心核は収縮を始め、一方で中心核より外側の層は膨張していく。その後の10億年間、太陽光度は絶え間なく増加していき、太陽が121億6700万歳になった時点での光度は、現在の光度の2730倍にも達する。この頃には地球の大気のほとんどが宇宙空間に散逸している。地球表面には溶岩の海が広がり、そのなかを金属・金属酸化物の大陸と耐火物の塊が漂っており、地表の温度は2400 K を超える。一方、赤色巨星になった太陽の質量は、太陽風によって急激に失われていく。太陽風は太陽の質量の約33％を流出させると予想される。太陽質量の減少は重力的な影響を弱め、太陽系の惑星が描く公転軌道は大きくなる。地球の軌道半径は最大で、現在の値の150パーセントまで増加する。 

赤色巨星に向かう太陽の膨張は、その最終期においてもっとも激しくなる。太陽がおよそ120億歳になったとき、水星と金星は膨張する太陽に飲み込まれる可能性が高い。その時点での太陽の半径は最大1.2 AU (180,000,000 km)に達する。地球と太陽の外圏大気の間には潮汐作用が発生し、地球の公転軌道半径は減少する。太陽の彩層からの引力も軌道半径の減少に寄与する。これらの作用が太陽質量の変化による重力の減少を相殺するため、地球は太陽に飲み込まれていく可能性が高い。 

地球の軌道が減衰され、地球が太陽に接近していくと、アブレーションと蒸発作用により地殻とマントルは失われる。その場合、最大でも200年ほどで地球は最終的に破壊されることになる。地球が消滅した後、その唯一の名残として、太陽の金属量の極僅かな増加（0.01％）がもたらされる。