太陽――すべての軌道と生命が始まる中心
太陽がなければ、惑星は今の軌道を回れず、地球も今のように多様な生命を育むことはできない。太陽の重力は惑星、小惑星、彗星を一つの秩序あるまとまりにつなぎ止め、太陽が放つエネルギーと粒子は太陽系のさまざまな環境を絶えず変えている。毎日空に見える明るい円は、私たちが暮らす太陽系の形と生命に必要な条件をつくる中心の恒星だ。
太陽は水素とヘリウムからなる約46億歳の恒星で、自らの重力が巨大なプラズマをつなぎ止めている。太陽系全体の質量の約99.8%が太陽に集まっているため、惑星の軌道を支配し、中心部の圧力と温度を高く保って何十億年も輝き続けられる。約50億年後、中心部の水素を使い果たすと、太陽は赤色巨星へ膨らんで水星と金星をのみ込む。地球はそれより前に生命が暮らせない環境になり、最後には太陽にのみ込まれる可能性もある。その後、太陽は外層を宇宙へ放出して白色矮星となり、生き残った外側の惑星は広がった軌道で冷えていく残骸の周りを回る。
- 約1,500万°C 水素が結びついてエネルギーを生む太陽中心部の温度
- 約17万年 中心のエネルギーが放射層を通って外側へ届くまでの時間
- 約5,500°C 太陽の表面のように見える光球の温度
- 最大数百万°C 太陽の外側の大気であるコロナが達する温度
太陽の中心で生まれたエネルギーは、どうやって外へ進むのか
中心部では水素の原子核が結びついてヘリウムになり、ごく小さな質量の差がエネルギーに変わる。ただし、そのエネルギーが一つの光子に入って表面までまっすぐ飛ぶわけではない。放射層では光が粒子とぶつかり、方向とエネルギーを何度も変える。「約17万年」は一つの光が移動した時間ではなく、中心のエネルギーがいくつもの層を通って外側へ届くまでの時間だ。
さらに外側の対流層では、熱いプラズマが上がり、冷えた物質が下がる。光球に見える米粒のような模様は、この大きな動きが表面に残した跡だ。表面と呼ばれる光球も、固い殻ではない。ある深さより下ではプラズマが不透明になって光が抜けにくくなるため、そこが見える境界になっている。
太陽光は中心から表面まで一気に届くわけではない。エネルギーが物質の間を何度も移った末に、ようやく宇宙へ出てくる。
太陽の活動は、なぜ約11年ごとに変わるのか
太陽は電気を帯びたプラズマでできており、その回転と内部の流れが磁場を生む。赤道と高緯度では回る速さが違い、内部の流れが磁力線をねじって巻きつける。約11年の周期で黒点や爆発活動が増えたり減ったりし、磁気的な北極と南極の向きも入れ替わる。周期の長さと活動の強さは毎回同じではない。
黒点は穴ではない。強い磁場が対流を抑えるため、周囲より温度が低く、暗く見える場所だ。ねじれた磁場がつなぎ直されると、フレアやコロナ質量放出がエネルギーと物質を宇宙へ送り出すことがある。粒子と磁場の変化が地球に届くとオーロラを生むが、強い場合は衛星の電子機器、通信、送電網、宇宙飛行士が受ける放射線にも影響する。
太陽の活動は約11年ごとに強くなったり弱くなったりするが、毎回同じ時期と強さで繰り返すわけではない。黒点は太陽の状態を知る手がかりの一つにすぎず、爆発が向かう方向や磁場の形も一緒に見る必要がある。
表面より熱い大気
目に見える太陽の表面である光球の上には、彩層、遷移領域、コロナが順に続く。熱源から遠ざかれば冷えそうだが、太陽の大気では逆のことが起きる。コロナでは温度が再び上がり、数百万度に達する。コロナはとても薄いが、粒子は高速で動き、磁場の動きがエネルギーを加えていると考えられている。ただし、コロナが正確にどのように熱くなるのかは、まだ研究中だ。
コロナの一部の粒子は太陽の重力を振り切り、太陽風となって宇宙へ広がる。太陽風には速い流れと遅い流れがあり、遠くへ進むほど混ざり合って、出発時の特徴が分かりにくくなる。そのため科学者は太陽の近くまで行き、太陽風がどこで生まれ、どのように速くなるのかを調べている。
- 核融合 中心部で水素がヘリウムに変わり、エネルギーが生まれる。
- 放射と対流 密度の高い内部でエネルギーが受け渡され、熱いプラズマが表面へ上がる。
- 磁気大気 光球の上でねじれた磁場がコロナを熱し、ときには激しくつなぎ直される。
- 太陽風 流れ出したプラズマと磁場が惑星の外まで広がり、太陽圏をつくる。
パーカー・ソーラー・プローブは太陽にどこまで近づいたのか
2018年に打ち上げられたパーカー・ソーラー・プローブは、金星の重力を利用して軌道を少しずつ太陽へ近づけた。2021年には、太陽にとどまる物質と外へ逃げる物質の境界であるアルヴェーン臨界面を越え、コロナを直接通過した。観測によって、この境界は滑らかな球ではなくでこぼこしており、一度の接近で何度も出入りできることが分かった。
2024年12月、パーカー・ソーラー・プローブは太陽の表面から約610万キロメートルの場所まで近づいた。太陽に着陸したり、内部へ入ったりしたわけではない。強い熱を防ぐシールドの後ろで、磁場、プラズマ、高エネルギー粒子を測り、太陽風を撮影した。これにより科学者は、太陽を遠くから眺めるだけでなく、最も近い恒星で何が起きているのかを現場で調べられるようになった。