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太陽の構造と黒点

中心核・放射層・対流層・光球・彩層・コロナの順と特徴、黒点が周囲より低温で強い磁場をもつこと、黒点の移動から太陽の自転(緯度による周期の違い)がわかることについて正誤を判定できる

前提

説明

太陽は、中心から外側に向かって性質の異なるいくつもの層が重なったガスの球です。この技能を身につけると、中心核・放射層・対流層・光球・彩層・コロナの順番とそれぞれの特徴、黒点が周りより温度が低く強い磁場をもつ部分であること、黒点の動きから太陽の自転のようす(緯度によって自転周期が違うこと)がわかることについて、文の正誤を判定できるようになります。

なぜそうしてよいのか

太陽のエネルギーは中心で生まれます。中心核は約 (約 1600 万 K)という高温・高密度で、ここで水素がヘリウムに変わる核融合反応が起こり、莫大なエネルギーが生じます。このエネルギーは、まず放射層を光(電磁波)として少しずつ外へ運ばれ、その外側の対流層では、熱いガスが上昇し冷えたガスが下降する対流によって運ばれます。対流層の上端が、私たちが見ている太陽の表面である光球です。光球の温度は約 (約 6000 K)で、対流の名残として粒状斑とよばれる細かな模様が見られます。

光球の外側には大気があり、内側から彩層、その外にコロナが広がっています。彩層は約 1 万 K で、皆既日食のとき光球が月に隠されると赤く見えます。コロナはさらに外側の希薄なガスで、温度は 100 万 K 以上と光球よりはるかに高温です。内側の光球より外側のコロナの方が高温であることは、太陽の層構造のなかで特に注意すべき点です。

光球に見える黒い斑点が黒点です。黒点の温度は約 で、周りの光球(約 )より低温なので、相対的に暗く見えます(黒点自体が光を出していないわけではありません)。黒点には強い磁場があり、この磁場が下からの対流による熱の運び上げをさまたげるので、温度が低くなると考えられています。黒点を毎日観察すると、黒点は光球上を一定の向きに移動していきます。これは太陽が自転しているからです。さらに、赤道付近の黒点は約 25 日、高緯度の黒点は 30 日前後と、緯度によって 1 周にかかる日数が違い、赤道付近ほど速く自転していることがわかります。固体の球なら全体が同じ周期で回るはずなので、これは太陽がガスでできていることを示しています。また、黒点は太陽の縁に近づくと横に縮んで見えることから、太陽が球形であることもわかります。

手順

  1. 太陽の層を中心から順に並べる: 中心核 → 放射層 → 対流層 → 光球(表面)→ 彩層 → コロナ

  2. 各層の特徴を確認する: 中心核で核融合、放射層は放射でエネルギーを運び、対流層は対流で運ぶ。光球は約 で粒状斑が見える。彩層は約 1 万 K、コロナは 100 万 K 以上

  3. 黒点の性質を確認する: 光球より低温(約 )なので暗く見え、強い磁場をもつ

  4. 黒点の移動から自転を判断する: 黒点が移動するのは太陽の自転による。自転周期は赤道付近で約 25 日と短く、高緯度ほど長い。これは太陽がガスでできていることを示す

例題

太陽の構造と黒点について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

ア 太陽の大気のうち、コロナの温度は光球の温度よりも低い。
イ 黒点は周囲の光球より温度が低いために暗く見え、強い磁場をもっている。
ウ 黒点の移動を観察すると、太陽の自転周期はどの緯度でも同じであることがわかる。
エ 太陽の中心から外側へ順に、中心核・対流層・放射層・光球となっている。

例題の解答

手順 1: 層の順は中心核 → 放射層 → 対流層 → 光球である。エは放射層と対流層の順が逆なので誤り。

手順 2: コロナは 100 万 K 以上で、約 の光球よりはるかに高温である。アは誤り。

手順 3: 黒点は約 で周りの光球より低温なので暗く見え、強い磁場をもつ。イは正しい。

手順 4: 黒点の移動から、自転周期は赤道付近で短く高緯度ほど長いことがわかる。ウは誤り。

以上より、正しいものはイである。

答え:

イ

よくある誤り

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

この技能を使う問題

この技能の次に学べること