冬の夜空に見える 2 つの恒星 P, Q のスペクトル型を調べたところ、恒星 P は B 型、恒星 Q は M 型であった。この結果について述べた次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。
「恒星 P は恒星 Q に比べて表面温度が（ a ）、恒星 P は（ b ）色に見える。」
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 高く | 赤い |
| イ | 低く | 青白い |
| ウ | 高く | 青白い |
| エ | 低く | 赤い |
恒星の色・スペクトル型と表面温度
スペクトル型 O, B, A, F, G, K, M の順に表面温度が低くなることと、表面温度と色（青白〜赤）の対応、見かけの等級と絶対等級の違いについて正誤を判定できる
前提
- 太陽系の天体と銀河系 （中学理科 地学分野の用語と知識）
説明
恒星の色は、その表面温度を教えてくれる手がかりです。恒星はスペクトル（光を波長ごとに分けたもの）の特徴によって O, B, A, F, G, K, M の型に分けられ、この順に表面温度が低くなり、色は青白から赤へと変わります。また、恒星の明るさには、地球から見た明るさ（見かけの等級）と、本来の明るさ（絶対等級）の 2 通りの表し方があります。この技能では、これらの事柄について書かれた文の正誤を判定できるようにします。
なぜそうしてよいのか
ガスバーナーの炎や、熱した鉄を思い出してください。温度が低いうちは赤っぽく光り、温度が上がるにつれて黄色、白、青白っぽく見えるようになります。恒星も同じで、表面温度が高い恒星ほど青白く、低い恒星ほど赤く見えます。恒星をスペクトル型に分けると、O 型（青白・数万 K）、B 型（青白）、A 型（白）、F 型（黄白）、G 型（黄、太陽は約 6000 K の G 型）、K 型（橙）、M 型（赤・約 3000 K）の順に表面温度が低くなります。
明るさについては、見かけの等級は地球から見た明るさなので、本来の明るさだけでなく地球からの距離にも左右されます。近くにある暗い恒星が、遠くにある明るい恒星より明るく見えることもあります。そこで、すべての恒星を同じ距離（10 パーセク。パーセクは天文学で使う距離の単位で、約 3.26 光年）に置いたと仮定したときの等級を絶対等級と決め、本来の明るさを比べます。どちらの等級も、数値が小さいほど明るいことを表します。
手順
文がスペクトル型・表面温度・色・等級のどれについて述べているかを見分ける
スペクトル型の順序 O, B, A, F, G, K, M と、表面温度が「O が高く M が低い」向きであることに照らして判定する
色は「表面温度が高いほど青白く、低いほど赤い」に照らして判定する
等級は「見かけの等級は距離の影響を受ける、絶対等級は 10 パーセクに置いたときの等級」「数値が小さいほど明るい」に照らして判定する
誤りの選択肢は、向きの逆転・距離の値の取り違え・「必ず」などの言い過ぎがないかを確かめる
例題
恒星の表面温度・色・等級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 スペクトル型が M 型の恒星は、O 型の恒星より表面温度が高い。
イ 青白く見える恒星は、赤く見える恒星より表面温度が高い。
ウ 見かけの等級が小さい恒星ほど、必ず絶対等級も小さい。
エ 絶対等級は、恒星を地球から 1 パーセクの距離に置いたと仮定したときの等級である。
例題の解答
手順 1・2: アはスペクトル型と表面温度の文。O, B, A, F, G, K, M の順に表面温度は低くなるので、M 型は O 型より表面温度が低い。アは誤り。
手順 3: イは色と表面温度の文。表面温度が高いほど青白く、低いほど赤く見えるので、イは正しい。
手順 4: ウは等級の文。見かけの等級は距離の影響を受けるので、近くの暗い恒星が見かけの等級では小さくなることもある。「必ず」とは言えないのでウは誤り。
手順 4・5: エは絶対等級の定義の文。絶対等級は 10 パーセクに置いたと仮定したときの等級であり、1 パーセクではない。エは誤り。
よって正しいものはイである。
答え: イ
よくある誤り
スペクトル型の温度の向きを逆に覚えてしまう誤り（M 型が最も高温とする）。正しくは O 型が最も高温で、O → B → A → F → G → K → M の順に表面温度が低くなる。
赤い星のほうが熱いと考えてしまう誤り（「赤＝熱い」という日常の印象から）。正しくは表面温度が高いほど青白く、低いほど赤い（青白い O・B 型は数万 K、赤い M 型は約 3000 K）。
見かけの等級と絶対等級を同じものとしてしまう誤り。見かけの等級は距離に左右され、絶対等級は 10 パーセクに置いたときの等級なので、見かけの等級が小さくても絶対等級が大きい（本来は暗い）恒星がある。
等級の数値が大きいほど明るいとしてしまう誤り。正しくは等級の数値が小さいほど明るく、1 等星は 6 等星より明るい。
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
3 つの恒星 P, Q, R について、スペクトル型と絶対等級を調べたところ、次の表のようになった。恒星 R は太陽とほぼ同じ性質をもつ主系列星である。
恒星 スペクトル型 絶対等級 P M 型 等 Q A 型 等 R G 型 等 この結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、恒星は黒体とみなせるものとする。
- ア 恒星 P の表面温度は、恒星 R の表面温度より高い。
- イ 恒星 P の半径は、恒星 R の半径より大きい。
- ウ 恒星 Q の半径は、恒星 R の半径より大きい。
- エ 恒星 Q は、HR 図の主系列に位置する主系列星である。
3 つの銀河 X, Y, Z を望遠鏡で観測し、その結果を次の表にまとめた。なお、「星間ガスからの電波」は、銀河に含まれる水素ガスが出す電波の強さを表す。
銀河 見かけの形 全体の色 星間ガスからの電波 O 型・B 型の高温の恒星や散光星雲 X 中心部に恒星が集まったふくらみがあり、その周りの円盤に渦を巻いた腕状の構造が見られる 中心部は黄色〜赤みがかり、腕の部分は青白い 強く検出される 腕の部分に多く見られる Y 全体が楕円形で、円盤や腕状の構造はなく、明るさは中心から外側へなめらかに減少する 全体が赤みがかる ほとんど検出されない ほとんど見られない Z 決まった形がなく、中心のふくらみも見られない 全体が青白い 強く検出される 多く見られる この観測結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア X は不規則銀河に分類され、決まった中心のふくらみをもたない。
- イ Y は星間ガスを多く含むため、現在も恒星が活発に誕生している。
- ウ Y は楕円銀河に分類され、新しい恒星の誕生はほとんど起こっておらず、主に年齢の古い恒星からなる。
- エ X の腕の部分が青白く見えるのは、腕に年齢の古い低温の恒星が集中しているためである。
- オ Z は渦巻銀河に分類され、中心のふくらみ（バルジ）と円盤をもつ。
恒星の表面温度・光度・半径と、HR 図（ヘルツシュプルング・ラッセル図）上の位置について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、HR 図は横軸にスペクトル型（表面温度）、縦軸に絶対等級（光度）をとり、左ほど表面温度が高く、上ほど光度が大きいものとする。
- ア 恒星のスペクトル型は、O, B, A, F, G, K, M の順に表面温度が高くなる。
- イ 主系列星では、表面温度が高い星ほど絶対等級が大きく、暗い星である。
- ウ 赤色巨星は、同じスペクトル型の主系列星に比べて半径がはるかに大きいため、光度が大きい。
- エ 白色矮星は、表面温度が高いにもかかわらず光度が小さい。これは、半径が非常に大きいためである。
- オ 主系列星では、質量が小さい星ほど HR 図の左上に位置する。
この技能の次に学べること
- HR 図と恒星の分類 （高校地学 恒星と宇宙（知識））