恒星と宇宙の構造 ── 問題
基礎
- 次の恒星の色から、表面温度が高い順に並べたものはどれですか。 青白・白・黄・赤 （ア 白 → 青白 → 赤 → 黄 イ 黄 → 青白 → 白 → 赤 ウ 青白 → 白 → 黄 → 赤 エ 赤 → 黄 → 白 → 青白）
- 光の速さを 30 万 km/s、1 年を 3000 万秒とする。1 光年は何兆 km ですか。
- 光年について正しいものはどれですか。 （ア 太陽と地球の距離 イ 光が 1 年間に進む距離（約 9.5 兆 km）。距離の単位 ウ 光が 1 年間に進む時間 エ 1 年の長さの単位）
- 恒星のスペクトル型を高温から順に並べたものはどれですか。 （ア M・K・G・F・A・B・O イ G・O・B・A・F・K・M ウ O・B・A・F・G・K・M エ A・B・O・F・G・K・M）
標準
- ある恒星までの距離は 250 光年である。今夜見えるこの恒星の光は、西暦 1676 年に出発したものだとすると、今は西暦何年ですか。
- 等級が 5 小さい星は明るさが 100 倍である。−1 等星は 4 等星の何倍の明るさですか。
- 恒星の一生と HR 図について、HR 図の右上（低温だが明るい）にある星はどれで、明るい理由は何ですか。 （ア 赤色巨星。半径が非常に大きいから イ 主系列星。質量が大きく、中心の核融合が激しいから ウ 原始星。まだ収縮していて、重力のエネルギーで光っているから エ 白色矮星。表面温度が高く、単位面積あたりの放射が強いから）
- 銀河系と宇宙について、天の川の正体はどれですか。 （ア 銀河系の円盤部を内側から見た、無数の恒星の集まり イ アンドロメダ銀河 ウ 太陽系の惑星の集まり エ 宇宙背景放射）
- 絶対等級について正しいものはどれですか。 （ア 地球から見た明るさ イ 恒星の温度を表す ウ 恒星を 10 パーセク（約 32.6 光年）の距離に置いたとした場合の明るさで、本当の明るさを比べられる エ 太陽の明るさを 0 としたもの）
- 私たちの体をつくる炭素・酸素・鉄などの元素の主な起源はどれですか。 （ア 昔の恒星の内部での核融合と超新星爆発でつくられ、宇宙にまき散らされた イ 地球の内部でつくられた ウ ビッグバンの直後にすべてつくられた エ 太陽の中心でつくられて地球に届いた）
発展
- 遠い銀河の光の波長が長いほう（赤いほう）にずれて観測される現象と、それが意味することはどれですか。 （ア 散乱。銀河の間に塵が多い イ 赤方偏移。銀河が遠ざかっており、遠いほど速い → 宇宙が膨張している ウ 赤方偏移。銀河の温度が低い エ 青方偏移。銀河が近づいている）
- 宇宙の年齢（約 138 億年）・太陽系の誕生（約 46 億年前）・生命の誕生（約 40 億年前）の関係として正しいものはどれですか。 （ア 宇宙と太陽系は同時にできた イ 太陽系は宇宙の年齢の半分の時期にできた ウ 宇宙誕生から 90 億年ほどたって太陽系ができ、その約 6 億年後に生命が誕生した エ 生命は太陽系より先に誕生した）
恒星と宇宙の構造 ── 解答
基礎
- ウ 青白 → 白 → 黄 → 赤 青白（1 万 K 以上）＞ 白 ＞ 黄（太陽 5800 K）＞ 橙 ＞ 赤（3000 K）。加熱した鉄が赤 → 白 → 青白と変わるのと同じ。答え：青白 → 白 → 黄 → 赤。
- 9 30 万 km/s × 3000 万 s ＝ 30 × 3000 × 10⁸ km ＝ 9 兆 km。実際は約 9.5 兆 km。
- イ 光が 1 年間に進む距離（約 9.5 兆 km）。距離の単位 太陽から地球は光で 8 分、最も近い恒星は 4.2 光年。
- ウ O・B・A・F・G・K・M 太陽は G 型（黄・5800 K）。「オーバーファインガールキスミー」。
標準
- 1926 250 光年 ＝ 光が 250 年かかる距離。1676 ＋ 250 ＝ 1926 年。遠くを見ることは昔を見ること。
- 100 等級差 4 − −1 ＝ 5。5 等級ごとに 100 倍なので 100^1 ＝ 100 倍。
- ア 赤色巨星。半径が非常に大きいから HR 図：横軸温度（左が高温）、縦軸明るさ。主系列（核融合の安定期）→ 赤色巨星 → 太陽程度は白色矮星、重い星は超新星 → 中性子星・ブラックホール。答え：赤色巨星。半径が非常に大きいから。
- ア 銀河系の円盤部を内側から見た、無数の恒星の集まり 銀河系：直径 10 万光年、太陽は中心から 2.8 万光年。階層：太陽系 ＜ 銀河系 ＜ 銀河群 ＜ 銀河団 ＜ 超銀河団。ビッグバン 138 億年前、背景放射 3 K、ハッブルの法則で膨張。答え：銀河系の円盤部を内側から見た、無数の恒星の集まり。
- ウ 恒星を 10 パーセク（約 32.6 光年）の距離に置いたとした場合の明るさで、本当の明るさを比べられる 見かけの等級は距離で変わる。同じ距離にそろえて比べるのが絶対等級。
- ア 昔の恒星の内部での核融合と超新星爆発でつくられ、宇宙にまき散らされた ビッグバンでできたのは水素・ヘリウムだけ。太陽系は先代の星の残骸からできた。
発展
- イ 赤方偏移。銀河が遠ざかっており、遠いほど速い → 宇宙が膨張している 救急車のサイレンが遠ざかると低く聞こえるのと同じ（ドップラー効果）。
- ウ 宇宙誕生から 90 億年ほどたって太陽系ができ、その約 6 億年後に生命が誕生した 138 − 46 ＝ 92 億年。太陽系は宇宙史のおよそ後半 1/3。
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