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小テスト ／ eb-08

恒星と宇宙の構造

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恒星と宇宙の構造 ── 問題

基礎

  1. 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 赤 → 黄 → 白 → 青白　エ 青白 → 白 → 黄 → 赤）
  2. 光の速さを 30 万 km/s、1 年を 3150 万秒とする。1 光年は何兆 km ですか。
  3. 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　ウ 光が 1 年間に進む時間　エ 1 年の長さの単位）
  4. 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

  1. ある恒星までの距離は 640 光年である。今夜見えるこの恒星の光は、西暦 1307 年に出発したものだとすると、今は西暦何年ですか。
  2. 等級が 5 小さい星は明るさが 100 倍である。6 等星は 11 等星の何倍の明るさですか。
  3. 恒星の一生と HR 図について、太陽程度の質量の恒星の一生として正しいものはどれですか。　（ア 原始星 → 主系列星 → 赤色巨星 → 惑星状星雲を放出 → 白色矮星　イ 原始星 → 赤色巨星 → 主系列星 → 惑星状星雲 → ブラックホール　ウ 原始星 → 主系列星 → 赤色巨星 → 超新星爆発 → 中性子星　エ 主系列星 → 原始星 → 白色矮星 → 赤色巨星 → 惑星状星雲）
  4. 銀河系と宇宙について、銀河系に含まれる恒星の数として最も近いものはどれですか。　（ア 約 2000 億個　イ 約 2000 万個　ウ 約 2000 個　エ 約 2000 兆個）
  5. 絶対等級について正しいものはどれですか。　（ア 地球から見たときの見かけの明るさ　イ 恒星の表面温度を表す数値　ウ 10 パーセクの距離での明るさ　エ 太陽の明るさを 0 としたもの）
  6. 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 昔の恒星の核融合と超新星爆発でできた　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の元素がつくられた　エ 太陽の中心でつくられて地球に届いた）
  7. 本当の明るさ（光度）が同じ 2 つの恒星 A・B がある。地球から B までの距離は、A までの距離の 8 倍である。地球から見ると、A は B の何倍明るく見えますか。
  8. 遠い銀河ほど速く遠ざかっていて、遠ざかる速さ（後退速度）は銀河までの距離に比例する。距離 2 億光年の銀河 A の後退速度が 4400 km/s のとき、距離 7 億光年の銀河 B の後退速度は何 km/s ですか。
  9. 4 つの恒星の表面温度と絶対等級を調べた。 恒星｜表面温度｜絶対等級 P｜約 3500 K｜−5 等 Q｜約 10000 K｜＋12 等 R｜約 5800 K｜＋5 等 P・Q・R の種類の組み合わせとして最も適当なものはどれですか。　（ア P 赤色巨星、Q 主系列星、R 白色矮星　イ P 白色矮星、Q 赤色巨星、R 主系列星　ウ P 主系列星、Q 白色矮星、R 赤色巨星　エ P 赤色巨星、Q 白色矮星、R 主系列星）
  10. 生徒 A「アンドロメダ銀河は、地球から約 250 万光年のところにあるんだって。」 生徒 B「ということは、いま望遠鏡で見えているアンドロメダ銀河の姿は（　）ということだね。」 （　）に入るものとして最も適当なものはどれですか。　（ア 約 250 万年後に届く光を先に見ている、未来の姿である　イ 光は一瞬で届くので、ちょうどいまこの瞬間の姿である　ウ 約 250 年前に出た光による姿で、いまの姿とは限らない　エ 約 250 万年前に出た光による姿で、いまの姿とは限らない）

発展

  1. 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。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）
  2. 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 宇宙誕生から約 90 億年後に太陽系ができた　エ 生命は太陽系より先に誕生した）
  3. ある恒星までの距離は 100 パーセク、見かけの等級は 12 等である。この恒星の絶対等級は何等ですか。絶対等級は恒星を 10 パーセクの距離に置いたときの等級で、明るさは距離の 2 乗に反比例し、5 等級の差で明るさは 100 倍ちがうものとする。
  4. 主系列星の質量と、主系列星として過ごす期間（概数）を表にした。 恒星｜質量（太陽 ＝ 1）｜主系列星でいる期間 太陽｜1｜約 100 億年 X｜10｜約 2000 万年 恒星 X について述べた文として最も適当なものはどれですか。　（ア 燃料の水素が多いので、太陽より長く主系列星にとどまると考えられる　イ 太陽より明るく高温で、最後は超新星爆発を起こすと考えられる　ウ 太陽より暗く低温で、最後は白色矮星になって冷えていくと考えられる　エ 太陽より明るく高温で、最後は白色矮星になって冷えていくと考えられる）
  5. ある恒星を、いまの距離の 10 倍遠い場所に移したとする。この恒星の見かけの等級と絶対等級はどうなりますか。　（ア 見かけの等級は 10 大きくなり、絶対等級も 10 大きくなる　イ 見かけの等級は変わらず、絶対等級だけが 5 大きくなる　ウ 見かけの等級は 5 大きくなり、絶対等級は変わらない　エ 見かけの等級は 5 小さくなり、絶対等級は変わらない）

恒星と宇宙の構造 ── 解答

基礎

  1. エ　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。
  2. 9.45　30 万 km/s × 3150 万 s ＝ 30 × 3150 × 10⁸ km ＝ 9.45 兆 km。実際は約 9.5 兆 km。
  3. イ　光が 1 年間に進む距離　約 9.5 兆 km で、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。
  4. 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

  1. 1947　640 光年 ＝ 光が 640 年かかる距離。1307 ＋ 640 ＝ 1947 年。遠くを見ることは昔を見ること。
  2. 100　等級差 11 − 6 ＝ 5。5 等級ごとに 100 倍なので 100^1 ＝ 100 倍。
  3. ア　原始星 → 主系列星 → 赤色巨星 → 惑星状星雲を放出 → 白色矮星　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：原始星 → 主系列星 → 赤色巨星 → 惑星状星雲を放出 → 白色矮星。
  4. ア　約 2000 億個　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：約 2000 億個。
  5. ウ　10 パーセクの距離での明るさ　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。見かけの等級は距離で変わるので、同じ距離にそろえて本当の明るさを比べるのが絶対等級。
  6. ア　昔の恒星の核融合と超新星爆発でできた　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。
  7. 64　見かけの明るさは距離の 2 乗に反比例する。B は A の 8 倍遠いので、B の明るさは A の 1/8²。A は B の 8² ＝ 64 倍明るく見える。
  8. 15400　後退速度は距離に比例するので、4400 × 7 ÷ 2 ＝ 15400 km/s。
  9. エ　P 赤色巨星、Q 白色矮星、R 主系列星　P は低温なのに明るいので、大きな赤色巨星。Q は高温なのに暗いので、小さな白色矮星。R は太陽と同じくらいの温度と明るさで主系列星。
  10. エ　約 250 万年前に出た光による姿で、いまの姿とは限らない　1 光年は光が 1 年に進む距離。250 万光年先から来た光は、出てから約 250 万年かかって届いているので、見えているのは約 250 万年前の姿。

発展

  1. イ　赤方偏移。宇宙が膨張している　赤方偏移は銀河が遠ざかっていることを示し、遠い銀河ほど速い → 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）。
  2. ウ　宇宙誕生から約 90 億年後に太陽系ができた　138 − 46 ＝ 92 億年。太陽系は宇宙史のおよそ後半 1/3。生命の誕生は太陽系ができてから約 6 億年後。
  3. 7　10 パーセクに近づけると距離は 1/10、明るさは 10² ＝ 100 倍。明るさが 100 倍になるごとに等級は 5 小さくなるので、5 等級小さくなり、絶対等級は 12 − 5 ＝ 7 等。
  4. イ　太陽より明るく高温で、最後は超新星爆発を起こすと考えられる　質量の大きい主系列星ほど、HR 図の左上（高温・明るい）にあり、燃料を激しく使うので寿命が短い。太陽の 8 倍以上の質量の恒星は、最後に超新星爆発を起こす。
  5. ウ　見かけの等級は 5 大きくなり、絶対等級は変わらない　距離が 10 倍だと見かけの明るさは 1/100 で、5 等級暗くなる（数字は 5 大きくなる）。絶対等級は 10 パーセクに置いたときの明るさで、恒星そのものの明るさなので変わらない。

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