アーサー・エディントン


 太陽は水素やヘリウムでできた半径約69万kmの球です.いろいろな装置で観測すると,その表面には,黒く見える黒点やほのおのようなガスの流れであるプロミネンスが見えることがあります.また,日食が起こると,太陽の薄い大気が光を発する美しいコロナを見ることができます.この太陽がどのようなしくみで,光を出しているかということは長い間ナゾでした.地球にたくさんの光を届けるためには,水素が酸素と化合して水ができる反応では,発生するエネルギーの量がまったく足りないのです.そもそも太陽の成分は,地球の空気のように酸素の割合が大きくありません.
 このナゾを解くカギを見つけたのは,アインシュタインです.アインシュタインは,物質や空間の性質について理論的に調べた上で,物質とエネルギーはお互いに変わりあえる,ということを予言し,物質の重さmとエネルギーEはE=mc2 (cの右肩の2は,cを2回かけることを表す)という式で表されるとしました.ここでcは光の速度ですが,光の速度は真空の性質によって決まるので,ここでは速さではなくて真空の性質を示す数と考えるとよいでしょう.
 イギリスの天文学者エディントンは,アインシュタインの式を使うと,ごくわずかの物質の重さがエネルギーに変わるだけで,ものすごいエネルギーが生まれることに気づきました.そして,太陽の中にたくさんある水素原子4個が,ヘリウム原子1個に変わる核融合反応が太陽のエネルギー源ではないかと考えました.エディントンは,恒星の内部の温度や圧力がどのようになっているかということを推定する式を考え出して,恒星の内部のどのくらいの部分が核融合を起こせるか計算しました.この計算結果と,水素原子とヘリウム原子の重さを精密に測った値から,アインシュタインの式を使うことにより,水素の核融合反応が太陽から出てくるエネルギーの量を説明できることが分かりました.
 また,太陽全体の水素のうち核融合反応で燃やせる量が計算できるので,太陽の寿命は,ひかりはじめてから約100億年くらいであることもわかりました.あと50億年くらいたつと太陽は燃えつきてしまい,その中心にはヘリウム原子のかたまりができます.このかたまりのまわりのガスは,残った熱であたためられてふくらんでゆき,ボールのような形の惑星状星雲ができます.これが太陽の最後の姿です.ボールのような形の星雲は,さらにふくらむと形がわからなくなってしまい,近くの恒星にてらされて光る散光星雲か,うしろに明るいものがあるとこれをかくして黒く見える暗黒星雲になります.これらの星雲の中で,再びガスが集まって恒星ができます.1つの雲の中で数百個の恒星が同時に生まれて輝きだし,恒星の集団である散開星団を作ります.
 太陽より大きな恒星では,星の中心でヘリウムが核融合して炭素ができ,さらに炭素が核融合して酸素ができ,という形で,恒星の重さに応じて次々と新しい原子が作られていきます.新しく作られた原子がそれ以上核融合ができなくなると,その原子は燃えカスとして中心にたまってゆきます.中心部分が燃えカスばかりになってしまうと,そこではエネルギーが作れなくなるために,恒星の重さにたえられなくなって恒星全体がつぶれます.これを爆縮といいます.爆縮によって恒星の外側の部分が一気に中心に落ち込むと,恒星の中が再び高温になって爆発し,恒星全体がふっとんでしまいます.これが超新星爆発という現象です.超新星爆発ではものすごいエネルギーが出るので,その力で原子同士がぶつかってくっつき,ウランや金などの新しい原子が作られます.超新星爆発を起こした後は超新星残骸が残ります.
 

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