天体物理学ポータル

宇宙の基本定数

天体物理学を基礎づける不変の数値

光速

$c$

$3.0 \times 10^{8} \text{ m/s}$

真空中の光の速度。アインシュタインの相対性理論において、宇宙の最高速度制限とされます。

プランク定数

$h$

$6.63 \times 10^{-34} \text{ J}\cdot\text{s}$

量子力学の根幹をなす定数。光エネルギーの最小単位（量子）と振動数を結びつけます。

ボルツマン定数

$k_B$

$1.38 \times 10^{-23} \text{ J/K}$

温度とミクロな熱エネルギーを繋ぐ定数。天体表面や星間ガスの温度解析に不可欠です。

万有引力定数

$G$

$6.67 \times 10^{-11} \text{ m}^3/(\text{kg}\cdot\text{s}^2)$

重力の強さを示す定数。星の自己重力バランスや銀河・ブラックホールの解析に使用します。

基本定数を用いた簡易物理シミュレーター

① 光子エネルギー計算 ($E = h\nu = hc/\lambda$)

光の波長 $\lambda$: 500 nm (緑色の光)

100 nm (紫外線) 1000 nm (赤外線)

計算結果 (光子1個のエネルギー):

エネルギー $E$: 3.98e-19 J 電子ボルト $E$: 2.48 eV

② 熱エネルギー計算 ($E_{thermal} = k_B T$)

環境温度 $T$: 5778 K (太陽表面温度)

100 K (極寒) 15,000 K (巨大星表面)

計算結果 (平均熱エネルギー):

熱エネルギー $E$: 7.97e-20 J 電子ボルト $E$: 0.50 eV

太陽 - 私たちの恒星

最も間近で観察できる標準的な主系列星

太陽の主要な物理量

物理量	値	説明 / 単位
太陽質量 $M_\odot$	$1.989 \times 10^{30}$	$\text{kg}$ (地球の約33万倍)
太陽半径 $R_\odot$	$6.963 \times 10^{8}$	$\text{m}$ (地球の約109倍)
太陽光度 $L_\odot$	$3.828 \times 10^{26}$	$\text{W}$ (総エネルギー放射)
表面温度 $T_{eff}$	$5778$	$\text{K}$ (黄色の主系列星)
平均密度 $\rho$	$1.41 \times 10^{3}$	$\text{kg/m}^3$ (水の約1.4倍)

太陽定数とエネルギー放射

太陽定数 ($f$): 地球の大気圏外で太陽光線に垂直な面が受ける、単位時間・単位面積あたりのエネルギー量。

太陽定数式の定義

\[ f = 1.36 \times 10^{3} \text{ W/m}^2 \text{ (J/s・m}^2\text{)} \]

太陽・地球間の距離 $d$ ($1 \text{ AU}$) における放射強度に相当します。 $L_\odot = 4\pi d^2 f$

太陽の内部構造 & 活動現象

図の中の各領域をクリックして、構造や現象の詳細を確認してみましょう。

中心核 (Core)

太陽の中心から約0.25太陽半径（約17万km）までの領域。温度は約1,500万K、圧力は2,500億気圧に達し、水素原子核がヘリウムへと変換される熱核融合反応（p-pチェイン）により膨大なエネルギーを生み出しています。

・想定温度: 15,000,000 K
・主反応: 水素核融合反応

他の領域をクリックして情報を切り替えられます

太陽の寿命と恒星進化シミュレータ

恒星の寿命を決める熱核融合の原理を計算機で体験

主系列恒星の寿命の基本公式

星の主系列星としての寿命 $\tau$ は、中心部で核融合に使用できる水素燃料のエネルギー総量を、放射によって失うエネルギー量（光度）で割ることで導き出せます。

一般化された寿命計算式

\[ \tau = \frac{\epsilon \cdot f \cdot M \cdot c^2}{L} \]

$\epsilon = 0.007$ (水素からヘリウムへの核融合における質量変換効率: 0.7%)
$f$ (核融合反応に参加できる中心部の燃料割合、通常約 10% = 0.1)

シミュレーションパラメータ

恒星の質量 $M$: 1.0 $M_\odot$ (太陽質量基準)

0.1 (赤色矮星) 1.0 (太陽) 50.0 (超巨星)

質量-光度関係 ($L \propto M^{3.5}$) を自動適用する (推奨)

恒星の光度 $L$: 1.0 $L_\odot$ (太陽光度基準)

0.001 $L_\odot$ 100k $L_\odot$

中心燃料割合 $f$ (核融合利用可能率): 10 % (通常 10%)

5% (縮小コア) 10% (通常標準) 25% (対流発達コア)

恒星の予想主系列寿命 $\tau$

100 億年

太陽と同等の環境です。主系列星として穏やかに安定して約100億年燃え続けます。

天体物理学的な示唆

大質量星の寿命は極端に短い: 質量が大きい星ほど燃料は増えますが、光度（エネルギー消費率）は質量の3.5乗に比例して膨大になるため、極めて短命（数百万年〜数千万年）になります。
小質量星の極端な長寿: 質量が小さい星はエネルギー消費が非常に穏やかなため、宇宙の現在の年齢（約138億年）を遥かに超える数兆年生き続けると考えられています。