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中学3年生 (14-15歳)

中3 星と宇宙 わかりやすく

Stars and the Universe

恒星の色は表面温度によってちがい、表面がとても高温の星は青白く、それより低温の星は赤っぽく見えます。 横軸に表面温度、縦軸に明るさをとって恒星を記した図をHR図といい、太陽をふくむほとんどの恒星は、左上から右下へのびる主系列という帯に集まっています。 恒星は星雲の中で生まれ、主系列星として長く輝いたあと、質量によって白色矮星になったり、超新星爆発を起こしたりして一生を終えます。 下のHR図で星の種類を選ぶと、その星が集まる場所が明るく表示され、2つ目の図には太陽くらいの質量の星の一生が順に並んでいます。

恒星はどう分けるか

⭐ 色を見れば温度がわかる
①恒星の色は表面温度によってちがう
②表面温度が30000 Kほどの星は青白く、6000 Kほどの太陽は黄色っぽく、3000 Kほどの星は赤い
③恒星を表面温度と明るさで分けたHR図（ヘルツシュプルング・ラッセル図）をかくと、星はばらばらではなく、いくつかのグループに集まる
④ほとんどの星がある帯が主系列で、右上には赤色巨星、左下には白色矮星がある

恒星の一生

💫 星も生まれて年をとる
①ガスとちりでできた星雲が重力で集まって原始星になり、中心で水素の核融合が始まると主系列星になる
②恒星は一生の大部分を主系列星として過ごし、太陽はおよそ46億年この段階にある
③太陽くらいの星は、水素が減るとふくらんで赤色巨星になり、外側の層を惑星状星雲として放ったあと、中心部が白色矮星として残る
④太陽よりずっと重い星は赤色超巨星になったあと超新星爆発を起こし、中性子星やブラックホールを残す
⑤重い星ほど燃料を速く使うので寿命が短い

宇宙はどれくらい大きいか

🌌 光ではかる距離
①光が1年間に進む距離を1光年といい、約9.5兆kmである
②太陽の次に近い恒星プロキシマ・ケンタウリまでは約4.2光年
③銀河系（天の川銀河）の直径は約10万光年
④観測できる宇宙の直径は約930億光年と見積もられている
⑤だから、今夜見える遠い星の光は、その星がずっと前に出した光である

まとめ

HR図での星の位置
主系列星：左上〜右下の帯 / 赤色巨星：右上 / 白色矮星：左下
横軸は表面温度（左ほど高い）、縦軸は明るさ（上ほど明るい）
恒星が輝くわけ
水素の核融合：水素の原子核4個 → ヘリウムの原子核1個 + エネルギー
主系列星は中心で水素をヘリウムに変えてエネルギーを出している
距離の単位
1光年 ≈ 9.46 × 1012 km
光が1年間に進む距離
🎯 よく出るポイント
①HR図では、ほとんどの恒星が主系列にあり、太陽も主系列星である
②表面温度が高いほど青白く、低いほど赤い
③太陽くらいの星の一生は、星雲 → 原始星 → 主系列星 → 赤色巨星 → 白色矮星
④質量の大きい星ほど寿命が短い
⑤光年は時間ではなく距離の単位である

例題と単元テスト

例題 1
夜空の恒星は少しずつ色がちがう。青白い星と赤い星では、表面温度が高いのはどちらか。また、そう考えるのはなぜか。
1
恒星の色は表面温度によって変わる。
2
表面温度が高いほど青白く（約30000 K）、低いほど赤く（約3000 K）見えるので、青白い星のほうが高温である。
▸ 青白い星のほうが高温（青白い星 約30000 K、赤い星 約3000 K）
炭火も、はじめは赤く、さらに熱くなると黄色から白っぽく光る。星の色も同じしくみで温度と結びついていると考えると覚えやすい。
例題 2
恒星までの距離はとても遠いので、光年という単位を使う。1光年は何を表すか。また、太陽の次に近い恒星までは約何光年か。
1
1光年は光が1年間に進む距離で、約9.46 × 10¹² kmである。
2
太陽の次に近い恒星プロキシマ・ケンタウリまでは約4.2光年である。
▸ 1光年は光が1年間に進む距離（約9.46 × 10¹² km）で、いちばん近い恒星までは約4.2光年
今夜プロキシマ・ケンタウリから届いた光は、約4.2年前にその星を出発した光である。
単元テスト
星と宇宙についての説明として正しいものは？
①赤い星は青い星より表面温度が高い
②1光年は光が1年間に進む距離である
③光年は時間を表す単位である
④すべての星は大きさと明るさが同じである
⑤太陽は赤色巨星に分類される
▸ ② 1光年は光が1年間に進む距離である
1
表面温度が高いほど青いので青い星のほうが熱く（①誤）、光年は距離の単位である（③誤）。
2
星ごとに大きさと明るさが異なり（④誤）、太陽は主系列星に分類される（⑤誤）。1光年は光が1年間に進む距離である（②正）。
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最終更新

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