太陽の内部で起きていること

もし太陽がたき火なら、とっくに燃え尽きています。化学燃焼が1グラムあたりに放出するエネルギーは少なすぎて、太陽ほどの大きさの燃料なら数千年で燃え尽きるからです。けれど太陽は約4.6×10億歳で、寿命の道のりをおよそ半分まで進んでいます。

働いているのは別の仕組みです。外側の層の重さが中心を押し縮め、そこにある物質は水の約150倍の密度、温度は約15×100万度になります。水素の原子核はいくつかの段階を経てヘリウムの原子核にまとまり、後者は元の原子核の合計より少し軽くなります。その差が光になるのです。1秒あたり約400万トンが、物質ではなくなります。

反応はゆっくり進みます。陽子は同じ電荷を持つため互いに反発し、15×100万度あっても直接ぶつかるには足りません。融合は量子トンネル効果、つまりまれな偶然によって起こります。1個の陽子が反応の機会を待つ時間は、平均すると数十億年です。だから太陽は一気に燃え上がらず、安定して輝きます。

太陽の中心核1立方メートルが平均して放出するのは約276ワットで、規模としては堆肥の山と同じくらいです。太陽がまぶしいのは、1か所の出力が大きいからではなく、その大きさゆえです。内部にそんな立方メートルがあまりにもたくさんあり、それらが合わさって1つの星になっています。

次に、エネルギーは外へ出なければなりません。中心核は半径のおよそ4分の1を占め、その上には半径の70%まで広がる放射層があり、外側の3分の1は対流層です。その途中で温度はほぼ3000分の1まで下がります。

層がこのように並んでいるのには理由があります。物質が透明なあいだは、放射が熱を運びます。表面に近づくとガスが冷えて不透明になり、放射が通り抜けられなくなります。するとガスそのものが動き、熱いガスは上昇し、冷えたガスは沈みます。外からは粒状の模様として見えます。1つの「粒状斑」は直径約1000キロメートルで、約10分続きます。

中心核から来たガンマ線は、ほとんどすぐに吸収され、また放出されます。それが毎回ランダムな方向へ、何十億回も繰り返されます。エネルギーが表面に到達するまでの時間の推定には幅があり、数千年から数十万年です。残りの150百万キロメートルを、光は8分20秒で地球まで進みます。

内部をのぞいた人はいませんが、間接的な方法が2つあります。ニュートリノは同じ反応で生まれ、ほとんど何とも相互作用しません。数秒で中心核を離れ、地球の検出器まで届くため、中心からの直接の報告になります。さらに太陽は音も出しています。表面が振動し、その周波数の組み合わせから、深部の密度と音速を復元できます。