星の色と空の宝地図

天文学者が最も大切にしている瞬間のひとつが黄昏時です。 太陽が沈むと空が暗くなり、最初の星が見えてきます。 最初は2つか3つですが、時間が経つにつれてだんだん見えるようになり、最初に見える星はその夜最も明るい星、最後に見える星は最も暗い星になります。 しかし、星を区別するのはその明るさだけではありません。 夜が深まり空が暗くなると、よく見ると赤、白、青の星が見えます。星には色があり、それを知ることは、その一生を通じた魅力的な旅へと私たちを導いてくれます。 一見、同じ色の星々に見えますが、暗い空を探してもう一度よく見てみると、異なる色であることに気づきます。 シリウス(おおいぬ座)は白、リゲル(オリオンの右足)は青、アルデバラン(おうし座)はオレンジ、ベテルギウス(オリオンの左肩)は赤である。

3月中旬の夜明けに、北半球の中間緯度で、南西の地平線上にあるオリオン座、おうし座、おおいぬ座の様子。 南半球から見ると、北西の上空に見えます。 Credit: Borja Tosar

宇宙物理学者の家では、タップが逆

星にさまざまな色があることは、単なる好奇心ではありません。 この色は、星の表面温度という、星の天体物理学の基本的なデータを与えてくれます。 最も高温の星は青く、最も低温の星は赤いというように、芸術や日常生活での色の使い分けに反しています。 そのため、天体物理学者の家では、青は暑く、赤は寒いとよく言われる。

モーガン・キーナンの星の分類は、星の色に基づいており、最も青い星(最もエネルギーが強い)から赤い星(最も弱い)まで、O B A F G K Mという型を経て、分類されている。 ニモニックルールとして、Oh Be a Fine Girl(Guy), Kiss Meというフレーズがよく使われ、天体物理学を教えている世界中の学部で古典的なジョークとして知られている。 後でいくつかの例外を見ることになるので、この通常を修飾することが重要である。 青い星は最も明るく、赤い星は最も暗い傾向があります。 しかし、熟練した観測者であれば、夜、白や青よりも明るい赤い星に遭遇することがあります。 どうしてでしょうか? それは、地球からの観測では、星と星の距離が違うからです。 そのため、遠くにある青い星よりも、近くにある赤い星の方が明るく輝いて見えるのです。

温度や明るさとは別に、色は通常、同じ資格で、星の大きさを示します。

星図

星の色から表面温度が推定でき、通常は明るさと大きさがわかることを知った天文学者エジナル・ヘルツスプルングとヘンリー・ノリス・ラッセルは、これらの特徴を今日ヘルツスプルング・ラッセル図として知られているグラフにまとめ、1910年に二人が独自に開発したものです。

このH-R図では、縦軸に星の種類を暗いものから明るいものへ、横軸に温度、色、星の分類を考慮して、最も熱いものから最も冷たいものへと並べます。 その結果、これらの特徴によって星を対角線上に並べることになり、この部分を主系列と呼びます

ほとんどの星が主系列に属しています。 主系列星は、核融合反応によって水素をヘリウムに変えることで輝いています。 これらの星は成熟した段階にあり、活動的な人生の大半を過ごす。 人間に置き換えると、10代から定年までが主系列星となります。

星の周期表

星は何十億年も輝くことができますが、永遠に続くものはありません。 核反応に使う燃料には限りがあり、いずれは尽きてしまいます。 水素がなくなると、今度はヘリウムの核融合が起こりますが、こちらは前段階とは異なり、はるかにエネルギーが高いのです。 このため、寿命を迎えた星は、元の大きさの何千倍にも膨れ上がり、巨星となります。 膨張すると、より大きな面積にエネルギーを配分しなければならなくなるため、表面の熱が奪われ、赤く変色します。 この赤色巨星は例外で、図の右上の赤色巨星帯と呼ばれる部分にあります。

赤色巨星は(恒星スケールでは)長続きせず、わずかな燃料をすぐに使い果たしてしまいます。 このとき、星を支えていた内部の核反応がなくなり、重力によって星全体が引っ張られ、矮小星に縮んでしまうのです。 この過酷な圧縮により、エネルギーが凝縮され、表面温度が上昇し、白色へと明るさが激変する。 この星の死骸を白色矮星という。 この星の死骸も主系列の例外で、図の左下にあります。

Hertzsprung-Russel ダイヤグラムと夜空に見える最も重要な星たち。 Credit: European Southern Observatory (ESO)

科学の最大の成果のひとつは、間違いなく元素の周期表である。 ヘルツシュプルング・ラッセル図は、星の周期律表と言えるかもしれません。 しかし、一度読み方を知ってしまえば、星の色と温度、大きさ、明るさ、星の一生との関係が、整然と、そして優雅に分布していることがわかる。 宇宙を知る上でも、大空を美しく楽しむ上でも、異次元に飛び込む鍵となる、天文ファンにとって素晴らしい宝の地図である。

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