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普段は考えない「地球と太陽との距離のバランス」って奇跡

      2017/09/12

普段は考えない「地球と太陽との距離のバランス」って奇跡

地球と太陽との距離は、生命にとって不可欠な液体の水の存在を可能にする温度環境を与えています。今より太陽に近すぎれば水は蒸発してしまうことでしょう。

今回は、地球と太陽とその距離についてまとめてみました。

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地球と太陽の誕生−太陽が誕生するまで

2000億の恒星が集団となり直径約10万光年,円盤状に渦をまくようにゆっくりと回転している銀河の中心部から約2.8万光年離れた空間で小さな出来事が起こりました。およそ46億年前に太陽の数倍の質量をもった巨大な恒星が死を迎えました。巨大な恒星は最後に超新星爆発を引き起こし,星を構成する物質を周囲に撒き散らします。

爆発は高速の衝撃波となって周辺の空間を伝播し,周囲にあった星間物質(大部分は水素,ヘリウムからなるガス,それより重い元素は小さなちり状の固体)の密度にゆらぎを生じさせました。星間物質のある部分では,ガスとちりが吹き寄せられて密度が増加します。密度の増加した部分では自分の重力を支えきれなくなって静かに収縮を開始します。この収縮を開始した星間雲の一部が原始太陽系星雲となり,ゆっくりと回転を始めます。

引用元-太陽系と地球の誕生

原始太陽系星雲はその中心に向かって加速度的に収縮を速め,物質の大半は中心部に集まります。中心部はその巨大な重力により圧縮され,内部は高温・高圧の状態になります。そして,臨界点に達すると核融合が始まり明るく輝くようになり,原始太陽が誕生します。周囲の原始太陽系星雲は回転を速め,星間物質は回転面に集まるようになり扁平化していきます。物質の空間密度がある値を超えると周囲の物質が重力によりまとまり,直径10kmほどの固まりとなります。これが微惑星です。直径10km,質量1兆トン,太陽系全体で10兆個ほどの微惑星は太陽系時間の尺度からすると一瞬のうちに形成されました。

引用元-太陽系と地球の誕生

軌道の近い微惑星は互いに衝突し,あるときは破壊され,あるときは合体が繰り返されました。そして,時間とともに軌道上でひときわ大きなものが成長するようになります。この惑星の卵ともいうべき天体は周辺の微惑星を重力で引きつけますます成長し,軌道上で唯一の天体になります。これが惑星です。

こうして中心に太陽をもち,直径約100億km(海王星軌道まで)の太陽系が誕生しました。

引用元-太陽系と地球の誕生

地球と太陽の誕生−原始太陽と地球の誕生

原始太陽は明るさを増し,その周辺では惑星が成長を続けています。太陽に近いところでは太陽風により軽いガスは吹き飛ばされ,固体の表面をもつ小さな惑星となり,遠いところではガスを主体とした巨大な惑星となりました。地球は太陽から1.5億kmと近い位置にあるので固体の惑星になりました。誕生直後の地球は微惑星を引きつけさらに成長を続けます。

現在の地球の質量は6X1021 トン,つまり60億・兆トンということになります。微惑星の質量が1兆トンですから,地球ができるためには微惑星を60億個集めなければなりません。ある程度地球が成長してからも想像を絶する多くの微惑星の衝突があったことでしょう。

引用元-太陽系と地球の誕生

微惑星に含まれていた水は衝突時およびマグマの海から水蒸気となって放出され,二酸化炭素と合わせて濃密な大気を形成しました。現在の海にある水がすべて大気中にあったのですから,想像を絶する世界だったことでしょう。濃密な大気のもたらす温室効果により地表の熱は宇宙空間に逃げていかず,地表はますます高温化していきます。この時期に地球史上最大の衝突が発生しました。地球の数分の一という巨大な天体が衝突したのです。この天体も地球と同じように微惑星の衝突の中で成長した惑星サイズのものだったようです。地球はこの衝突でかろうじて破壊を免れました。

衝突した天体は地球をえぐり,周囲の空間に破片をまき散らしながら地球の引力にとらえられ,周回するようになり,私たちが月と呼んでいる天体になりました。破片のあるものは地球に再落下し,あるものは月に吸収されました。誕生時の月と地球の距離は現在の半分程度しかありませんでした。月と地球は相互に引力で影響しあい,地球の自転速度はだんだん遅くなるとともに,月は少しずつ地球から遠ざかり,安定した位置を占めるようになりました。

引用元-太陽系と地球の誕生

 

地球と太陽の距離の測り方

現在では、地球と太陽の距離はケプラーの第3法則から求めている。まず地球と金星の距離(a)を、電波の跳ね返りに要する時間から正確に求める。

引用元-太陽系その他の天体

地球と太陽の距離を保っている

地球と太陽は、実に絶妙な距離を保っています。わずかに地球より近い金星が熱すぎ、地球より少しだけ遠い火星はマイナスの世界ということを考えただけでも、そのバランスのよさは奇跡的です。ところが、その他にも地球はさまざまな恩恵を受けているのです。

太陽風と地球

太陽では、激しく活動が起こり、その一部は宇宙に放出されています。これは太陽エネルギーの放出なのですが、風になぞらえて太陽風と呼ばれています。さて、この太陽風のおかげでガスのような軽い元素は吹き飛ばされ、固体である鉄などの重い元素だけが太陽の近くに集まりました。そのため、太陽から近い水星・金星・地球・火星までが質量の大きい岩などによる惑星であり、それ以降の木星・土星・海王星は吹き飛ばされたガスを主体にした惑星になったのです。

水の惑星・地球

地球の年齢は46億歳と、ほぼ太陽と同じ歳です。それが幸いしたのか、本来なら太陽風に吹き飛ばされるはずの水素といった軽い気体が吹き飛ばされる前に自分の重力に捉えることが出来ました。そのため、重い元素はより地球の中心へ集まり、軽い元素は地球の周りを覆うことになります。これが地球の大気になりました。この大気の中で多くを占めていた水素はやがて雨となり、太陽熱で再び気体になって再び雨となる・・・という循環を始めます。もし地球が太陽に近すぎれば水素という気体のままですし、遠すぎれば凍ったままで循環する事は無かったでしょう。太陽系の各惑星及び衛星を集めても、水が循環している星はただひとつ、水の惑星・地球だけなのです。

引用元-太陽と地球の関係【太陽さん-sun- 太陽の知識サイト】

地球と太陽の距離の奇跡−水が水として存在する奇跡

46億年前、太陽が輝き始めたころその周囲では無数の微惑星(大きな隕石)が形成されました。地球は、この微惑星群が衝突を繰り返しながら生まれたと考えられています。
その時太陽系には、地球を含めて9個の惑星が誕生しました。いずれも同じガスの雲から生まれた太陽の分身たちでした。しかし、その中で地球だけがほかの惑星と違う運命をたどっていったのです。それはなぜでしょうか
地球がほかの8個の惑星と決定的に違ったのは、水の存在でした。水が無ければ、地球はほかの星と同様に、枯れ果てた星となり、生命の誕生と繁栄はありえませんでした。
かって水の原料は、どの惑星でもあったといわれています。(水の原料は隕石だったという考えもあります。)しかし、それが常に液体の形でしかも大量に存在できたのは、この地球だけだったのです。
ほかの星を見てみましょう。たとえば金星は、地球とほぼ同じ大きさで,地球より約4000万キロ内側を回っています。全体を暑い二酸化炭素の雲に覆われているため(二酸化炭素は温室効果ガス)気温約470度という灼熱の惑星です。金星は太陽に近すぎるために水が蒸発してしまい、海が存在することはできませんでした。

引用元-「宇宙の神秘〜地球誕生〜」

生命が存在できる惑星の恒星(太陽みたいに自分から光を発している星)からの距離範囲をバイオスフィア(生命圏)といいます。これは地表の温度が0度から100度である距離、つまり水が蒸発もせず、凍りもしない温度の範囲なのです。地球と太陽の距離を1とした場合、太陽系では0.9から1.2がバイオスフィアの目安となります。この距離で言うと火星もぎりぎりで生命が存在できそうな距離にあります。
しかし火星は、たとえ水が存在していたとしても生命を繁栄させることは困難です。なぜなら火星は小さすぎるために、引力によって大気をつなぎとめておくことができないからです。地球は太陽からの距離だけではなく、大きさの点においても生命誕生に適する幸運に恵まれました。

引用元-「宇宙の神秘〜地球誕生〜」

太陽からの距離、大気をつなぎとめる引力を生む重さ、それ以外にもさまざまな地球の恩恵(これからいろいろ取り上げていきたいと思います。)によって僕たちは生まれ、生き続けることができるのです。

引用元-「宇宙の神秘〜地球誕生〜」

まとめ

地球と太陽の距離の求め方の礎を築いたのは16世紀のケプラーです。少しずつ宇宙の謎が解明されてきました。この研究を今後も多くの科学者にになって欲しいですね。

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https://twitter.com/tansansui625/status/632527537168474113


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