恒星の明るさ

質問

恒星の明るさの違いの要因は何ですか？地球からの距離、表面温度、大きさだと聞きましたが・・・

回答No.2

kagakusuki

恒星までの距離、恒星の質量、恒星の直径、恒星の表面温度、の何れもが関係します。

　星の見かけの明るさは、星までの距離の2乗に反比例しますから、例えば同じ明るさの星が2つあり、片方までの距離がもう一方までの距離の2倍あれば、距離が遠い方の明るさは、近い方の4分の1に見えます。
　距離の違いが3倍の場合は、遠い方の星の明るさは9分の1、10倍であれば、100分の1になります。

【参考URL】
　距離の逆2乗法則
　　http://www.mariot-club.com/word/kyorino.htm

　恒星の表面を同じ面積だけ区切って、区切った内側から放射される電磁波のエネルギーを比較した場合、単位時間あたりに放射される電磁波のエネルギーの量は、絶対温度で計った表面温度の4乗に比例して増加します。

【参考URL】
　熱放射 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E6%94%BE%E5%B0%84

　従って、表面温度が同じであれば、光として放射されるエネルギーは、表面積に比例する事になり、恒星は何れも球に近い形をしていますから、同じ距離から見た場合の恒星の明るさは、恒星の半径の2乗に比例します。

　恒星はガスやプラズマの塊です。
　恒星内部のガスやプラズマは、恒星自身の重力によって圧縮されています。
　ガスやプラズマは圧縮されると温度と密度が高くなります。
　温度や密度が高い程、核融合反応が激しくなり、温度が更に上昇します。
　温度が高くなれば、ガスやプラズマの圧力が高くなり、重力による圧縮力に反発して、恒星の中心部は膨張しますから、内部の密度が低くなり、核融合反応が激しいままとなる事はありません。
　逆に、恒星の内部の密度が低い場合には、核融合反応によって発生する熱が少なくなり、温度が下がって、重力の圧縮力に対抗出来なくなりますから、中心部のプラズマが圧縮されて、核融合反応が活発化します。
　この様に、恒星の内部では、重力による圧縮力に対して、内部のプラズマの圧力が高くても低くても、圧縮力と釣り合う圧力になる様に、核融合反応の進む速度が自然に調整されます。
　重力による圧縮力は、当然、重力が強い程、強くなり、重力は恒星の質量が大きい程、強くなりますから、恒星の質量が大きい程、圧縮力に対抗するプラズマの圧力も高くなる必要があります。
　プラズマの圧力を高くするためには、核融合反応で発生するエネルギーの量を多くする必要がありますから、恒星の質量が大きい程、核融合反応は活発化します。
　核融合反応で発生するエネルギーが多いと言う事は、恒星が明るくなると言う事ですから、恒星は質量が大きい程、明るくなります。
　理論的には、核融合反応を活発化する効果は１つだけではなく、恒星の質量の3乗に比例して強くなる効果と、恒星の質量の5.5乗に比例して強くなる効果があるそうです。
　中程度の質量を持つ恒星では、質量の3乗に比例して強くなる効果の影響が強く、質量の小さい恒星では、質量の5.5乗に比例して強くなる効果の影響が強いため、恒星の明るさは、質量の3～5.5乗に大体比例していると言われている様です。

【参考URL】
　Home Page of Jun Makino > 講義関連情報計算天文学 I > 8 常微分方程式の数値解法：境界値問題
> 3 現実的な恒星内部構造モデル > 6 質量光度関係
　　http://www.artcompsci.org/~makino/kougi/keisan_tenmongakuI/part4/node4.html#SECTION00836000000000000000

お礼

詳しい説明、ありがとうございました。お礼が遅くなりすみません(*_*;

回答No.1

植松 一三（@jf2kgu）

地球の距離は当然ですが表面温度が低いと赤っぽくなりますね≪赤色巨星など≫
大きさは、核融合の燃料、ヘリウムが、水素に代わって着てある程度たまると、表面が膨らんできます≪これが赤色巨星などです、さそり座のアンタレスなどです≫
その他に、質量も大きく左右しますよ（＾－＾）
質量が大きいと、重力が大きくなるので、寿命が短いですが、重量によって中央に集まる力が大きくなるので、沢山ヘリウムが水素に代わります