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星の誕生 [ RES ]
ジュピター 2007/05/31(木) 00:19
星が誕生する時、恒星になるか、惑星になるかは、どのように決まるのでしょうか?
また惑星に寿命はあるのでしょうか?あるとすれば最期はどのようになるのですか。
Re:星の誕生
ねこんた 2007/05/31(木) 09:20
恒星になるか惑星になるかは質量で決まります。
化学組成も多少影響するのですが、現実には宇宙空間にあるのはおよそ水素90%とヘリウム10%で、他はほとんどありません。
ガスが集まって内部が高温・高圧になると中心部で核融合反応がおこります。核融合でエネルギーを発生するので光ります。これが恒星です。内部がある一定以上高温・高圧にならないと核融合はおこりませんので、それ以下の天体は恒星ではありません。この限界は太陽質量の8%程度といわれているので、0.1%程度の木星は恒星になれません。あと80倍ほどガスを集めていれば恒星になったはずです。
質量が太陽の1%以上あれば、水素の核融合は起こりませんが、重水素の核融合がおこってエネルギーをだします。しかし重水素は数が少ないので長時間持続せず核反応はおさまってしまいます。しかし余熱で光っています。このような天体を褐色矮星といいます。
1%以下の光らない天体が、恒星の周囲をまわっていると惑星です。しかし木星程度の星が単独で存在する可能性もあります。これらはまだ見つかっていませんが、もし発見されたら「惑星」と呼んでいいかどうかはわかりません。惑星は恒星の周囲をまわる天体だからです。
恒星の寿命は燃料が無くなって 最後に超新星になるか白色矮星になるかのどちらかです。

惑星の場合は何を寿命とするかで決まります。
水星のような太陽に近いものは、数十億年後太陽が膨張して赤色巨星になる段階で太陽に飲み込まれます。地球はギリギリ残るという説が有力です。しかし海は蒸発し大気も失われてしまいます。その後太陽が白色矮星になっても太陽の周囲を冷えたまま永遠に公転し続けるでしょう。これが寿命が尽きていると考えるかどうかは難しいところですね。
地球には核があります。内部が融けているせいで火山噴火や地震といった地殻変動がおきます。こういった状況を「生きている」と考えるなら、地殻変動が終わったようにみえる火星は死んでいるか死にかけでしょう。でも火星は太陽が白色矮星になったあとも地球と同じく公転し続けるはずです。
木星など太陽から遠いガス惑星は、内部熱源があるので100億年後でも今とあまり変わらないはずです。数千億年後には冷えて氷のかたまりになるでしょう。

Re:星の誕生
ジュピター 2007/05/31(木) 12:54
解り易い回答ありがとうございました。

恒星か惑星かは質量によって決まる。(太陽質量の8%程度より大きければ恒星、小さければ惑星。) 

惑星の最期も爆発するのかと思っていましたら、永遠に白色矮星の周りを凍りながら回り続けるのですか。。。



火星への観光旅行 [ RES ]
メイ 2007/05/28(月) 17:29
はじめまして。メイと申します。
レポートを書くに当たっていろんなサイトを回っていたところ、こちらに辿り着きました。
この間、地学の授業で「火星への観光旅行を企画せよ」という課題が出されまして、
自分でもなんとか計算してみたのですが…

2007年12月25日に火星が衝の時に打ち上げて、
252日間宇宙を飛行し、
その後火星に528日滞在し、
再び火星が衝になるのを待ってから火星を発ち
252日間かけて地球へ戻る。

いくらなんでも528日も火星にいられないと思うんですけど・・・
もっと効率的に行って帰ってくることは可能ですか?
そもそも火星へ辿り着くには衝の状態以外に機会は無いのですか?
(学校では衝の時に打ち上げてホーマン軌道に乗る、と言ってたような…?)
それとも大体このような数字になるのでしょうか?
もしよろしければ教えてください!
Re:火星への観光旅行
ねこんた 2007/05/28(月) 22:52
はじめまして なかなか面白い問題ですね。
すこし計算してみたいと思いますので、しばらく時間をください。具体的な数値は明日の夜には回答できると思います。
なおホーマン軌道を利用する場合、地球と火星が衝のとき地球を出発するのではなく、出発点(地球)と到着点(火星)が合(太陽をはさんで反対側)になるように打ち上げます。


ホーマン軌道は近日点を地球軌道 遠日点を火星軌道とする楕円軌道で、地球からの脱出速度が最も小さく最も燃料消費を減らせる軌道です。当然多くの荷物や人を運べます。しかし最も時間がかかります。
ホーマン軌道を使わなければいくらでも時間短縮することは可能です。極端な話 光速なら数分で到着します。もちろん現実に光速は不可能ですが、現在の化学ロケットなら1ヶ月で到着することは可能です。ただし積荷はホーマン軌道の数分の1に減ります。高速になれば乗員も食料も減らさなければなりません。帰りのロケットや火星での逆噴射燃料も増えます。
多分 現実の火星旅行なら、貨物や帰りのロケット・燃料などはあらかじめホーマン軌道で打ち上げて、人間だけが高速なロケットで行くのが正解なんでしょうね。人間が火星に到着した頃にはすでに荷物が別便で届いているというわけです。

Re:火星への観光旅行
メイ 2007/05/28(月) 23:46
詳しいご説明ありがとうございます!!
ちょっと根本的に考え方が違っていたみたいですね・・・(・u・;)

旅程のほかにも、火星の観光名所や、参加者に対する条件、注意事項等も科学的に示せ
と言われました。なんか本格的ですよね・・・笑
持っていく食糧のことも考えろとも先生は言っていたので
やはり私のより、もっと短期間で行ける方法を考えるべきなんだと思います。
ただ執拗にホーマン軌道とか12月25日の衝のことをヒントにしろとも言っていたので
コレを使えってことですかね・・・。頭がおかしくなりそうです。

お手数をおかけして申し訳ありませんが、どうぞよろしくお願いします。

Re:火星への観光旅行
ねこんた 2007/05/29(火) 22:35
まず下のURLをクリックして図を参照してください。
ホーマン軌道は青色の線です。地球も火星も反時計回りに公転しています。

http://www.geocities.jp/planetnekonta/photo/homan01.gif

図をご覧になったということで解説したいと思います。
計算は地球の軌道長半径ae=1.00 火星の軌道長半径am=1.52AUとして計算します。
また1年=365日 火星の公転周期=1.874年=684日とします。(実際は687日ですがam=1.52とすると684日になります。正確には1.523・・・とやらねばなりませんがそれをすると計算が非常に複雑になります。)
ホーマン軌道を通ると仮定して、宇宙船が出発するときの地球の位置をE1とします。ホーマン軌道は近日点を地球軌道 遠日点を火星軌道とする楕円軌道ですから、軌道長半径(平均距離)は1.26AUとなります。ケプラーの第三法則により公転周期は1.414年となります。
宇宙船は軌道を半周して火星M2に到着します。つまり地球を出発して0.707年(=258日)かかることになります。
火星の公転周期は684日ですから、258日は火星の0.377年にあたります。つまり258日で火星は135.8°公転します。
宇宙船が出発するのは火星がM1の位置(∠M1・SUN・M2=135.8°になる位置 つまり ∠E1・SUN・M1=44.2°)にあるときで、衝のときではありません。

Re:火星への観光旅行
ねこんた 2007/05/29(火) 22:50
火星が1日に太陽を公転する角速度は 360/684=0.5263°
地球が1日に太陽を公転する角速度は 360/365=0.9863°
つまり地球は1日に 0.9863−0.5263=0.46° 火星に追いつきます。
E1とM1のなす角が44.2°なのですから 44.2/0.46=96日 つまり衝の96日前に地球を出発しなければなりません。
12月25日が衝なのですから、その96日前 すなわち9月20日頃に地球を出発すれば良いことになります。258日かかって火星に到着するので 2008年6月5日頃になります。
このときの地球は 出発から258日後なので0.707年 すなわちE1から254.5°進んだE2にあります。
∠E2・SUN・M2=74.5°になります。

Re:火星への観光旅行
ねこんた 2007/05/29(火) 23:05
帰りについて考えましょう。
ホーマン軌道の残り半分を火星から地球に向けて移動します。
火星を出発してホーマン軌道を行くと、近日点に地球がある状態になるように火星での出発日を選ばねばなりません。帰りも258日かかります。
帰路は火星から見て地球が74.5°遅れた場所にあるとき出発しなければなりません。
到着したとき74.5°進んでいる地球が74.5°遅れた位置に来るためには、360−74.5-74.5=211°動かねばなりません。
上で地球は毎日0.46°火星に追いつくのですから211°動くためには 458日必要になります。火星に到着してから458日待たねばなりません。火星出発は2009年9月6日頃になります。そこから258日かかって地球に戻ります。

Re:火星への観光旅行
ねこんた 2007/05/29(火) 23:18
なお 計算はあくまで概算です。実際は地球軌道も火星軌道も楕円なので太陽からの距離が一定ではありません。地球の1年もホントは356.2422・・日です。
でもレポート程度なら大丈夫でしょう(多分w)
で 地球に帰ってくるのは2010年5月末になりますね。ほぼ2年8ヶ月の旅行です。

実際の旅行(トラベル)というか冒険(アドベンチャー)ですが、食料や水などは再利用するののが良いでしょうね。人間の排泄物を植物に与えて光合成をさせ、それを食物にするなどのリサイクルが必須でしょう。
また太陽や深宇宙からの宇宙線被爆に耐えられるようにしないと大変です。水は宇宙線を止めるので飲料水タンクを宇宙船の外殻にして人間は内部にいるとか考えないと命の危険もあります。火星でも多少大気はあってもオゾン層はないので有害な紫外線が当たり放題・・・危ないですね。半地下の施設などが必要でしょう。

Re:火星への観光旅行
ねこんた 2007/05/29(火) 23:34
地球の1年=365.2422の間違いですm(_ _)m

というわけで 観光の前に安全を確保しないと何も出来ません。火星旅行は月旅行の何十倍も金がかかりそうです。月なら往復1週間程度ですからね。時間が長くなるほど危険も増加します。
月よりはマシかもしれませんが大気が薄いので、隕石などが燃え尽きずにそのまま地表に到達します。もちろん米粒大のものでも当たれば即死でしょう。
火星では 水はありそうなので心配しなくてすみます。酸素も水を電気分解すれば作れそうです。大気は二酸化炭素ですから熱源があれば温室で植物は育てられそうですね。

それでも火星観光するなら
1.♪頭を黄雲の上に出しぃ〜オリンポス山
2.トレンチゲームも出来るマリネリス渓谷
3.水とドライアイスの南極冠
4.古代人が作ったシドニアの人面岩
5.バイキングやマーズパスファインダーなどの動かなくなった探査機に黙祷
6.地下水脈(あるかな?)
7.火星名物つむじ風

ってところでしょうか

Re:火星への観光旅行
ねこんた 2007/05/29(火) 23:42
ついでに もうちょっと火星まで早く到達する方法
現在のロケットは打ち上げて地球軌道を脱出するためにロケット噴射すれば、あとは勝手にコースに乗って慣性で飛んでいきます。途中でロケット噴射はしません。火星軌道に近づくと逆噴射でブレーキをかけます。これにも燃料が必要ですね。大量の燃料を使って地球を脱出する速度を上げ高速で行けば、火星軌道も高速で横切りますから、逆噴射にかかる燃料も大量になります。
小惑星探査機「はやぶさ」などに使われるイオンエンジンをつかえば、出力は小さいので一気の加速には向きませんが、長時間加速し続けられるというメリットがあるため、到着時間を短くできます。
うまく使えば半分くらいの時間で到達できると考えられています。

一気の加速だと人間が強いGに耐えられないかもしれません。

Re:火星への観光旅行
メイ 2007/05/30(水) 00:12
す・・・すごい・・・!!
こんなにすばらしい回答をいただけるとはただただ感謝です!!
衝と旅人算と角度のことを先生がヒントに出していたわけがやっと分かりました。
なるほど。そのまま衝を使うのではなく、そこからさらに計算しなくてはならなかったのですね!!
何から手をつけるべきか全く分からず、とりあえず衝を使って最初計算したのですが、
これですっきりしました!!(^u^)*

他の問いにもお答えくださってありがとうございます!!
なんか何もかも聞いてしまってむしろ申し訳ないです・・・汗
本当にありがとうございました!レポート頑張りますね!!


月の公転? 自転? [ RES ]
冷星 2007/05/07(月) 23:53
はじめまして。

最近、月の自転周期と地球との公転周期が同じということを知りました。
これは意外と珍しいことではなかったんですね。他の衛星でも同様に自転周期と回っている惑星の
公転周期が同じというパターンは多いというのは何かしら理由があるからなのでしょうか・・・?

そして月の自転周期や公転周期は、地球を回る月の公転軌道半径や、太陽を回る地球の公転軌道半径から求めることが出来るものなのでしょうか?
そのような場合どのような式や計算で求めることが出来るのでしょうか?
Re:月の公転? 自転?
ねこんた 2007/05/08(火) 21:46
はじめまして

>最近、月の自転周期と地球との公転周期が同じということを知りました。

これは 月の自転周期=月の公転周期(=1ヶ月 正確には1朔望月)です。地球の公転周期(=1年)ではありません。
地球以外にも 木星の4大衛星や土星のタイタン、冥王星とカロンなどたくさんの例が見つかっています。最近発見された地球に似た他の恒星の周囲を回る惑星なども、たぶん自転周期=公転周期 になっているはずです(確認はされていませんが)

こうなるには原因があります。今から40億年以上前 月ができたときは月は勝手な速度(つまり 自転周期≠公転周期)で自転していたはずです。そのときの月は今よりずっと地球に近かったはずです。その頃の地球の自転周期(1日)は8時間程度だったとされています。
月は地球に引力をおよぼします。その結果、地球の海水は月の方に引かれます。海水だけでなく岩石も少しですが変形して月の方に引かれます。このような力を潮汐力といいます。
潮汐力は海水を動かして地球の自転にブレーキをかけます。そのせいで地球の自転速度は少しずつ長くなり40億年後には現在の24時間になりました。
地球の80分の1の質量しかない月が、地球に潮汐力をおよぼすのですから、地球は月に対してものすごい潮汐力をおよぼします。そのせいで月の内部の岩石などが潮汐力によって動き、月の自転周期はどんどん遅くなりました。そのせいで、もっとも安定した自転周期・・・すなわち公転周期と等しくなってしまったのです。

現在でも月は地球に潮汐力をおよぼすので地球の自転速度は遅くなっています。遠い将来には地球と月は冥王星とカロンのように 互いに同じ面を向け合ったまま回るようになります。(多分100億年程度の時間がかかります)
地球は月に潮汐力をおよぼすので月の自転速度も遅くなります。しかし 自転周期=公転周期 となっているので、自転周期が遅くなるためには公転周期も長くならなければなりません。そのため月は地球から遠ざかっているのです。上で述べたような遠い未来には月は今の1.8倍ほど遠ざかります。太陽が膨張しなくても皆既日蝕はおこりません。

計算式ですが、地球・月の質量と距離から月の公転周期を求めることが出来ます。
面倒なので、下の●太陽・恒星の質量の求め方 を参考にしてください。公転周期と距離から質量を求める方法を記していますが、逆算すれば距離と質量から公転周期を求められます。

また 1:1だけじゃなく 2:3などの比になっているものもあります。こういった簡単な比を「共鳴」「尽数関係」「レゾナンス」といいます。太陽系内の天体例をあげていますのでご覧ください。(一度メニューに戻って「星のお話」からいけます) 

●尽数関係(レゾナンス)
http://www.geocities.jp/planetnekonta2/hanasi/resonance/resonance.html
●太陽質量・恒星質量の求め方
http://www.geocities.jp/planetnekonta2/hanasi/taiyoshitsuryo/taiyoshitsuryo.html

Re:月の公転? 自転?
冷星 2007/05/09(水) 21:34
興味深いサイト、ありがとうございました。
自転周期と公転周期の比についてもう少し自分で調べてみます。

長い年月で考えれば、そのうちに月が地球から離れてしまうと考えるとなんだかとても不思議な感じです。
100億年とはいえ、宇宙全体の時間の流れからするとあっという間なのかもしれませんね。


話は違いますが、星の質問箱で人工衛星についての質問はしてよろしいでしょうか・・・?
宇宙関連と言えど、少し的外れな気もしてしまい、少し迷っています・・・。

Re:月の公転? 自転?
ねこんた 2007/05/10(木) 08:26
>星の質問箱で人工衛星についての質問はしてよろしいでしょうか・・・?

わかる範囲でならお答えできると思います




 
 


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