太陽の寿命について

B1）現在燃えている太陽は、いずれ燃え尽きます。
その時期について、Netで調べると、次のような色々な意見が出ています。
C1）50億年後に、太陽の中心部で燃えている水素が無くなり、Heが溜り、太陽は膨張し始め、赤色巨星になる。太陽風の威力が増大し、水星、金星、地球、火星は、より外の軌道に飛ばされる。
その時地球は1000℃以上の高温になり、地球の全生物は死滅する。
太陽のガスも吹き飛ばされ、小さくなり、最後に核だけが残り、白色矮星になる。
太陽は、超新星爆発を起こすのに十分な質量を有していない為、爆発しない。

C2）17.5億年後に太陽は膨張を始め、地球の全生物は死滅する。

C3）23億年後に太陽は膨張を始める。

C4）63億年後に直径が約2倍になり、70億年後からは赤色巨星となり、約200倍に膨張する。

これらの記載中に、正しいと思われる記載はありますか。
いずれも、それを算出した機関は書いてません。
どれが正解に近いと思われますか？
NASAのような信頼性の高い世界の有名機関はどのような予測を出しているのでしょうか？

B2）今の太陽が、50億年後に膨張し始めた時、他の恒星の多くも終末期に入っているのではありませんか？
そうすると、太陽の死亡時期は、宇宙の死亡時期にもなります。
従って、50億年後までに、人類が他の惑星に移住する事を考える必要は、ないという事になります。
そういう考えで良いですか？

B3）現在の宇宙で、恒星の燃料である水素を生産している所はないから、いずれこの宇宙の水素は燃え尽きてなくなります。その時期は宇宙の死期ですが、今から何年後と推測されますか？
水素が燃え尽きたら、Heが残っていますが、先ずは、水素燃料の寿命を教えて下さい。

これらについて知っている人がおられたら教えて下さい。又はそれを書いているNet-Siteか文献を教えて下さい。

質問者からの補足コメント

• 

  水素が完全に燃え尽きるまでの期間はとても長く、不明でしょう。それで、「現在、宇宙にある水素の半分が燃え尽きる時期、　即ち、半減期は何億年位ですか？」に変えます。

    補足日時：2016/11/28 20:58

• 

  次の質問を追加します。
  B5）現在の太陽系の質量の99.8％以上は、太陽の質量であり、岩波、理化学事典によると、その原子数比は、H：He≒10：1です。従ってHの約1/10が燃え尽きた状態です。これで既に太陽の寿命の半分（50億年）が過ぎたといわれていますが、その計算の根拠を教えて下さい。
  
  B6）現在の太陽は、水素の何％を燃やしたら、赤色巨星になるのですか？
  太陽全体の何％ですか。太陽の中心部で何％ですか？
  
  知っている人がおられたら教えて下さい。又はそれを書いているNet-Siteか文献を教えて下さい。

    補足日時：2016/11/29 08:40

• 

  ・理化学事典の太陽系物質の原子数比率の値は信用できない？
  H：He＝27.9：2.72　で、3桁の有効数字で表示されており、これが今後大きく変動するとは思えません。太陽光線の分光Spectraをとり、その原子Spectra強度解析から求めたもので、信頼性の高い値と思いますが？。信頼性が低いと仰る根拠は何でしょうか。それは有効数字の1桁目までが、信用できないという事でしょうか？

    補足日時：2016/11/30 10:06

• 

  B7）太陽の寿命が100億年である事の計算根拠は、次のSiteに載ってました。
  http://enjoyzatugaku.web.fc2.com/kizi/taiyoulife …
  http://www.s-yamaga.jp/
  理化学事典によると、現在の太陽の放射Ene/s＝3.85×10^２６J/s、
  4個のHがHeに核融合変換した時の質量減少分＝４H の核融合Ene、として、
  水素1kgがHeになった時、E＝Mｃ^２より、その放出Ene＝6.47×10^１４　J/kg。
  これで1秒間のHの燃焼量＝3.85×10^２６/6.47×10^１４　＝6.0×10^１１ kg/s、
  1年＝3.15×10^7ｓなので、1年間の燃焼量は、1.9×10^１９ kg/年、
  太陽の質量＝2.0×10^30 kgとして、最初はそれが総てHだったと仮定するとそれが総て燃え尽きるのに1000億年かかる

    補足日時：2016/12/01 12:43

• 

  字数制限の為、前文の続きです。
  それが太陽の寿命という。
  現在は太陽が生れてから約50億年がたち、その1/20が燃え尽きた状態だから、H：He＝20:1になるはず。しかし、現在既に、H:He＝10：1であり、太陽が燃え尽きた状態だが、まだ燃えている。
  1/10の根拠が、不明瞭だからか？
  後50億年たつと、最大でH:He＝5：1。この時が太陽の寿命かな？。
  ±30億年の誤差を見積もると、あと、20～80億年が、太陽の寿命ですかね？。
  いずれにしても、有名な天文物理の研究機関からの発表は、何もないのでしょうか？
  誰も答えられる人がいない？あるのか、ないのか、Yes　or No　、の答えがない。

    補足日時：2016/12/01 12:46

• 上の連結部分で、次の1行が抜けていました。
  「その1/10が燃え尽きた時が太陽の寿命だから、太陽の寿命は100億年という。」

    補足日時：2016/12/01 14:01

• 追記。
  Heは４Hからできるから、現在の状態は、4/14＝0.286　で、約29％の水素が既に燃え尽きた状態といえます。「10％が燃え尽きた」ではなかった。14H →１０H＋１He、。

    補足日時：2016/12/01 14:13

• 

  B8）追加の質問。
  J1）該29％は、290億年分の燃料だから、最初の状態が全部Hだとすると、原始太陽ができてから現在は290億年になる。50億年ではない。
  J2）現在が本当に50億年だとすると、50億年分の燃料は5％だから、現在の太陽ができた時、
  29-5＝24で、24％のHが消費された状態でStartした事になります。これは16.7H → 12.7H＋1He　になるから、H:He＝12.7:1　の原子比率でStartした事になります。
  こういう計算で良いでしょうか？

    補足日時：2016/12/01 17:40

• No.5の回答に対して。
  J1）「太陽が生れた時にはHとHeの割合は数で10:1となる」、と書いてますが、
  理化学事典に書いてあるように、現在の状態が3ケタの精度で既に数で、「10:1」です。
  Your意見は、新説です。
  新説を述べられるなら、明確な根拠を示して述べて下さい。
  それがない回答は、チンピラの回答と思います。
  Youがチンピラでないなら、明確な根拠を示して回答して下さい。
  
  J2）「中心部にある水素の10％をHeに変換すると赤色巨星になる」と書いていますが。
  現在、既に(4/14=)28.6％の水素が燃え尽きた状態です。10％を超えているから、your説では太陽は既に赤色巨星になっているはず。チンピラ回答だと思います。

  No.5の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2016/12/03 11:59

No.11 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/12/12 00:05

「太陽の中心部では既に64％のHが燃え尽きている」が勘違いだってことに気付いてないのね.

No.10 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/12/11 00:16

おや, 「J2) がどっちなのか」すら書けないのかな? その程度で他人を「チンピラ」扱いですか?

No.9 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/12/06 12:13

あ, すみません, 指摘されて #5 の間違いに気づきました.

「中心部にある水素の10％をHeに変換すると赤色巨星になる」は明らかにおかしいです. ごめんなさい. 恒星が主系列にある間に, 「中心部にある水素」はほぼ使い切ります. その結果として中心部での「水素の核融合反応」が (ほぼ, あるいは完全に) 停止することが赤色巨星になる引き金になるので, 中心部に水素が残っていたらおかしいです.

その「中心部にある水素」が「恒星全体にある水素の 10 % くらい」なので, 「恒星全体としては」10 % くらいの水素を使ってしまうと赤色巨星になる, という流れ.

No.8 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/12/05 23:33

B9) そんなの知らん. 当人に聞け.

B10) 知らん. 興味があるなら自分で調べればよかろう.
B11) 「J2) の質問」ってどれ? 「J2）現在が本当に50億年だとすると、50億年分の燃料は5％だから、(以下略)」と「J2）「中心部にある水素の10％をHeに変換すると赤色巨星になる」と書いていますが。(以下略)」のどっち?

この回答へのお礼

J2）はNo.5に対するJ2です。

・太陽表面のH:Heの数比についての補足知識。
太陽表面といっても、光球の表面層、その上の彩層、更にその上のコロナ層、があり、そのどれを言っているかを規定しないと、夫々の組成は違う。太陽の重力により、一般にH比率は、コロナ層＞彩層＞光球＞光球内部、となる。凸レンズで太陽の実像を作り、その各部分でのSpectra分析すれば、夫々の値が求まるのだろう。光球内部は？、
・WIKIでは光球表面層の質量組成％を、水素 73.46 、He 24.85 、酸素 0.77、炭素 0.29としている。
数比で、H：He＝73.46：6.21＝11.82：1、これは太陽光のSpectra解析で得られた値だから、ほぼ正確。
太陽の全体の平均質量比率は、H = 70.683±2.5%、He = 27.431±6%、を与えており、こちらの値は現在でも、これだけのあいまいさを抱えている。光球の対流層の厚さは20万kmあり、そこは対流しているから組成は均一だという。理科年表でもそうなっている。
現在、WIKIは米国政府により強制閉鎖されており、見れないのは残念。WIKI-Leakと別にすべきだ。

追加の質問です。
B12）太陽の中心部では既に64％のHが燃え尽きているのに、一般に太陽はできてから46億年がたち、あと54億年燃え続けるという計算の根拠が不明。あと36％しか残っていないのだから、普通に考えれば、
64％：46億年＝36％：25.87億年で、残りは25.87億年になると思いますが？。
太陽があと何億年たてば中心部が燃え尽きて、膨張し始めるのかを根拠を明確にして答えられる人は誰もいませんか？

お礼日時：2016/12/11 11:46

No.7 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/12/05 12:37

#5 で 1か所間違えていたので訂正.

文献は
[1] 宇宙の進化 (放送大学講義)
じゃなくて
[1] 進化する宇宙 (放送大学講義)
でした.

内容には全く無関係だけどね.

No.6 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/12/05 00:16

とりあえず文献としては

[1] 宇宙の進化 (放送大学講義)
[2] 太陽 (シリーズ現代の天文学)
[3] 理科年表
を挙げておいて, と.

まず現在の太陽表面における水素量は
[1] 70 %
[2] 75 %
[3] 73.5 %
で, 太陽の外層部 (半径にして 30 % ほど) は対流層 [2] だからその部分における組成はほぼ同一. そこから下は輻射によってエネルギーを伝達していて, 外から半径 80 % くらいまでは徐々にヘリウムの割合が増える. 最も内側の半径 20 % 程度は核融合反応により水素をヘリウムに変換しているのでヘリウムは急激に増加し, 中心付近では質量のおよそ 2/3 がヘリウム [2, 3].

太陽に限らず恒星が誕生するときには一旦全球が対流層になる [1] ので組成は一様になると思ってよく, そこから時間がたったときに「恒星表面でヘリウムが増加する」というのは考えにくい (ここ突っ込むならヘリウムが増加する理由をプリーズ) ので, 現在の太陽表面における元素組成は誕生時の元素組成と比較して大きく変化するという根拠はない.

と書いておくけど, そもそも「岩波、理化学事典によると、その原子数比は、H：He≒10：1です。従ってHの約1/10が燃え尽きた状態です」とか「現在、既に(4/14=)28.6％の水素が燃え尽きた状態です」とかが誤解に基づいた話でしかないんだよな.... ひょっとすると気付いていないのかもしれんけど, 恒星には「種族」ってものがあるんだよね.

この回答へのお礼

回答有難うございます。

文献[1]は、PCでは、講義の目次レベルの記載しか確認できず。
[2]は、手元に本がないので確認できず。
[3]のみ、参照しました。理科年表は、日本の国立天文台が編集したものなので、信頼性が高い。
それによると、現在の太陽表面のHの質量比が、73％です。
理化学事典の値は、原子数比で、H：He＝27.9：2.72＝10.26:1は、質量比でH：He＝72:28です。[3]によると、太陽内部のH含量が低いので、全体の平均値は少し下がるとすれば、両者の値はほぼ一致しています。

それで追加の質問です。
B9）放送大学の講師は、国立天文台の人が担当しているのに、なぜ[1]と[3]で違った値を出しているのでしょうか？

B10）Hの質量％は、太陽半径の20％辺りで71％、10％辺りで56％、0％で36％になっている。太陽の深さ方向の元素組成比は、どのようにして区別して求めたものですか？。
Rev.Mod.Phys.の参考文献が書いてありますが、ご存知でしたら教えて下さい。

B11）太陽の中心部では、100-36＝64％の水素が既に燃え尽きております。J2）の質問に対しては矛盾したままですね？。

お礼日時：2016/12/05 16:50

No.5 回答者： Tacosan 回答日時： 2016/12/02 17:46

現在の知見でいうと

・恒星が主系列に入ったときには星全体でだいたい一様な元素分布を示す
・太陽表面では「水素:ヘリウム:その他」の質量比がだいたい 70:28:2
ということから「太陽が生まれたときには水素とヘリウムの割合は数にして 10:1」ということになります. そして, その水素のうち中心部にあるおよそ 10 % をヘリウムに変換すると中心部での核融合が停止して主系列から離れ赤色巨星への道をたどる (誕生から 100億年くらい) とされています.

No.4 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/11/30 10:49

#３です、再度のレス有り難うございます。

>H：He＝27.9：2.72
再度になりますが、太陽天文学は始まったばかりで、多くの「？」があります。元素比は比較的マシな方で、太陽の質量を水素とヘリウムに配分するとおよそこの値になります。この値は「仮に」使われています。それは幾度もクドく申し上げますが、太陽の「核」部分の重元素の構成比が全く分らないからです。ですので日本の太陽X線望遠鏡が非常に画期的なのです。それでも見えるのは表面から十分の一程度の深さです。太陽の「白色光」は地球のオゾン層で紫外線高振動数部分を外したものですが、それでもヘリウムの吸収が見えます。それ以外の部分は黒体輻射を見るしか無かった時代が五十年、宇宙船望遠鏡でようやく「事実に近い」太陽の姿が見えてきました。ご存知の様にX線望遠鏡で見ると太陽は大きな渦を巻いています、それがなぜか、内部構造にどの様に依存しているか、確実な、あるいは誰もが納得できる「仮説」は出来上がっていないのです。分っている事は核融合で発生するγ線とニュートリノが分けの分らない程多くの回数水素核(水素・重水素・三重水素・四重水素……)・ヘリウム核・重い核種と吸収・放射を繰り返した後ようやく表面に出て来ます、それはようやく分りました。しかし内部構造は分らないのです、そのためいつ赤色巨星になるか分らないのです。そもそも時間の尺度が我々の微少な尺度と一致していると仮定する事さえ危ういのです。

No.3 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/11/29 10:35

#２です。

レス有り難うございます。
>H：He≒10：1です。
これはまだ確定値では無いのです、表面と内部分布など「太陽学」は始まったばかりで「太陽ニュートリノ」さえようやく観測値が少な過ぎるのはなぜかの答えに近付いたばかり、本来ならスーパーカミオカンデは太陽ニュートリノだらけの筈。
>従ってHの約1/10が燃え尽きた状態です。
これも違うのです、我々の身体に重い元素がある様に、原始の太陽が燃え始めた時既にそれは、新星や超新星あるいは空間にあった水素の混ざり物で、多分1/20ぐらいしか燃えていないでしょう。もちろん赤色巨星になってしまうのでこの比は何の意味もありません。
>水素の何％を燃やしたら、赤色巨星になるのですか？
既に書いた「太陽(天文)学」は始まったばかりで、太陽の断面が分らないのです、太陽フレアが表面よりはるかに温度が高いのは電磁気学的な問題だろうと言われていますが、なぜそんな事になるのか分りません。
これはどんどん知識が増えている分野ですので、巨大な書店で本を探してください。それでも、国立天文台のサイトでも信用出来るか分らないのです。私のお答えはこの十年位の蓄積で、明日にはひっくり返る可能永大です。

No.2 回答者： doc_somday 回答日時： 2016/11/28 19:48

まず、赤色巨星に変るとき、水素はたっぷり残っています。

それは当たり前で、太陽は既に一度以上使われた星の残り物でできているのです、それなのにほとんどの成分は水素なのです。つまり水素は減っていくが無くなりはしないのです。
赤色巨星になった時地球は飲み込まれますが、その時太陽の現在の地球軌道上での密度は現在の地球の大気程度、もちろんそんな濃い気体の中を地球は公転できませんから、太陽に落ち込みます。
白色矮星になるメカニズムは分っています。核融合で鉄までは発熱反応ですが、そこから重い方は吸熱反応です、瞬時に起きるとは思われませんが、吸熱反応に変ると熱で支えられていた赤色巨星の構造全てが重力と釣り合わなくなり、次第に高速になりながら太陽に落下します。その時の密度は星が大きい程大きくなり、崩落していく環境は現在の地球大気を遥かに超えます。そんな状態で崩落が起こるとき爆縮が生じ巨大なエネルギーのかたまりになります。そこで新星が生じます、最初に触れた様に水素の大部分は吹き飛ばされますが、そっちの方が多いのです。白色巨星は元素の最も低いエネルギーレベルに全ての電子が落ち込み「パウリの排他律」が崩壊した状態です、それを引き起こすのは重力で、現象的には爆縮になります。少し大きめな星だと電子が原子核に落ち込んだ中性子星になり、超新星が生じます、この時も水素のほとんどは宇宙空間に放出されます。最後に待っているのがブラックホールで元々チャンドラセカール半径を超える星はブラックホールになりますが、それも星のほとんどは吹き飛ばされてしまいます。我々の世界を作っている重い元素はこれらの爆縮と同時に起きる爆発で宇宙に吹き飛ばされてここにあるのですが、度々申しますが水素はタップリ残っているので、私達の身体をつくる水が一体何度それらの爆縮爆発を経てきたかまるで分りません。なおいつ太陽が赤色巨星になるかははっきり言って、分りませんそれは赤色巨星の「定義」が明確で無いからで、「はい、今日から赤色巨星です」などという目安・定義はたとえあったとしても「合意」しかねるからです。だから「億年」単位でデタラメです。太陽学はようやく始まったばかりで、先は長く、多分人類もゴキブリも、ゼロから作り直される程の時間がかかるでしょう。