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酸素がないのに太陽は燃えているのか?光、熱、炎の不思議

この記事の所要時間: 342

SF映画では、宇宙空間でドンパチが行われます。
派手に爆発したり炎上しますね。
とはいえ宇宙空間には酸素がないから燃えない!
そんな突っ込みもありそうです。
でも太陽などの恒星は燃えている?
その輝きや熱の正体は、いったい何なのでしょうか。

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燃えるとは

身近な現象ほど、正しく理解していないようです。
そもそも「燃える」とはどのようなことでしょうか。
つまり燃焼とは、空気中もしくは酸素のある場合に、
ある物質が光を発しながら別の物質に変わっていくことです。

ちなみに燃焼の3条件は、

1.燃える物質がある
2.引火点に達する
3.酸素がある

言い換えると、酸素と結合する、いわゆる酸化反応が燃焼です。

炎とは

一般的には炎があると、燃えている!思いますが、
炎とは、気体が燃えて起きる現象です。
そのため気体にならない物質は、燃えたとしても炎が出ません。
例えば鉄は燃えますが、炎を発しません。
とはいえ酸化鉄に変わるので、この反応は、燃焼です。
このように炎が出て燃えるとは、
地球上ではありがちですが、化学的には特別な状態です。

燃えなくても熱を発することはある

たき火に手を当てると、暖かいですね。
つまり物質が燃えると熱を発します。
この熱を燃焼熱と呼びます。
これは、反応前の物質が持つエネルギーと
反応後にできた物質が持つエネルギーの量に差があるためです。

とはいえ燃えなくても熱を発することがあります。
それこそ太陽がやっていることです。
化学反応によって熱が生まれれば、
それは発熱反応です。
燃えなくても起きています。
そのひとつが核融合反応です。
すなわちそれこそが、太陽で行われていることです。

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光はなぜ生まれるのか

光の話を厳密にしようとすると、複雑かつ面倒になります。
そもそも光とは、波であり、粒でもあります。
きわめて小さい物、いわゆる粒子の話になると、
私たちのサイズの話とは全く異なることが起きています。
いわゆる量子論の世界です。
とはいえ簡単に言えば、光とは、可視光線のことです。
広義では、見えない光、電磁波も光の一種です。
なお光が発する原理は、
反応する物質の根本である原子の中では電子が動いています。
この電子がある軌道から別の軌道へ移る際に、
変化したエネルギー分として電磁波を出します。
電磁波のうち人間が見える範囲、可視光線だと光と感じます。
すなわち人間に見える光が出る反応が、発光現象です。

太陽が輝く材料は何か

1億5000万キロメートルという遠く離れた太陽から地球まで
熱と光が届く理由は何でしょうか。
つまり太陽では何が起きているのかです。
太陽にある物質のほとんどは水素です。
水素が4つ結合することによってヘリウムが生まれます。
いわゆる核融合反応であり、この際に、光と熱を発します。

それが地球、遠く太陽系の果てまで届いています。
この場合酸素を使っていないので、酸化反応ではありません。
すなわち燃えていません。それでも光と熱は生まれます。
核融合反応をうまく調整することができれば、
こちらも発電の源としての可能性はあります。

太陽の寿命がわかります

太陽の仕組みがわかるようになって、まだ100年経っていません。
それまでは、なぜ太陽が輝き続けているのか?説明できませんでした。
地球上で想定される燃焼物で理論的に考えると、
太陽は既に燃え尽きている?3億年しか持たないはずでした。
1930年代に、核融合反応の理論が考案されました。
すなわち太陽のエネルギー源が核融合反応だとわかったのです。
そうすると、太陽の寿命が計算できるようになります。
つまり太陽が生まれてから50億年経過し、
あと50億年反応を続けられるほどの水素がある!

酸素がなくても太陽が光り輝き、熱が生まれる仕組みです。

わかっていないことは意外と多い

光とは何か、体感的にはわかっていても、
仕組みや原理がわかっていないことは意外に多くあります。
そういう意味では、まだまだ人間の知識は不十分です。
これからもまだ、科学を研究する余地はあります。
世の中はわからないことだらけ!
ひとつのことがわかるにつれてどんどんわからなくなる。
だから科学は面白いし、多くの人を引き付けてきたのでしょう。

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たくと
たくと
生まれつき無関心な子供はいない! そう信じ、学習塾や講習会などで、 科学を楽しく解説しようと日々奮闘しています。 半世紀生きていますが、 気持ちは、今でも夢見る少年です。

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