高校地学基礎 太陽の構造とエネルギー—内部と表面の現象を区別して説明する｜武蔵野個別指導塾

黒点が暗く見える理由と核融合が起こる場所を、太陽の層や現象の模式図から整理し、答案で使い分ける太陽の構造を整理します。

よくあるのは、高校生が太陽の写真にある黒点を、光を出さない穴だと考える場面です。周囲より暗いことは写真から読み取れますが、それだけで光を出していないとは決められません。見えている部分の名前と、その明暗を比べる相手を確かめると、説明の道筋が見えてきます。まず学校の範囲表と授業ノート、ワーク、小テストで、太陽についてどの語を学んだか確認してください。

答案で問われる3つの区別

1つ目は位置の区別です。太陽の内部でエネルギーが生じる場所と、ふだん太陽の表面として見える層を取り違えないかが問われます。図に名称を入れる問題では、中心から外側へ目を動かし、指示線の先が層なのか、その層に現れる現象なのかも見ます。名称を暗記していても、位置が逆なら適切な答えにはなりません。

2つ目は明暗の理由です。黒点は光球の周囲に比べて温度が低いため、周りより暗く見えます。相対的に暗いという観察と、周囲より低温という説明をつなげます。黒点が光を出さない穴である、という結論は導けません。

3つ目は現象の対応です。太陽の縁から突き出して見えるプロミネンスと、外側に広がるコロナを図や文章で区別します。問いが「どこか」を求めるのか、「なぜそう見えるか」を求めるのかを先に確かめると、必要な言葉を選びやすくなります。核融合の反応式や温度の数値はここでは扱いません。

内部から外側へたどる

太陽は自ら光を出す恒星です。そのエネルギーの源は、中心部で起こる核融合です。水素の原子核が結びついてヘリウムの原子核ができる過程でエネルギーが放出されます。中心部という場所と、核融合という過程を一組にして覚えます。燃料が燃えるという日常の言い方だけでは、原子核の変化を示せません。

図1は太陽の構造と現象の位置関係を示す模式図です。実際の厚さや大きさを縮尺どおりに描いた図ではありません。中心部で生じたエネルギーは内部を外へ伝わり、表面から放射として宇宙へ出ていきます。エネルギーが生じる場所と光として見える場所は、同じ位置ではありません。

図1のように、ふだん太陽の表面として見えるのは光球です。黒点はその光球に現れ、周囲と比べて暗く見える部分です。暗さは周囲との比較であり、黒点も光を出しています。図に描いた円は穴の深さを示すものではなく、位置を示す印です。

光球の外側には彩層があり、さらに外側には高温のコロナが広がります。プロミネンスは彩層からコロナに向かって伸びるように見える、ガスの構造です。彩層やコロナは光球のまぶしさのため、ふだんは観察しにくい部分です。層の名称と、その付近に見える現象の名称を別の種類の言葉として整理すると、同じ欄に並んでいても混同しにくくなります。

図を読むときの手順

模式図には、太陽の層を見分けやすくするための色や線が使われます。まず図の説明を読み、色が実際の見た目を表すのか、場所を区別する記号なのかを判断します。図1の色は位置を区別するためのもので、中心部や彩層をその色で直接観察したという意味ではありません。図の大きさから層の厚さを測ることもできません。

次に、指示線の先を確かめます。光球を指す線と黒点を指す線が近くても、光球は表面として見える層、黒点はそこに現れる暗い部分です。同じように、コロナとプロミネンスも外側という位置だけでは区別できません。名称の横に「層」や「現象」と小さく書き添えて整理すると、答える対象が見えます。

記述問題では、観察できることと、その理由を分けます。写真で周囲より暗いことは見えますが、暗い部分が光を全く出していないかどうかは、その写真だけから決められません。学んだ温度の比較を使い、見え方の理由を説明します。資料から読めることを超えて穴の深さや実際の温度を推測しないことも、正しい読み取りの一部です。

基本例題：黒点の説明を直す

次は自作の問題です。ある模式図では、光球の明るい部分の中に黒点を描いています。生徒の説明「黒点は光球に開いた、光を出さない穴なので黒い」を、光球、周囲、温度、光の4語を使い、黒点の見え方について正しく書き直してください。図2はこの問題の比較関係を表します。

まず、図2で比べる対象を確認します。明るい部分は光球の周囲、暗く描かれた部分は黒点です。同じ光球上の部分どうしを比べており、太陽の外の暗い空と黒点を比べる問題ではありません。図の色は明暗を区別するための表現で、実際に光がゼロであることを表してはいません。

次に、問題の説明を2つに分けます。「光を出さない穴」と「黒く見える理由」です。前者は誤りです。黒点は周囲より暗く見えますが、それ自身も光を出します。後者は、光球の周囲より温度が低いことを使って説明します。黒点の温度が周囲より低いという比較を省くと、なぜ同じ光球の中で暗く見えるかが伝わりません。

答案例は「黒点は光球に現れ、周囲より温度が低いため暗く見えますが、黒点自身も光を出しています」です。指定された4語を確かめると、光球は場所、周囲は比較相手、温度は明暗の理由、光は穴という誤解を直すために使われています。答えを図へ戻して、黒点を光球の外や中心部に置いていないかも確認します。

もし「黒点は冷たいから黒い」とだけ書いた場合、どこと比べて低温なのかが不明です。また「暗いから温度が低い」は観察からの判断としては使えても、見え方の理由を問う答案では因果の向きを明確にしたいところです。周囲より低温であることを先に述べ、その結果として暗く見えるとつなぎます。

少し難しい例題：層と現象を選び分ける

次の自作問題では、太陽の模式図にAからDまでの指示があります。Aは中心部、Bはふだん表面として見える部分、CはBの外側の層、Dはさらに外側に広がる部分です。別に、B上の暗い部分をE、縁から外側に伸びるガスの構造をFとします。AからFについて、核融合が起こる場所、光球、彩層、コロナ、黒点、プロミネンスをそれぞれ1つずつ対応させてください。さらにAとBの役割の違いを、エネルギーと放射の2語を使って説明してください。

まずAは中心部なので、核融合が起こる場所です。Bはふだん表面として見える光球です。Bの外側のCは彩層、さらに外側のDはコロナです。Eは光球上の暗い部分なので黒点、Fは縁から伸びるガスの構造なのでプロミネンスです。したがって対応はAが核融合の場所、Bが光球、Cが彩層、Dがコロナ、Eが黒点、Fがプロミネンスです。

役割の説明例は「Aの中心部では核融合によってエネルギーが生じ、Bの光球からはエネルギーが放射として外へ出ます」です。中心部で光が作られたという短い記述だけでは、外へ伝わった後に光球から放射されることとの区別が曖昧になります。逆に、光球が見えるという事実から核融合も光球で起こると推論することはできません。

分かれ目は、CとDのような層を問う指示と、EとFのような現象を問う指示を見分けることです。外側にあるという共通点だけを頼りにすると、コロナとプロミネンスを入れ替えやすくなります。答えを問題の条件に戻し、Dが広がる部分、Fが伸びる構造に対応しているかを確かめます。模式図の見た目だけで厚さや実際の形を決める必要はありません。

誤答から位置と理由を直す

図3は、中心部と光球を混同する誤答の修正を表します。「光球が明るいので、核融合は光球で起こる」という答えは、見える場所とエネルギーが生じる場所を同じと考えたものです。光球が明るいという観察は正しいものの、核融合の場所は中心部です。中心部で生じたエネルギーが外側に伝わることを間に入れると、観察と説明がつながります。

図3のように、中心部から光球へ向かう矢印はエネルギーが伝わる向きです。光球から中心部へ核融合が移ることを示していません。修正後は「核融合は中心部で起こり、エネルギーは外側へ伝わって光球から放射されます」と書きます。問いが場所だけを求めるなら「中心部」と簡潔に答え、理由も求められたときに伝達を添えます。

別の誤りは「黒点は温度が低いので光を出さない」です。温度の比較から、周囲より暗く見えることは説明できますが、光を出さないという結論までは言えません。「周囲より低温で、周囲より暗く見えるが、光を出している」と直します。比較する語を答案に入れると、明暗の程度を絶対的な有無に変えてしまう失敗を防げます。

「プロミネンスはコロナそのもの」という答えも区別が必要です。コロナは光球より外側に広がる部分で、プロミネンスは外側に伸びるガスの構造です。どちらも外側に見えることを認めたうえで、広がる層と個々の構造を分けて書きます。名称が似ていなくても、位置だけで分類すると誤りが起きます。

練習：図の言葉を答案に移す

次の4問は自作です。先にすべて解き、後の解答と比べてください。記述では指定された語を含め、何について説明しているかも明らかにします。

1. 太陽の中心部で、水素の原子核からヘリウムの原子核ができる過程を何と呼びますか。また、この過程でエネルギーがどうなるかを1文で答えてください。
2. 太陽のふだん見える表面をX、その外側の層をY、さらに外側に広がる部分をZとします。X、Y、Zの名称をそれぞれ答えてください。
3. 光球の写真を見た人が「黒点は周囲より暗いから光を出していない」と述べました。この説明を、周囲、温度、光の3語を使って訂正してください。
4. 太陽の縁から外側に伸びるガスの構造を見た人が、それをコロナと呼びました。この構造の名称を答え、コロナとの違いを「広がる部分」「伸びる構造」の2つの表現を使って説明してください。

解答と確かめ方

1. 核融合です。水素の原子核が結びついてヘリウムの原子核ができる過程で、エネルギーが放出されます。条件に戻すと、場所は中心部であり、光球の明るさをその場での核融合と誤認していません。放射される場所を尋ねる問題とは区別します。

2. Xは光球、Yは彩層、Zはコロナです。Xから外へ向けて読み直すと、光球の外に彩層、そのさらに外にコロナという条件に合います。黒点やプロミネンスは現象の名称なので、この設問で求めた3つの層の欄には入れません。指示線が指す対象を確認してから名称を書くと順序の逆転を避けられます。

3. 「黒点は周囲より温度が低いため暗く見えますが、黒点も光を出しています」です。問題の観察である「周囲より暗い」は残し、光を出さないという結論を直しています。周囲より温度が低いことを理由に戻すと、暗く見えるという観察と矛盾しません。黒点を光球の外の穴として扱っていないかも点検します。

4. 名称はプロミネンスです。「コロナは太陽の外側に広がる部分で、プロミネンスは縁から外側に伸びる構造です」と説明できます。問題の構造が縁から伸びるという条件に合うことを確かめてください。コロナの中やその方向に見えることと、コロナ全体と同じものだとすることは別です。

要点を手元に残す

中心部の核融合でエネルギーが生じ、外側へ伝わります。
光球はふだん表面として見える部分です。
黒点は光球上で周囲より低温のため暗く見え、光も出します。
彩層の外側にコロナが広がり、プロミネンスは外側へ伸びるガスの構造です。

つまずきを答案から見つける

用語を覚えていても、答案に比較相手がなければ黒点の暗さを説明できているか判断しにくくなります。黒点の文に「周囲より」と「温度」があるか、さらに光を出すことと矛盾していないかを見直してください。図の問題では、指示線の先が中心部か光球か、層か現象かを声に出して確かめると、取り違えた箇所を見つけやすくなります。

個別指導で確かめるなら、まず生徒自身に模式図へ名称を書いてもらい、次に中心部から光球へエネルギーの向きを矢印で示してもらいます。誤った矢印があれば、明るく見える位置と核融合が起こる位置を別々に尋ねます。最後に黒点の説明を一文で書き直し、比較と因果がつながっているかを確認します。太陽の現象は、位置と見え方を分けると説明しやすくなります。