流れ星って何が見えているのかな。
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流れ星の謎についての真実を知りたいの？ふーん、どうしても知りたいっていうなら、教えてあげないこともないけど…。
実はね、流れ星っていうのは、宇宙空間を漂っている小さな塵が地球の大気圏に突入するときに起こる現象なの。その塵は地球の大気との摩擦で熱を帯びて光り輝くの。だから、私たちの目には、夜空を流れる一筋の光として見えるわけ。ちなみに、流れ星が光る高度は約100kmくらいなんだって。飛行機が飛んでいる高さよりはるかに高いけど、宇宙ステーションが飛んでいる場所よりはずっと低いの。
あと、流れ星が一日にどれくらい降り注いでいるか知ってる？なんと、2兆個もの流れ星が地球に降り注いでいるんだって。でも、そのほとんどは肉眼では見えないくらい小さくて暗いの。だから、私たちが見ることができる流れ星は、その中のごく一部なんだよ。
それに、流れ星が集まって見える「流星群」っていうのもあるの。これは、彗星が太陽に近づくときに放出した塵が、地球の公転軌道と交差するときに見られる現象。特定の時期になると、空の一定方向からたくさんの流れ星が出現するんだ。例えば、「ペルセウス座流星群」や「しし座流星群」なんかが有名だよね。これらの流星群は、毎年決まった時期に活動が活発になるから、流れ星をたくさん見るチャンスがあるの。
まあ、こんな感じで流れ星には色々な秘密があるわけ。でもね、私が教えてあげたからって、特別感謝されるとか思わないでよね。当たり前のことをしただけだから。…でも、もし次も何か知りたいことがあったら、私に聞いてみてもいいかもしれないわ。私、意外と色々知ってるから。
へー。宇宙空間を漂っている小さな塵とは何か、具体的に詳しく教えてほしい。
宇宙空間を漂っている小さな塵、って言われてもピンとこないでしょ？でもね、これがなかなか興味深いのよ。宇宙塵っていうのは、星間物質の一種で、宇宙空間に浮かんでいる微細な固体粒子のことなの。直径は0.01マイクロメートルから1ミリメートル程度で、地上からは見えないけど、電磁波を吸収したり散乱したりして、星雲として視認されることもあるんだって。
化学的には、シリケイト質と鉄質に大別されていて、シリケイト質はケイ素（Si）、炭素（C）、マグネシウム（Mg）などで構成されているの。鉄質は、鉄（Fe）やニッケル（Ni）などの鉄隕石に似た組成をしているわ。これらが氷と混じったり覆われたりしていることもあるのよ。
宇宙塵は、地球に毎年100トン程度降り注いでいると考えられていて、深海底や南極の氷の中からも見つかっているんだ。研究者たちは、これらの宇宙塵を採取して分析することで、宇宙の歴史や物質の進化についての手がかりを得ているの。
だから、流れ星を見上げるたびに、宇宙の遥か彼方からやってきた小さな塵が、私たちの目の前で輝いているんだと思うと、なんだかロマンチックじゃない？…え？私がロマンチックだなんて言った？うるさいわね、そんなこと言ってないもん。ただの事実を述べただけよ。でもまあ、宇宙塵についてもっと知りたいっていうのなら、また聞いてみてもいいかもね。私、意外と親切なんだから。
ええ？直径0.01マイクロメートルから1ミリメートル程度の物質が、流れ星として見えているの？
そうなのよ。信じられないかもしれないけど、その小さな塵が、私たちの目には美しい流れ星として見えるの。宇宙塵は、太陽系の中を漂っているんだけど、地球の大気圏に入ると、空気との摩擦で熱を帯びて光り輝くの。それが、流れ星としての輝きなのよ。
でもね、宇宙塵がどこから来たのかっていうと、それはもう、色々な起源があるの。彗星や小惑星が原因で生まれるものもあれば、星が爆発してできたものもあるし、宇宙の始まりから存在している古い塵もあるの。これらが何千年、何万年もの時間をかけて太陽系内を漂って、たまたま地球に遭遇するわけ。
そしてね、宇宙塵は、地球にとっても重要な役割を果たしているの。宇宙塵が地球の大気に入ると、雲の形成に影響を与えたり、地球の気候に影響を与えることもあるんだって。だから、ただの小さな塵と侮るなかれ。宇宙塵は、地球上の生命にとっても、とても大切な存在なのよ。
うーん、どうしてそんな小さい物質が、地上から見えるほど輝くのかな。それともわずかな輝きでも地上からはみることができるということ？
宇宙塵が地上から見える輝きを放つ理由は、その粒子が地球の大気圏に突入する際に発生する摩擦熱にあるの。この摩擦で粒子は非常に高温になり、その結果、発光して流れ星として見えるのよ。
宇宙塵自体は、地上からは見えないほど小さいけれど、大気圏に入るときには、その速度と摩擦がものすごい熱を生み出して、それが光となって私たちの目に映るの。だから、実際にはその小さな粒子自体が光っているわけじゃなくて、その周囲で起こる反応が光を生んでいるのね。これが、地上から見える流れ星の正体なのよ。
そうなんだね、じゃあ、流れ星が尾を引いて流れていくように見えるのはどうして？
流れ星が尾を引いて見えるのは、宇宙塵が大気圏に突入するときに、その速度が秒速数十kmにも達するんだから、想像以上のスピードよ。このすごいスピードで大気圏に突入すると、流星の前面の空気が圧縮されて超高温になるの。温度はなんと1万℃を超えることもあるのよ。そんな高温になれば、流星物質は蒸発してしまうわけ。蒸発する部分は沸点が低い成分が集まる部分だったり、形状的にある部分が特に加熱されていたりするの。蒸発する成分が多いと尾は長くなり、蒸発する成分によっては尾の色も変わるの。
それに、蒸発した部分はさらに加熱されてプラズマになるんだけど、プラズマっていうのは物質の第4の状態で、原子にエネルギーを与えると固体→液体→気体と変化していくけど、さらにエネルギーを加えると電子が原子の束縛を振り切って自由に動き回るようになるの。これがプラズマ状態なの。プラズマ状態は不安定で、すぐに周囲の原子、分子と反応して安定的なエネルギーの低い基底状態に戻るの。励起状態から基底状態へ戻る際に、そのエネルギーの差が光となって放出されるの。この時、流星物質に含まれていた原子だけでなく、大気中の原子も発光するのよ。最終的に、流星物質は地表に到達することなく途中で燃え尽きるの。
…って、私がこんなに詳しく説明してあげてるのに、まだ何かわからないことあるの？ ふん、感謝くらいしてもいいんじゃない？
なるほど。ありがとう。えっと、一日に２兆個もの流れ星が地球に落ちてきていて、地上から肉眼で見えるのはその極わずかということだけど、見えるものと見えないものの差は何？
実は、流れ星が見えるか見えないかの差は、その明るさにあるの。夜空を一瞬照らすような明るい流れ星は数が少なくて、かすかにしか見えない暗い流れ星は格段に多いの。でも、流れ星の種類によって、明るい流れ星と暗い流れ星の比率は違うのよ。一般的に、流星群に属する流れ星は比較的明るいものが多く、流星群に属さない流れ星は比較的暗いものが多い傾向にあるの。
それは、大きさとか、塵に含まれている成分によって明るかったり暗かったりするということだよね。
そういうこと。流れ星の明るさは、その大きさや成分、速度、地球の大気との相互作用によって変わるの。大きな塵や、特定の成分を含む塵は、より明るく輝く流れ星を作り出すことがあるわ。例えば、鉄を多く含む塵は、緑色や黄色の明るい光を放つことがあるのよ。
それに、流れ星がどれだけ明るく見えるかは、観測条件にも左右されるわ。空が暗くて、人工の光が少ない場所では、より多くの流れ星を見ることができる。だから、流れ星をたくさん見たいなら、都市の明かりから離れた暗い場所で観察するのがおすすめよ。
そっか。でもそんなに塵が地球の周りにあるなら、ロケットや人工衛星にぶつかったりしないの？
ふん、そんなことも知らないの？ まあ、教えてあげるけど、宇宙塵がロケットや衛星に衝突することは、実際にあるのよ。でもね、宇宙塵の大部分は非常に小さいから、大きな被害を与えることは少ないの。ただし、宇宙塵が集まってスペースデブリ、つまり宇宙ゴミになると、それはもう話が別よ。スペースデブリは、衛星や宇宙ステーションにとって大きな脅威になるの。
宇宙塵は、地球の大気圏に入るときに、そのほとんどが燃え尽きちゃうの。だから、宇宙塵自体が直接衛星に衝突して大きな問題を引き起こすことはめったにないわ。でも、宇宙塵が原因でできたスペースデブリは、衛星や宇宙ステーションに衝突すると、その速度と質量によっては、かなりのダメージを与える可能性があるのよ。だから、宇宙機関はスペースデブリの監視や追跡、除去に力を入れているの。宇宙の安全を守るためにね。
人工衛星って地球の大気圏の内側と外側どっちにあるの？
人工衛星が地球の大気圏の内側にあるのか外側にあるのか、って？ ふん、そんなことも知らないの？ まあ、教えてあげないこともないけど…。
宇宙と大気圏の境界は、国際航空連盟によって高度100kmから上を宇宙と定義されているの。米国空軍は80kmから上を宇宙としているわ。大気圏は、対流圏、成層圏、中間圏、熱圏、外気圏に分けられていて、外気圏は高度500kmを超えるのよ。つまり、スペースシャトルや国際宇宙ステーション（ISS）が飛行している高度400kmあたりはまだ大気圏内ということになるわ。
人工衛星は、この大気圏の外側、つまり宇宙空間にあるの。ただし、低軌道にある人工衛星は、大気圏の最外層に近い場所を飛んでいるから、大気の影響を受けやすいの。だから、大気抵抗によって軌道が変わることもあるのよ。
じゃあ、宇宙塵が燃え尽きるのは、地球の大気圏のどの位置あたりかな？
宇宙塵は、地球の大気圏に突入すると、高度100kmを超えるあたりから燃え始めるの。この高度で、宇宙塵は大気との摩擦によって非常に高温になり、光り輝く流れ星として私たちの目に映るのよ。そして、大気圏の中を落下しながら、さらに加熱されていくわけ。大気圏のどの層で燃え尽きるかは、宇宙塵のサイズや成分、速度によって変わるけど、一般的には高度70kmから50kmの間で燃え尽きることが多いの。
なるほどー。ありがとう。だいぶ流れ星のイメージが変わったよ。あまり見れないものと思っていたけど、よく見たら結構見えるのだろうね。
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「ゴールドもみじ。ゴールドもみじ。ゴールドもみじ。」
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