３．星の誕生・・・巨大な雲は収縮できるか。
最初の原子は水素とヘリウムである。水素は2個結合して水素分子となった。宇宙と同じ大きさの水素とヘリウムの混合ガスは、ゆらぎによってわずかな濃淡ができ、濃いところは、重力の中心となった。重力の中心は周りのガスを集め、より強い重力の中心となって成長し、恒星になった。宇宙の初期の分子雲中で最初にできた原始星の光は周りの分子雲により遮られ、はっきりと観測することができないため、文字通り霧につつまれている。
恒星の中心では高い温度と圧力により、核融合反応がおき、水素からヘリウムが作られた。やがて、ヘリウムの核ができるとさらに高温になり、より重い原子が生み出された。その中には酸素、炭素、窒素、珪素、鉄、塩素、ナトリウム、カリウムなど、現在の地球の表面に大量にある原子が含まれる。恒星の内部でできる最大の原子核を持つ元素は鉄である。やがて、重い原子がたまってくると、恒星は寿命を迎える。大きな恒星は急激に内部に向かって崩壊し、中心部の圧力が高まって逆に大爆発を起こし、自身を構成する物質を宇宙に放り出した。大爆発のエネルギーはもっと重い原子を作り出した。
宇宙初期ではおそらく物質の密度が高かったため巨大恒星が誕生し、それが超新星爆発で壊れるというサイクルを頻繁に繰り返していたに違いない。巨大恒星は太陽などよりずっと寿命が短く、数千万年のオーダーで一生を終えていた。おそらく宇宙誕生後10〜20億年には、巨大恒星の大爆発で、その周りの物質が吹き飛ばされ、巨大な空間と重いブラックホールができた。爆発が何度も繰り返され、まだ小さかった宇宙には大きな球状の空間がたくさんでき、物質はそのまわりに泡の膜のように（泡状構造）寄せ集められ、恒星の元となった。
30億年後には、宇宙の泡状構造に沿って、恒星がたくさん誕生し、銀河、銀河団や超銀河団ができた。現在の宇宙で観察される銀河、銀河団、あるいはそれ以上のスケールの大規模構造の元となった。
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ところで、微小な粒が太陽系サイズの巨大な雲を作っている場合、密度の高いところが重力の中心になって、そこに向かって微小な粒は落ちるのでしょうか。ニュートンの力学の方程式では質量の間に働く引力は質量の積に比例し、距離の二乗に反比例します。微小な粒は軽いし、宇宙規模であればそれぞれの距離も相当なものがあると推測され、分子雲はそう簡単には収縮できないように思います。
実際のところ、力学の方程式があり、その計算結果から収縮可能な分子雲の条件が決められていると思います。上述の泡構造ができるストーリーは、
(1)最初の恒星ができるころは宇宙のサイズが小さく、物質の密度が高い、つまり、密度の揺らぎは恒星を作り出すほどの高い密度の雲ができた。
(2)はじめの一群の恒星ができた。
(3)恒星が超新星爆発を起こし、爆風により、まわりに密度の高い部分ができた。
(4)その部分にまた恒星ができた。
(５)連鎖反応のように恒星が作られた。
(６)この連鎖反応は宇宙の物質密度が低くなると停止した。
(７)その後は現在に至るまでそれまでに蓄積された比較的大きな粒を核にして恒星系が作られている。
を仮定した私の創作です。
気体の分子は真空中に独立して存在します。しかし、液体や固体の分子は単独では存在できません。金属などの自由電子を発生するものは特にくっつきやすい性質を持ちます。分子や原子は「ねばねば」しているのです。おもに電磁気力による粘々で、粘々を引き離すのは温度によるブラウン運動であり、くっつくかどうかは周りの温度によって決まります。くっついた分子は空気中を漂い、ぶつかったらまたくっつき、成長します。成長は分子の密度が高ければ速くなります。宇宙の初期は水素とヘリウムの非常に薄い空気のほかに恒星から作られた液体や固体の微粒子が漂っていたと思われます。
空気中を漂うような液体または固体の微小な粒子をエアロゾルといいます。われわれの周りにあるエアロゾルは、その生成過程の違いから粉じんとかフューム、ミスト、ばいじんなどと呼ばれ、また気象学では、視程や色の違いなどから、霧、もや、煙霧、スモッグなどと呼びます。エアロゾル粒子は、粒径や化学組成、形状、光学的・電気的特性など多くの特徴があり、その性質はきわめて複雑です。例えば粒径についていえば、分子やイオンとほぼ等しい0.001μm＝1nm程度から花粉のような100μm程度まで約5桁にわたり、また個数濃度についても、清浄空気の10個/cm3程度から発生源近傍の数百万〜数百億個/cm3程度まで 7〜8 桁にもわたります。
エアロゾルは身近に登場します。たとえば、喘息の原因ともされている工場などから排出される煤塵やディーゼル車の排出ガスに含まれる粒子状物質があります。エンジンなどから直接出てくる微粒子と、硫黄酸化物(SOX)・窒素 酸化物(NOX)などのガス状物質から大気中で粒子状物質に変化する粒子があります。とくに、粒径が10μm以下のものをSPMと呼び、大気中に長時間滞留し、肺や気管の奥まで侵入して沈着し、呼吸器に悪影響を及ぼします。
エアロゾルの発生源は人工的な装置だけでなく、火山活動や、細かい土壌の粒子が風で舞い上げられたもの、波のしぶきが乾燥して微粒子となったものがあります。雲は無数の微小な水滴からできていますが、この水滴はエアロゾルが核となってできています。エアロゾルの個数や成分の変化によって、雲の生成量などが変化し、天気に影響します。また、大気中に浮遊しているエアロゾルが，日射（太陽放射）を散乱・吸収することによって、地表に到達する日射量が減少し、大気が得る熱エネルギーが減少します。エアロゾルは気候にも関わっています。
もうひとつ重要なエアロゾルを紹介します。風邪を引くと咳が出ますが、そのときの唾液も空気中で乾燥してエアロゾルになります。咳だけでなく、会話をしていてもエアロゾルはできます。ウイルスや細菌はエアロゾルを利用して感染します。エアロゾルの大きさ、包まれた病原体の乾燥に対する強さによって飛沫感染と空気感染とに分けられます。飛沫感染とは病原体が粘液などの水分で包まれた大き目の粒子で感染が起こることで、通常は１ｍ以内で起こります。一方、空気感染では周りの水分が蒸発した飛沫核によって感染が起こり、大きさも小さくなり、空気の流れにより広範囲に飛散します。通常、空気感染を起こすのはウイルスで、感染症にはインフルエンザ、麻疹、水痘などがあり、また、細菌では空調設備などを介した感染として最近問題になっているレジオネラ症が含まれます。
大きな分子雲が収縮すると温度が上がります。これは位置エネルギーによるもので、気体が圧縮されると温度が上がるのとは別の現象です。
つづく
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