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解決済みの質問

太陽の質量減少について

太陽は,荷電粒子や電磁波を放射して日々質量を
減少させていると認識しています。さて,電磁波
の放射による質量減少のみを考察の対象とするとき,
重力源としての太陽「質量」の減少は,次のうちどの
時点と考えることができるのでしょうか?
(1)核反応によって質量欠損が生じた時点
(2)質量をもった構成粒子の熱運動が電磁波の
  エネルギーに変わった時点
(3)電磁波が太陽表面から放射されて離れ去った時点

要するに,どこまでが重力源なのか?という質問です。
静止質量をもつ構成粒子のみか,粒子の熱運動の
エネルギーは含まれるか,電磁波のエネルギーも
含まれるのか? 一般相対論までのごく初歩的な知識の
準備があります。

投稿日時 - 2008-09-20 18:42:29

QNo.4343665

暇なときに回答ください

質問者が選んだベストアンサー

3 でしょうね.
「局所的に閉じ込められたエネルギー」は重力質量として作用することが簡単にわかります. ということは, その反作用として重力源にもなります.
1 や 2 では, またエネルギーが太陽の中に局在しています. ですから, 太陽の外から見ればそれは「太陽の質量」の一部です. これに対し 3 では既にエネルギーが太陽の外に出ていっていますから, このエネルギーは「太陽の質量」の一部にはなりません.
まあ, 「電磁波が自分より離れた」時点で「重力源としての質量」が減少する, というのが厳密かなぁ?

投稿日時 - 2008-09-21 12:08:53

お礼

回答ありがとうございます。
電磁波のエネルギーも重力源であるとのご理解と
読み取りました。反作用にふれられた点に納得
させられるものがありますね。

投稿日時 - 2008-09-21 14:05:46

ANo.4

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回答(7)

ANo.7

太陽の表面近くではガンマ線はそのまま出るでしょうし、
中性微子(ニュートリノ;これは質量を持っていることが
最近分かりましたね)は反応せずに出ます。

投稿日時 - 2008-09-21 18:00:05

ANo.6

熱は水素君のえさ。
光子は電子君が食うんじゃないんの?

投稿日時 - 2008-09-21 17:49:04

ANo.5

確かに「質量とエネルギーは等価である」ということがアインシュタインの
場の方程式導出の条件ですね。
しかし、いま問題にしているのは質量の減少です。核融合が起こった瞬間
反応物資である水素がヘリウムに変わると同時に生じるヘリウム等の運動
エネルギーや電磁波としてのエネルギーが保持される瞬間は、質量は保たれる
でしょうが、これはほんの一瞬であり、反応と同時に電磁エネルギーが放出
され(従って、エネルギーが保持されることはない)、その時から質量の減少
が起こると考えられるでしょう。
アインシュタインの重力方程式は、重力場の源をエネルギー密度との関係で
表したものであり、系外に逃れるエネルギーのことにまで言及しているもの
ではありません。

投稿日時 - 2008-09-21 14:10:33

お礼

再びのご回答ありがとうございました。
系内にある時点では,重力源とみなしてよいということですね。
粒子の運動エネルギーや電磁波のエネルギーが保持される…
「これはほんの一瞬」とありますが,そうでしょうか?
Wikipediaによりますと,太陽中心部での核融合の後に電磁波
として太陽表面から放出されるまでに十万年ほどかかるそうです。
その間,粒子の運動エネルギーになったり電磁波になったりを
くりかえしているようですね。

投稿日時 - 2008-09-21 17:11:03

ANo.3

質量の減少と、エネルギーの減少に分けて考える必要があります。
(1)は、より安定した原子核への核変換、つまり核融合反応時に質量の減少が起こります。
電磁波自身は、エネルギーはあっても質量がないと考えられているので、
(1)以外は質量減少とは関係ありません。
この放射された電磁波が、何物かによって吸収され、その物の質量を増加
させることがあっても、電磁波のエネルギーが質量に変わるのであって、
質量自体が移動したとは考えません。結果として質量の移動が起こっても、
エネルギーがその仲立ちをしていると考えてよいでしょう。

投稿日時 - 2008-09-21 10:29:37

お礼

回答ありがとうございます。
核反応により質量欠損が生じた時点で,重力源としての
質量はただちに減少するというご判断ですね。
すると,アインシュタインの重力場の方程式の右辺の
エネルギー・運動量テンソルに,電磁波のエネルギーは
含まれないという理解でよいのでしょうか?
また,粒子の熱運動のエネルギーはどう理解すればいい
のでしょうか?

投稿日時 - 2008-09-21 11:56:21

ANo.2

太陽定数を太陽からの距離から太陽表面面積でのエネルギーに変換。
このエネルギーを全表面積化。

E=mC^2から欠損分を算出。(熱量分だけ。)

つー事で、光速発射!!
の3ばん。つ^_^)つ

投稿日時 - 2008-09-20 20:27:39

お礼

毎度どうも。
ご回答ありがとうございます。
電磁波のエネルギーも重力源であると。

投稿日時 - 2008-09-20 21:55:20

少なくとも(3)は違うと思います。
また、電子や陽子を放出しているわけですが、太陽の表面を離れたからといってすぐに太陽による重力が減るというわけではないと思います。
例えば、ある瞬間にある数の陽子が太陽の表面から均等に飛び出たとします。その時点で離れた場所に観測者には太陽の重心も質量も変化したようには見えないと思います。この陽子が十分に太陽から離れて初めて質量、重力が減ったと見るべきでなないでしょうか?
もちろん質量欠損についてはその瞬間に影響があるはずです。

投稿日時 - 2008-09-20 19:04:30

お礼

早速の回答ありがとうございました。
少なくとも電磁波は重力源とならない。
また,質量欠損がただちに影響するということは,
その欠損分が粒子の熱運動や電磁波のエネルギーに
なった時点で重力源とはならないと理解されている
と読みました。

投稿日時 - 2008-09-20 19:39:31

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