はじめに 千葉大学教授鶴岡義彦 新学習指導要領では 理数教育の充実が謳われ 中学校理科の授業時数が約 33% 増えました 科学技術時代に生きる市民の基礎教育として 中学校の理科は大変重要です しかしながら 直ちに理科教師を 33% 増員することは丌可能でしょうし 生徒指導や課外活動の指導にもかなり重

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1 天の北極H H H O H H O O H H H O H O H 北極 α A β B β α O 赤道千葉市教育センター

2 はじめに 千葉大学教授鶴岡義彦 新学習指導要領では 理数教育の充実が謳われ 中学校理科の授業時数が約 33% 増えました 科学技術時代に生きる市民の基礎教育として 中学校の理科は大変重要です しかしながら 直ちに理科教師を 33% 増員することは丌可能でしょうし 生徒指導や課外活動の指導にもかなり重い負担がかかる先生方にとって 物理から地学までの全領域について自信をもって指導することは容易いことではないでしょう 本書 Q&A 方式でよくわかる理科教師のための基礎知識 は 尐しでもそうした先生方の手助けになりたいとの思いから編集されたものです ところで私は 大学の授業で 教師を目指す学生に対して基礎的な質問をすることがあります 物の温度は何度まで上げられますか また何度まで下げられますか? 小学校で種子の発芽の三条件 ( 水 空気 適温 ) を学ぶが これらはなぜ必要ですか? どちらも 大学生にとって高度な質問ではないはずですが これらにすぐさま正答できる学生は多くありません なかなか 明快で深い理解 構造的な理解は難しいことのようです また 大学レベルの自然科学は 義務教育段階の理科授業にとって そのままでは直接的なバックグラウンドにはなりにくい面があります 本書には 中学校理科の内容に関連ある基礎的な知識が Q&Aの形でまとめてあります そして使いやすいように 分野別 学年順に配置してあります 皆さんの同僚であり力のある先生方が集まって 議論を重ね 執筆に当たりました 生徒達の疑問に答える内容が多いはずです また本書を身近に置いて活用すれば 先生方自身が 日々の理科授業を進める上で これまで以上に自信が持てるようになるはずです もちろん生徒達の疑問や先生方の疑問のすべてに応える内容とはなっていないでしょう そうした場合や記載内容 記載方式に疑問や提案がおありの場合は 先生方の中で議論し合ったり 教育センターにお伝え下さったりすれば幸いです また 今回の新学習指導要領が理科教育に求めるものすべてに対して 本書だけで応えることはできません 実社会 実生活に関連する内容の充実 持続可能な社会の構築への寄不 言語活動の充実 等々については 念頭には置いてありますが まだ十分とは言えないでしょう 皆さん自身で肉づけしていただければ幸いです 最後になりますが ご多忙にも拘わらず 本書の編集 執筆にご尽力下さった方々に 感謝と 敬意を表します 本市は 科学都市ちば を目指しています それを実現するための核の一つは学校での理科 教育のはずです 先生方が本書を身近に置き気軽に活用して下さることこそ 理科教育のち ば 科学都市ちば の実現に寄不するものであると確信しています

3 本書の使い方 生徒にとって わかる授業 を進めていくためには 先生方が次のような要件を備えて授業に臨む必要があります (1) 学習指導要領に示された学習目標をきちんと理解している (2) 指導する科学概念について正しい認識をもっている これらをサポートするために 本書では次のような構成となっています 1 学習目標を確認する 各学年 単元領域の最初には 学習指導要領にある 学習目標 が示してあります これにより ここで指導すべき内容と生徒に何を身に付けさせなければならないかを確認することができます 例 1 学習目標 (1) 化合 分解などにおける物質の変化やその量的な関係について理解させる (2) 化学変化を原子や分子のモデルと関連付けてみる見方や考え方を養う 2 重要用語を確認する 教科書に出てくる 学習キーワード が示されています それぞれのキーワードを見ながら どのような題材でどのような授業をし どのように説明するかを考えてください うまく説明ができないものは 授業でも生徒にわかりやすく指導できないものです 十分な教材研究が必要です 例 2 学習キーワード 粒子の存在 粒子の結合 粒子の保存性 粒子のもつエネルギー ( 熱 ) 分解 化学変化 ( 化学反応 ) 質量保存の法則 発熱反応 電気分解 化合 定比例の法則 吸熱反応 原子 分子 周期表 単体 化合物 酸化 還元 燃焼

4 3 科学概念を確認する 学習キーワードに関連し 指導のための基礎知識 Q & A として生徒がもつであろう素朴な質問を Q で示しています この質問に答える形で 最初に端的な解答を示し その後 該当する科学概念を詳しく説明しています ただし 高度な数式等はいっさい使っていません Q の質問に解説を見ないでも答えられる人は かなり力のある先生です この質問は素朴なものですが 本質的な科学概念をよく理解していないと簡単には説明できないものです 解説を読むことにより これまで曖昧だった概念や誤っていた認識を明確にすることができます さらに 詳しく知りたい先生はこれをきっかけに専門書に目を通してみてください 例 3 指導のための基礎知識 Q & A 1 質問形式で問題提示 Q 9 原子と元素は同じ意味ですか? 違う 原子は物質を構成している最小の粒子であり化学的な性質が異なるものが 2 まず簡潔に説明 3 さらに詳しく説明 元素の種類は 100 種類ほどある しかし 化学的性質が同じ原子でもその質量が異なる もの ( 同位体 ) があるので 原子の種類は 100 種類をはるかに越える 4 新たにに出てきた重要用語について説明同位体同じ元素の原子で 質量数 ( 原子核中の陽子の数と中性子の数の和 ) が異なる原子どうしをいう 同位体が存在するのは 原子核内の陽子の数が同じで 中性子の数が異なる原子があるからである 5 知ってると得するミニ知識 原子の土星型モデル右図 9 は 長岡半太郎 (1865~ 1950 年 ) が提唱した 原子の土星型モデル といわれるものである 実際には 原子核のまわりの電子はいつも決まった平面的な軌道を回っているわけではない 原子の化学的な性質を説明するためには 電子は原子核をすっぽり包む雲 ( 電子雲 ) のように存在していると考える必要がある 図 9 原子のモデル図

5 目 次 はじめに Ⅰ 本書の使い方 Ⅱ 単位等資料 163 索引 166 物理分野 第 1 学年 身近な物理現象 Q 1 なぜ鏡は光を反射させることができるのですか? 1 Q 2 なぜ光は屈折するのですか? 2 Q 3 なぜ空は青いのですか? 4 Q 4 光ファイバーって何ですか? 4 Q 5 光の速さは 誰が いつ どのように測ったのですか? 6 Q 6 鏡は左右逆なのに なぜ上下は逆ではないのですか? 7 Q 7 宇宙で糸電話は使えるのですか? 7 Q 8 ドップラー効果って何ですか? 8 Q 9 若者にしか聞こえないモスキートーンって何ですか? 9 Q 10 超音波って何ですか? 1 0 Q 11 重力の発生する原因は何ですか? 1 0 Q 12 気体の重さはどうやってはかるのですか? 11 Q 13 なぜ飛行機は空を飛べるのですか? 11

6 第 2 学年 電流とその利用 Q 1 雷はどうやって発生するのですか? 1 4 Q 2 なぜこすると電気が発生するのですか? 15 Q 3 なぜ抵抗に電流を流すと 発熱するのですか? 16 Q 4 なぜ磁石につくのは鉄だけなのですか? 17 Q 5 なぜ磁石を切ると また N 極 S 極ができるのですか? 19 Q 6 なぜ蛍光灯は光るのですか? 20 Q 7 LED( 発光ダイオード ) では どうして節電できるのですか? 21 Q 8 AC アダプタって何ですか? 22 Q 9 太陽電池はどういうしくみなのですか? 23 Q 10 電波とはどんなものですか? どのようにして伝わるのですか? 24 Q 11 なぜ東日本と西日本で家庭用電流の周波数はちがうのですか? 26

7 第 3 学年 運動とエネルギー Q 1 遠心力って何ですか? 27 Q 2 ジュールとカロリーは何がちがうのですか? 28 Q 3 燃料電池って何ですか? 29 Q 4 蒸気機関ってどんなものですか? 31 Q 5 熱の伝わり方には どんなものがありますか? 32 Q 6 発電 ( 原子力 火力 水力 ) のしくみはどうなっているのですか? 33 Q 7 ペルチェ素子って何ですか? 36 Q 8 放射線って何ですか? 38 Q 9 変電所とは どんなことをするところですか? 40 Q 10 乾電池がなくなったとき 中はどうなっているのですか? 41 Q 11 超伝導って何ですか? 42 Q 12 人名が単位になるって本当ですか? 44

8 化学分野 第 1 学年 身の回りの物質 Q 1 加熱すると砂糖は燃えるのになぜ食塩は燃えないのですか? 45 Q 2 なぜ金属には展性や延性があるのですか? 46 Q 3 なぜ磁石に鉄がつくのですか? 47 Q 4 メスシリンダーや温度計はなぜ最小目盛りの 1 0 分の 1 まで読むのですか? 48 Q 5 なぜ水は氷になると体積が大きくなるのですか? 49 Q 6 なぜ物質は状態変化するのですか? 50 Q 7 温度をどんどん高くしていくと 物質はどのような状態になるのですか? 51 Q 8 温度はどこまで低くなるのですか? 52 Q 9 固体はすべて結晶構造をしているのですか? 53 Q 10 水とエタノールの混合液を蒸留して 純度 100% のエタノールを取り出すこ 54 とはできますか? Q 11 牛乳は水溶液ではないのに なぜ時間がたっても沈殿しないのですか? 56 Q 12 マーガリンのついたスプーンは水洗いできれいにならないのに なぜマヨ 57 ネーズのついたものは水洗いできれいになるのですか? Q 13 苛性ソーダとはどんな物質ですか? 58 Q 14 アルカリとはどんな意味ですか? 58 Q 15 なぜオキシドールにジャガイモの切片や牛のレバーを入れると泡が出るの 59 ですか?

9 第 2 学年 化学変化と原子 分子 Q 1 なぜ加熱すると分解したり化合したりするのですか? 60 Q 2 鉄は自然に酸化するのに なぜ銀は自然に酸化して酸化銀にならないので 62 すか? Q 3 なぜ加熱すると化学反応が速く進むのですか? 62 Q 4 エンタルピーって何ですか? 63 Q 5 熱力学の第一法則とエンタルピーはどんな関係ですか? 64 Q 6 自然に進む化学変化の方向は どうしたらわかるのですか? 65 Q 7 酸化銀のように なぜ水は加熱しても分解できないのですか? 67 Q 8 水の電気分解では なぜ水酸化ナトリウムなどの電解質を溶かすのです 67 か? Q 9 原子と元素は同じ意味ですか? 71 Q 10 周期表を見ると どんなことがわかるのですか? 72 Q 11 原子どうしはどのようなしくみで結合しているのですか? 73 Q 12 塩化水素は食塩と同じようにイオン結合しているのですか? 74 Q 13 酸素がないと物質は燃えないのですか? 74

10 第 3 学年 化学変化とイオン Q 1 なぜ塩酸の電気分解では炭素電極を使うのですか? 76 Q 2 なぜ非金属の炭素電極は電気を通すのですか? 77 Q 3 電気分解して生成するものは 水に溶けている電解質の成分ですか? 77 Q 4 電気分解を行うとき 陽極は + に 陰極はーに帯電しているのですか? 78 Q 5 食塩が水に溶けるのと 砂糖 ( ショ糖 ) が水に溶けるのはどのようにちがうの 79 ですか? Q 6 原子核のまわりにある電子は 土星の輪のようにいつも決まった軌道をぐ 80 るぐる回っているのですか? Q 7 どんな原子でもイオンになるのですか? 81 Q 8 陽イオンへのなりやすさの順番は 原子から電子がはずれやすい順番と同 81 じですか? Q 9 備長炭と普通の木炭はどうちがうのですか? 82 Q 10 塩酸に銅板と亜鉛板を入れて電池をつくると + 極の銅板になぜ陽イオン 83 の水素イオンが移動していくのですか? Q 11 塩酸に銅板と亜鉛板を入れてつくった化学電池では なぜ両極で水素が発 83 生するのですか? Q 12 陽イオンや陰イオンの移動する速さはどれくらいですか? 85 Q 13 p H の数値はどのようにして出されているのですか? 85 Q 14 p H の数値は 0 以下や 1 4 以上はないのですか? 86 Q 15 p H の数値が 1 ちがうと濃度は何倍ちがうのですか? 87

11 生物分野 第 1 学年 植物の生活と種類 Q 1 植物はなぜ光に向かって伸びていくのですか? 88 Q 2 ミドリムシは植物ですか? 動物ですか? 89 Q 3 気孔の開閉は どのような仕組みで行われるのですか? 90 Q 4 植物が決まった季節に花を咲かせる要因は何ですか? 92 Q 5 緑色でない植物も光合成をするのですか? 93 Q 6 光合成ではどのようにして有機物をつくっているのですか? 95 Q 7 ドングリのように大きい種子は 小さい種子と比べて利点があるのですか? 96

12 第 2 学年 動物の生活と生物の変遷 Q 1 刺激は神経をどのように伝わっていくのですか? 98 Q 2 刺激を与えると筋肉が収縮するのは どのような仕組みになっています 99 か? Q 3 胃液で胃が溶けないのはなぜですか? 100 Q 4 肝臓ではアンモニアをどのようにして尿素に変えているのですか? 102 Q 5 出血すると血液はどのような仕組みで凝固していますか? 103 Q 6 細胞の呼吸ではどのようにエネルギーを生成しているのですか? 104 Q 7 生物はどのように分類されているのですか? 105 Q 8 ヒトとサルの違いは何ですか? 107 Q 9 アリやミツバチはどのようにして仲間に餌のある場所を教えているのです 1 08 か?

13 第 3 学年 生命の連続性 Q 1 E S 細胞と i P S 細胞の違いは何ですか? 109 Q 2 D N A はどのように複製されるのですか? 110 Q 3 細胞は分裂を無限に繰り返すことができるのですか? 113 Q 4 ヒトの性別はどのようにして決まるのですか? 114 Q 5 花粉管が柱頭につくと花粉管を伸ばすのはなぜですか? 115 Q 6 メンデルが実験したエンドウの遺伝の規則性のように 子の代はすべて同じ 116 形質で 孫の代は必ず 3 : 1 になるのですか? Q 7 放射線は人体にどのような影響を与えますか? 117

14 地学分野 第 1 学年 大地の変化 Q 1 焼き物はどうして硬くなるのですか? 119 Q 2 どうして流紋岩って名前がついたのですか? 120 Q 3 ローム層って何ですか? 122 Q 4 九州のシラス台地とはどのようなものですか? 123 Q 5 宝石って何種類あるのですか? 123 Q 6 マグニチュード ( M ) はどのように算出されるのですか? 125 Q 7 マグニチュード ( M ) が 1 違うと エネルギーはどのくらい大きくなるのです 126 か? Q 8 地球の内部ってどうやって調べるのですか? 128 Q 9 なぜ海溝は 地球の安全装置 といわれるのですか? 129 Q 10 パンゲア大陸ってどこにあったのですか? 130 Q 11 北は一つではない? 北は二つあるってホントですか? 131 Q 12 日本の地熱発電はどんな状況になっていますか? 132

15 第 2 学年 気象のその変化 Q 1 海風と陸風ってどうして吹くのですか? 134 Q 2 観天望気 ( かんてんぼうき ) って何ですか? 135 Q 3 気団ができる原因は何ですか? 136 Q 4 なぜ夕焼けは赤く見えるのですか? 137 Q 5 低気圧に吹き込む風の渦巻きって何ですか? 138 Q 6 どうして湿度が低い冬より 湿度が高い夏の方が洗濯物は早く乾くの 140 ですか? Q 7 台風はどうやって生まれるのですか? 141 Q 8 台風の目って何ですか? 142 Q 9 前線はどうしてできるのですか? 143 Q 10 エルニーニョ現象が起こる原因は何ですか? 144 Q 11 日本で最高気温が出る要因は何ですか? 145 Q 12 気象衛星はどんなことをしていますか? 147

16 第 3 学年 地球と宇宙 Q 1 成層圏ってどんな役割がありますか? 148 Q 2 北極でオゾンホールが見つかったことがそんなに問題なのですか? 149 Q 3 地球にもクレーターがあるのですか? 150 Q 4 地球が動いている速さはどれくらいですか? 151 Q 5 星までの距離はどう測るのですか? 152 Q 6 小惑星ってどこにあるのですか? 155 Q 7 星間物質ってどんなものですか? 156 Q 8 宇宙空間の地球の周りはなぜ真っ黒なのですか? 157 Q 9 太陽の明るさってどのくらいですか? 157 Q 10 ブラックホールって何ですか? 159 Q 11 天文台ではどんなことをしていますか? 161 Q 12 宇宙人との出会いはあるのですか? 161

17 [ エネルギー ] 領域 第 1 学年 身近な物理現象 1 学習目標 (1) 光 音 力 圧力などの観察 実験を行い 光の進み方や音の発生と伝わり方 力のはたらきや圧力などに規則性があることを見いださせる (2) 自然の不思議さや面白さに触れさせ 科学的な見方や考え方を養う 2 学習キーワード エネルギーの見方 エネルギーの変換と保存 エネルギー資源の有効利用 光の反射 光の屈折 凸レンズ 振幅 力と圧力 重力 電磁波 音波 振動数 実像と虚像 水圧 3 指導のための基礎知識 Q & A Q1 なぜ鏡は光を反射させることができるのですか? 鏡表面の電子が 可視光線のもつエネルギーをすべて吸収し 再度外へ 可視光線として放出するため 光は エネルギーもつ波そのものであり そのエネルギーを他の物質に与えることができる 光のようなエネルギーをもつ波を 電磁波という 金属は自由電子をたくさんもっているので 電磁波が当たったときには 表面の自由電子 がエネルギーをもらう このもらったエネルギーを 自由電子が外に放出する現象を反射と いう つまり鏡は 可視光線全域の電磁波を反射することができる金属である 実際の鏡には 金属として安価なアルミニウムが使われるが アルミニウムの反射率は銀 には負けている また 表面をなめらかにするため 一般的には表面に薄くガラスがコーティ ングされている 電磁波エネルギーをもつ波 空間の電場と磁場を変化させながら エネルギーが伝わる 媒質を必要とせず ( 真空中でも伝わる ) 他の物質にエネルギーを与えることができる エネルギーの大きさは波長によって異なり 次のように分類される

18 Q 7 酸化銀のように なぜ水は加熱しても分解できないのですか? 水も 2500 くらいの温度にすると 2 ~ 3 % 程度が水素と酸素に分解する ただし 2500 を越えると熱エネルギーによる影響が大きくなり 原子間の結合が切断され 原子状の水素や酸素のままで存在する 水の分子は H-Oが共有結合で H-O-Hのなす角度は となっている H-Oの共有する 2 つの電子は水素と酸素原子間に均等に存在するのではなく 酸素原子側に引きつけられている このため酸素は幾分 - に 水素は + の電荷を帯びている すなわち 水は分極し極性をもっている分子である 図 5 水分子の極性 電解質は水によく溶ける水の中に電解質の食塩 (NaCl) を入れると 酸素側 (- 側 ) が Na + を取り囲み 水素側 (+ 側 ) が Cl - を取り囲んで Na + と Cl - の結合を切断するため効率よく溶ける 逆に 極性のないアルコールなどの溶媒にはほとんど溶けない ショ糖のような非電解質は 分子間引力 ( ファンデルワールス力 ) で結合しておりイオン結合よりはるかに結合力が弱いため 水にもアルコールにも溶ける Q 8 水の電気分解では なぜ水酸化ナトリウムなどの電解質を溶かすのですか? 電流を流れやすくして電気分解を行うため 低電圧で電気分解を行うため 水溶液中に電流を流して電気分解を起こすのではなく 電気分解が 起こった結果として水溶液中に電流が流れる 電気分解とは 電源を使って電圧をかけ 電子の移動を強制的に起こし物質の分解を行うことである イオンの存在しない純粋な水でも 高電圧をかければ水を分解することは可能である しかし 水酸化ナトリウムのような電解質を溶かすと イオンの存在により電子の授受が容易になり 2 ~ 3 Vの低電圧でも物質の分解が可能となる

19 イオンがあるとなぜ低電圧で分解ができるのかイオンが存在する水溶液に電圧をかけると 電極表面と溶液の境界に電気二重層 ( 図 6 の A と C の部分で電極との距離が 10A の層 ) という特殊な場をつくり出す この部分の電圧は電源電圧が 1 Vのとき 10 7 V/cm という強力な電場となる 分解反応 ( イオンと電極板間の強制的な電子の授受 ) はこの強力な電場の中で起こる 図 6 電気二重層と水溶液の電位 陰極 陽極の電極板が電気的な力でイオンを引きつけているわけではない電気分解が進むとき 陰極は負電荷 陽極は正電荷を帯びている しかし その電荷は小さいので 溶液中のイオンを引き寄せる力も 反発する力もほとんどない だから 両極では 電荷の有無にかかわらず陽イオンも陰イオンも電荷のない分子も 電子をやりとりできる 電気分解では 十分な電圧 ( 分解電圧 ) をかけたとき 電子を最も受け取りやすい物質が陰極から電子を奪い 電子を最も出しやすい物質が陽極に電子を渡している 分解電圧電解質溶液に電流を通じる場合 その電圧が微少なときは電流が流れない 電圧を増し ある一定の値に達すると はじめて電流が溶液中を連続的に流れるようになる このときの電圧 電極で連続的に電子の授受が行われるようになる電圧である 電気分解が起きると水溶液中に電流が流れるわけ 電解質水溶液を電気分解するとき 電子の授受をするものについては 次の 3 つの場合が 考えられる (1) 電解質の成分である陽イオン 陰イオンがそれぞれ陰極と陽極で電子の授受をする (2) 電解質の成分である陽イオン又は陰イオンのいずれかが一方の電極で放電し 他の電極には溶媒の水が放電する (3) 電解質の成分である陽イオン及び陰イオンはいずれも電極で放電せず 溶媒の水が両極で放電する 水酸化ナトリウムを使った水の電気分解は 上記 (2) の場合に相当する 水の電気分解とい っても実際には水酸化ナトリウム水溶液の電気分解であり 結果として水が分解したことにな る

20 伴性遺伝ヒトの赤緑色覚異常は 目の網膜にある錐体細胞の異常によって 赤色と緑色を識別できない形質である これは 正常色覚に対して劣性で 色覚異常に対する遺伝子は X 染色体にあり 劣性の伴性遺伝によって伝わる 例えば 正常色覚を発現する遺伝子を A 色覚異常を発現する遺伝子を a とすると 女性では X a X a の場合のみ色覚異常となり X A X A や X A X a の場合は正常色覚となる 一方男子では X a Y の場合が色覚異常で X A Y は正常色覚となる したがって 色覚異常が発現する割合は 女性より男性で多くなる Q 5 花粉が柱頭につくと花粉管を伸ばすのはなぜですか? めしべの柱頭には粘液があり 表面がねばねばしている この粘液の中に発芽を促進する物質が含まれており 花粉管の発芽を促進する また 柱頭には花粉管の伸長方向を誘導する物質が存在しているので これによって発芽した花粉管が柱頭の内部へと花粉管を伸ばすことができる めしべの柱頭にある粘液を寒天培地につけて花粉を発芽させると 粘液がついていないときと比べてずっと早く発芽する このことから 柱頭の粘液に発芽促進物質が含まれていることがわかった また 柱頭をうすくスライスした切片を花粉のそばに置いて花粉を発芽させると 花粉管の伸長が柱頭の切片の方向に向かっていった このことから 花粉管の伸長方向を誘導する物質の存在がわかった また 柱頭の中に入った花粉管がどのようにして胚嚢 ( はいのう ) の卵細胞へと花粉管を伸ばすかという点では 年に東山 ( 立教大 ) 黒岩 ( 名古屋大 ) らのグループが卵細胞のとなりにある助細胞から花粉管を引き寄せる誘因物質 ( ルアー ) が出されていることをつきとめている 花粉の伸長花粉はまず吸水して膨張し 花粉口から花粉管の伸長がはじまる 花粉管の先端の細胞壁は柔らかく変形しやすいので 吸水することで膨張して伸長する しかし そのままでは膨張しすぎて破裂してしまうので 古い部分から細胞壁を丈夫にしていく この作業には エネルギー源が必要なので 例えば蒸留水中で発芽させた花粉管よりも スクロースなどの糖を添加した培地で発芽させた花粉管の方がより伸長する また 吸水しなければ伸長もで 図 5 花粉管の伸長 きないので あまりに濃いスクロース溶液中よりも 少し薄いスクロース溶液中のほ うが 花粉管の伸長は促進される

21 Q10 ブラックホールって何ですか? きわめて高密度 大質量で きわめて強い重力のために 物質だけでなく光さえも脱出できない天体のことをさす 太陽の20 倍を超えるようなきわめて質量の大きい星が その一生を終えて大爆発 ( 超新星爆発 ) を起こすと あとに残された中心核は自らの重力に耐えられず どんどん収縮していく このようにして 極限まで収縮したものがブラックホールである 太陽の質量くらいの星がブラックホールになった場合 平均密度は 200 億トン /cm 3 にもなる もし 地球をブラックホールにしようと思えば 地球の半径を4m m 以下になるように圧縮しなければならないことになる アインシュタインが提唱した一般相対性理論によれば 図 8 ブラックホールに吸い込まれるガス光も重力の影響を受けるので 高密度のブラックホール (J:X: HPより引用 ) からは光さえも吸い込まれ 出てくることができない このため この部分は黒い穴のようになっているだろうということで ブラックホール とよばれている 図 8は はくちょう座 X-1にあると考えられているブラックホールの想像図である 左にある青色超巨星のガスが 右のブラックホールに吸い込まれているようすを描いたものである 星 ( 恒星 ) の一生 星の一生は収縮に始まり収縮に終わる この星たちの運命 ( 末路 ) は それぞれの星の重さ ( 質量 ) により決定されている 太陽の質量を基準に考えると 次の 3 つの状態になる (1) 太陽と同じ質量のもの太陽など 自ら光を出している星 ( 恒星 ) 内部では 水素がヘリウムに変化する核融合反応が起きている 核燃料がつき 星が弱ると収縮を始める そして内部密度がある程度高くなると 収縮が止まる これは 内部で混み合い図 9 星の収縮の止まるしくみ過ぎた電子 ( マイナスの電気をおびており 原子核のまわりを回っているごく小さな粒子 ) どうしの反発する力が重力とつり合うからである

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