毎日空に輝く太陽ですが、あのエネルギーはいったいどこから来るのでしょうか。石炭や石油が燃えるような普通の燃焼では、太陽はとっくに燃え尽きているはずです。なぜ太陽は46億年もの間輝き続けられるのでしょうか。この記事では、太陽が輝き続ける理由を核融合の仕組みからわかりやすく解説します。
結論：太陽の中心で水素が核融合してヘリウムになるときに莫大なエネルギーが生まれるからです
一言で言うと、太陽が輝き続ける理由は「太陽の中心部で水素原子核が融合してヘリウム原子核になる『核融合反応』が起き、そのときに失われた質量がアインシュタインのE=mc²の法則に従って莫大なエネルギーに変換されるから」です。普通の燃焼とはまったく異なる、原子核レベルの反応が太陽のエネルギー源です。
なぜ太陽は輝き続けるのか？核融合反応の仕組み
太陽の中心部は温度約1500万度・圧力は地球の大気圧の約2500億倍という極限状態です。この極限状態では、通常は反発し合う水素の原子核同士が猛烈な速度でぶつかり合い、融合してヘリウムの原子核になります。これが「核融合反応」です。
核融合で重要なのは、4つの水素原子核が融合して1つのヘリウム原子核になるとき、わずかに質量が減るという点です。この失われた質量はアインシュタインの有名な公式「E=mc²」に従ってエネルギーに変換されます。cは光速（約30万km/s）なので、わずかな質量でも莫大なエネルギーが生まれます。
たとえるなら、太陽は巨大な核融合炉のようなものです。毎秒約6億トンの水素を「燃料」として消費し、約5億9600万トンのヘリウムに変換します。残りの約400万トンが純粋にエネルギーに変わります。毎秒400万トンの質量がエネルギーになっているにもかかわらず、太陽の質量は約2000京トンと非常に大きいため、あと約50億年は輝き続けられると計算されています。
核融合はなぜ太陽の中心でしか起きないのか？
核融合反応は太陽の中心部でしか起きません。なぜでしょうか。
水素の原子核は正の電荷を持っているため、通常は電気的な反発力（クーロン力）で互いに反発します。核融合が起きるには原子核同士がほぼ接触するほど近づく必要があり、そのためには反発力を超えるほどの猛烈な運動エネルギーが必要です。
太陽の中心部では約1500万度という超高温と約2500億気圧という超高圧によって、原子核が猛スピードで動き回り反発力を克服して融合できます。表面近くでは温度と圧力が低すぎるため核融合は起きません。
人間が地球上で核融合炉を作ろうとしているのも、この太陽の仕組みを模倣しようとしているためです。核融合発電が実現すれば、水素という豊富な燃料から莫大なエネルギーを得られる究極のクリーンエネルギーになります。
ところで、太陽のエネルギーが地球に届いて引き起こす現象として「なぜ夕日は赤いのか」も気になりませんか？太陽光が大気を通る仕組みを解説した記事もあわせて読んでみてください。
よくある関連疑問 Q&A
Q. 太陽の寿命が尽きるとどうなるのか？
A. 約50億年後に水素が尽きると、太陽は膨張して「赤色巨星」になります。このとき太陽は現在の約200倍に膨らみ、水星・金星・地球を飲み込む可能性があります。その後外層を放出して「惑星状星雲」を形成し、中心部が「白色矮星」として残ります。太陽は超新星爆発を起こすほど大きくはないため、比較的穏やかな最期を迎えます。
Q. 核融合と核分裂はどう違うのか？
A. 核融合は軽い原子核同士を融合させてエネルギーを取り出す反応で、太陽や水素爆弾がこの仕組みを使います。核分裂はウランやプルトニウムなどの重い原子核を分裂させてエネルギーを取り出す反応で、原子力発電所や原子爆弾がこの仕組みを使います。どちらも質量がエネルギーに変換されますが、核融合のほうが同じ燃料量でより多くのエネルギーを取り出せます。
Q. 太陽以外の星も核融合で輝いているのか？
A. はい、夜空に見える星のほとんどは太陽と同じ核融合反応で輝いています。星の色は表面温度によって決まり、青白い星は表面温度が高く、赤い星は表面温度が低いです。星の質量が大きいほど重力が強く中心部の温度・圧力が高くなるため、核融合が激しく起きて明るく輝きますが寿命は短くなります。
まとめ
太陽が輝き続ける理由は、中心部の超高温・超高圧の環境で水素原子核が核融合してヘリウムになるとき、失われた質量がE=mc²の法則で莫大なエネルギーに変換されるからです。毎秒400万トンの質量がエネルギーに変わり続けているにもかかわらず、太陽はあと約50億年輝き続けられるほどの水素を持っています。人類が核融合発電の実現を目指しているのも、この太陽のエネルギーの仕組みを地球上で再現しようとしているためです。他にも気になる「なぜ？」があればぜひ他の記事も読んでみてください。