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  02 太陽

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   2.太陽の投影 

 

    (1)太陽は危険

 

@太陽は水素爆弾ですので目を傷めます

 太陽はとても危険なものです。エネルギー源は核融合で、主に水素を融合してヘリウムを作ることで光っています。遠くにはありますが、ビキニやムルロア環礁で爆発させた水素爆弾の巨大なものです。 水素爆弾は数千分の一秒しか燃焼しませんが、太陽は50億年も100億年も燃え続けます。水素爆弾よりも桁違いに危険なものが太陽です。太陽は

  望遠鏡やレンズなどなくても、直接目でじっと見ただけで、

     数秒から十数秒で、眼底に火傷を負い、失明します。

  野球帽にツバがついているのは、太陽が視野に入るのを避けるためです。ですから、太陽の観察は、できるだけ投影による観察をするべきであり、直視する方法は余程の経験と知識を有する方以外にはお勧めできません。

       このため、投影法での観察を説明しておきます。

  お子様方や、初心者の方は、まず投影から始めるようにしてください。

 

A太陽から到達するエネルギー

   理科年表には天文の太陽の項目に太陽の諸定数という欄があります。その中に

         太陽定数  =  1.96 cal/cm²/min

という定数が書かれています。

  これは太陽から地球の軌道に到達している輻射エネルギーの平均値です。

  その意味は、太陽から届いている輻射エネルギーは、1分間に1平方センチあたり約2カロリーもあるということです。天気の良い日にはそのエネルギーの殆どが地上に届きますので、一辺が1センチの直方体の水の温度が2℃上昇することを意味しています。真っ黒で光を全て吸収するお皿に水を10mmの深さに入れて、真上に太陽が来ているときに、日向に置くと、熱が他に逃げなければ30秒で水温を1℃上昇させることができます。深さが1/101mmの時には所要時間は3秒に短縮されます。

   すると、深さが1mmの水の水温は3秒で1度、15秒で5度も上昇します。

レンズで集められて光が10倍強いと3秒で10℃、100倍なら3秒で沸騰します。

  暗いところにいる時には目の瞳(ひとみ)は直径7mm以上開いていますので、日向に出た直後や、暗い望遠鏡の視野を見た直後は、瞳孔(どうこう、瞳の穴)の面積は0.5cm²以上あります。0.5cm²の面積に到達する輻射エネルギーは、

        1.96cal/cm²/min×0.5cm²/10 = 0.99 1cal/min

ですので、1分に1カロリー光のエネルギーが瞳の中に入ります。高い山の上や航空機の上などではほとんどこのエネルギーが目に到達しますし、晴れていれば地上でもその大部分が目に入ります。

  その光のエネルギーは目の水晶体で網膜の上に集められます。そして、百倍にも千倍にも単位面積当たりに到達するエネルギーが強くなります。眼底の網膜の厚さは100180μmつまり0.10.2mmしかありませんので、水晶体の集光力が100倍程度でも数秒で眼底は沸騰します。火傷するのには6070℃もあれば十分です。

  これが、眼底が高温になり火傷を起こすメカニズムです。

 

 B実験してみましょう

     とは、いっても、実際に眼球を使い眼底を火傷(やけど)せるわけには行きませんので、

    代わりのものを用意します。

 

  用意するもの

    虫眼鏡  (眼球の水晶体の代わりです)

    小さい黒い紙  (眼底の網膜の代わりですが大きな紙は燃えると危険です)

    水の入ったジョウロ  (消火用です)

    周囲に燃えるもののない場所  (延焼の防止のためです)

     風のない晴れた日に実験してください  (これも延焼の防止のためです)

 

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黒い紙と虫眼鏡

紙は1cm2cm角に切っておきます。

ボール紙が燃えたときに飛ばないので安全です。薄い紙は燃えながら飛びます。

虫眼鏡には長い柄がついていると安全です。

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風のない良く晴れた日に、

周囲に燃えるもののない場所で、

石など燃えないものを置いて、

その上に、小さく切った

黒いボール紙を置きます。

image013

初めは、虫眼鏡を紙の近くに近づけます。

焦点があっていないので、すぐには、

燃えません。

その間に、虫眼鏡の位置を調節して、

太陽の像が黒い紙の上に来るようにします。

image014

少しずつ虫眼鏡を離していって、太陽の像を小さくしていくと、焦点が合った瞬間に、

紙は焦げて、燃え始めます。1秒もかかりません。写真には煙が上がっているのが写っています。

image015

 使用した紙は、煙が出なくなり火が消えたように見えても、必ず水をかけて下さい。

炎が出ていると、煙は出ません、その炎は明るい太陽の下では全く見えません。

ごみ箱に入れるとごみ箱が燃え始めます。

 

 これが、太陽を見つめると、数秒で眼底に火傷(やけど)が起きて、さらには失明するということの実験です。

(注意) 小学校の3学年位までの低学年、あるいは、それ以下の

  小さいお子さんに、この説明をしたり実験させたりしないでください

「お日様を見ないで」というと、かえって太陽を見つめます。虫眼鏡を見つけると、壁や畳やカーペットなどが燃えないか試します。それまで、本能的に目を避けてきた太陽に注意が向くため、何度も何度も見ようとしてしまいます。

 

 

 

(2)ピンホールカメラ(針穴写真機)の原理を利用した投影へ

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