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宇宙の実験教室

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惑星のなかまわけ

地球と木星の大きさや構成物質が異なるのは、惑星ができたときの太陽系星雲の温度環境によることを理解するモデル実験です。
ねらい

木星は、地球に比べてどうして大きいのでしょう。

太陽系の惑星は、2つのグループに分けることができます。太陽に近く小さい天体の地球のなかま(水星・金星・地球・火星)と、太陽から 遠くて大きい天体の木星のなかま(木星・土星・天王星・海王星)です。それでは、どうして、このように2つのグループにわかれるのでしょうか。
これは、惑星ができるときに由来するようです。

惑星のできかた

太陽系がどのようにできたのか、また、太陽系星雲の中で惑星はどのように作られたのかを紙芝居で見ていきましょう。

太陽系ツアーへ

地球と木星のでき方の違い

太陽系星雲が冷えてくると、その中で塵が晶出して星雲の中心に集まってきて、円盤状になります。この塵が衝突合体して微惑星へと大きく成長していきました。星雲内では、太陽に近い所は太陽の光が届いて暖かく、太陽から遠いところは太陽の光があたらず冷えています。
円盤には塵以外にどのような物が集まってくるのでしょう。
木星ができる領域の方では、はるかに多くの惑星の核を作る物質が集まってきたと考えられています。それは何でしょう。塵が降り積もっていく太陽系円盤を再現するモデル実験をしてみましょう。地球ができるところは暖かく、木星ができるところは冷たかったですね。

実験方法

用意するもの

プラスティックトレイ、ドライアイス、アルミホイル、塵物質(細かく削ったパラフィンと鉄粉の混合物)

実験

スーパーで肉や魚を入れているトレイを2つ地球と木星用にそれぞれ用意します。その上にアルミ箔をかぶせ、太陽系円盤の中 心部を再現してみました。
木星の方は、冷たい温度環境でしたので、ドライアイスを引き詰めます。アルミ箔に接するように板状のドライアイスをおいて 直接冷やすのがよいでしょう。
地球のトレイ、木星のトレイ、それぞれの上に、塵を敷き詰めます。塵は、砂鉄や研磨剤など金属の粉と細かくしたパラフィン を混合物を使い、ここでは、赤いクレヨンで色をつけています。
さて、しばらくするとどのようになるでしょうか。

トレイにアルミ箔を巻き、上に塵を散らす。


実験結果

実験結果

地球のトレイには変化がありませんが、木星のトレイの上にはたくさんの霜がついてきます。これは、空気中の水蒸気が冷やさ れてアルミ面に氷として付着してくるためです。

たくさんの霜が降り積もってきました。

考えよう

太陽系星雲の中でも同じ事が起きています。
木星のできるところは冷たいので、星雲の中に含まれるたくさんの水蒸気が氷になって晶出し、塵と氷の大きな木星のたまごができるので す。
この巨大な塵と氷の核は周りの星雲ガスをどんどん取り込んでいきます。そして、巨大惑星へと成長していくのです。
一方、地球の周辺では、星雲中の水は水蒸気として固体にはなりません。そのため、大きな惑星になれず、星雲ガスもたくさんまとうことが できず、塵が主体の岩石の惑星になったのです。このようにして、木星型惑星と地球型惑星のなかまに分かれていったのです。

モデル実験の意味のおさらい

木星  地球
地球の周辺では、暖かいので塵が積もり衝突合体して塵の地球のたまごができました。
木星の周辺では、冷たいので、塵と共にその10倍にもなる氷が晶出して塵と氷の大きな木星のたまごができました。 大きな木星のたまごは、その重力で周りのたくさんの星雲ガスをひきつけて、どんどん大きく なっていきました。星雲ガスもとりこんだ木星はどんどん大きくなっていきました。
 
sorry,this article is japanese only.