天文宇宙検定2級 ④ 星の性質

恒星の明るさ・色・スペクトルといった基本的な性質を学ぶ分野です。ヒッパルコスの等級と1等星が6等星の100倍という関係、10pcで定義する絶対等級、黒体放射に基づく色と表面温度の関係、OBAFGKMのスペクトル型が頻出です。中心となるのはHR図(縦軸に光度、横軸に温度)で、主系列星・赤色巨星・白色矮星の位置づけを理解することが要点です。色指数や光度階級、食変光星や脈動変光星(ミラ)、褐色矮星など多彩な天体も問われます。

この分野の問題35問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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100紀元前2世紀に星を6段階の等級に分類したギリシャの天文学者は誰か

  1. Aアイザック・ニュートン
  2. Bヒッパルコス
  3. Cジョン・ハーシェル
  4. Dノーマン・ポグソン
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正解:Bヒッパルコス

ヒッパルコスが肉眼で見える星を明るい順に1等から6等まで分類した。

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1011等星の明るさは6等星の何倍か

  1. A約5倍
  2. B100倍
  3. C約2.5倍
  4. D約10倍
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正解:B100倍

1等級差で明るさは約2.5倍となり、5等級差では2.5の5乗でちょうど100倍になる。

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102絶対等級は星を何pcの距離に置いたときの見かけの等級で定義されるか

  1. A100pc
  2. B10pc
  3. C32.6pc
  4. D1pc
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正解:B10pc

絶対等級は星を10pc(約32.6光年)の距離に置いたときの見かけの明るさとして定義されている。

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103表面温度約5800Kの太陽が、可視光で最も強く放射する光の色はおよそ何色か

  1. A赤色
  2. B緑色
  3. C青色
  4. D紫色
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正解:B緑色

太陽は表面温度約5800Kで、可視光では緑の領域で最も強く光を放射する。

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104星の色と温度に関する記述として正しいものはどれか

  1. A温度が高いほど波長の長い光を強く放射する
  2. B温度が低いほど青白く見える
  3. C温度が低いほど波長の短い光を強く放射する
  4. D温度が高いほど波長の短い光を強く放射する
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正解:D温度が高いほど波長の短い光を強く放射する

黒体放射の原理により、温度が高いほどより波長の短い青っぽい光を強く放射する。

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105恒星のスペクトル型を高温から低温の順に並べたものはどれか

  1. AABFGKMO
  2. BOBAFGKM
  3. CMKGFABO
  4. DOBAFGMK
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正解:BOBAFGKM

恒星の温度に応じたスペクトル型分類はOBAFGKMの順で表される。

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106太陽のスペクトル中に見られる吸収線のうち、ナトリウムによる吸収線はどれか

  1. AA線
  2. BC線
  3. CH線
  4. DD線
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正解:DD線

D線はナトリウムによる吸収線であり、フラウンホーファーによって発見された。

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107HR図の縦軸として用いられるものはどれか

  1. A表面温度
  2. B光度
  3. C半径
  4. D質量
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正解:B光度

HR図は縦軸に光度(絶対等級)、横軸に表面温度(スペクトル型)をとって作成される。

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108主系列星の説明として正しいものはどれか

  1. AHR図上で左上から右下に伸びた帯状に分布する星
  2. BHR図上で右上に位置する巨大な星
  3. CHR図上で左下に位置する暗い星
  4. DHR図上でグループ外に位置する星
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正解:AHR図上で左上から右下に伸びた帯状に分布する星

主系列星はHR図上の左上から右下へ斜めに伸びる帯状領域に分布する。

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109赤色巨星が主系列星と同じ表面温度の星に比べて明るい理由は何か

  1. A距離が非常に近いため
  2. B質量が非常に大きいため
  3. C表面温度が非常に高いため
  4. D半径が非常に大きいため
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正解:D半径が非常に大きいため

半径が主系列星の約100倍と非常に大きいため、光度も約1万倍明るくなる。

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110星の色指数が示す意味として正しいものはどれか

  1. A値が大きいほど明るい星を表す
  2. B値が小さいほど高温の星を表す
  3. C値が小さいほど暗い星を表す
  4. D値が大きいほど高温の星を表す
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正解:B値が小さいほど高温の星を表す

色指数はB等級からV等級を引いた値で、小さいほど高温であることを示す。

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111連星であるシリウスAとシリウスBの性質に関する記述として正しいものはどれか

  1. AシリウスAの方がシリウスBより高密度である
  2. B両方とも主系列星である
  3. CシリウスBは主系列星ではなく白色矮星である
  4. DシリウスBはAより表面温度が低い
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正解:CシリウスBは主系列星ではなく白色矮星である

シリウスBは質量は太陽より小さいが半径は地球程度で、Aより高温かつ高密度な白色矮星である。

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112食変光星の仕組みとして正しいものはどれか

  1. A近くの星から物質が落ち込む
  2. B星が脈動して膨張と収縮を繰り返す
  3. C星の表面で核爆発が起こる
  4. D2つの星が互いに隠し合うことで明るさが変化する
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正解:D2つの星が互いに隠し合うことで明るさが変化する

食変光星は連星系で星同士が隠し合うことで観測される明るさが変化する。

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113HR図の横軸が対数目盛である場合に、主系列星の光度は表面温度の約何乗に比例するか

  1. A8乗
  2. B4乗
  3. C2乗
  4. D10乗
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正解:A8乗

HR図上の主系列星の光度は表面温度の約8乗に比例する関係がある。

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114変光星「ミラ」の周期として正しいものはどれか

  1. A約1596日
  2. B約3日
  3. C約330日
  4. D約30日
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正解:C約330日

ミラはくじら座の星で、約330日の周期で変光する。

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115褐色矮星の特徴として正しいものはどれか

  1. A水素の核融合反応が起こらず重水素の核融合反応を起こせる星
  2. B常に可視光で明るく輝く星
  3. C主系列星の右上に位置する星
  4. D太陽より質量が大きい星
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正解:A水素の核融合反応が起こらず重水素の核融合反応を起こせる星

褐色矮星は質量が小さく水素の核融合反応が起きないが、重水素の核融合反応を起こすことができる天体。

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116太陽が将来、赤色巨星となった場合の一般的な特徴として正しいものはどれか

  1. A表面温度が下がり光度が減少する
  2. B表面温度が上がり光度が減少する
  3. C表面温度が上がり光度が増大する
  4. D表面温度が下がり光度が増大する
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正解:D表面温度が下がり光度が増大する

赤色巨星は大きく膨張するため表面温度は約3500Kまで下がり、光度は約1000倍に増大する。

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117「星のスペクトル型分類」においてG2Vと記述された際の「V」が表す意味は何か

  1. A光度階級
  2. Bスペクトル型
  3. C距離
  4. D質量
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正解:A光度階級

Vは光度階級を表し、主系列星であることを示している。

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118スペクトルを直接観察してわかる情報として正しくないものはどれか

  1. A星の化学組成
  2. B星の表面温度
  3. C星までの距離
  4. D星の自転速度
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正解:C星までの距離

距離は直接スペクトルからはわからず、見かけの明るさと絶対等級の比較が必要。

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119星の色の違いに関する記述として正しくないものはどれか

  1. A星の色は放射する光の波長別の強さ分布(スペクトル)で決まる
  2. B温度が低い星ほど赤く見える
  3. C温度が高い星ほど青白く見える
  4. D星の色は主に距離によって決まる
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正解:D星の色は主に距離によって決まる

星の色は温度によって決まるものであり、距離とは関係ない。

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120フラウンホーファー線に関する記述として正しくないものはどれか

  1. A太陽光を分光したスペクトルに見られる暗線である
  2. Bアルファベットで名称がつけられている
  3. C元素の種類や大気の吸収によってできる
  4. DF線はナトリウムの吸収線である
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正解:DF線はナトリウムの吸収線である

F線は水素のHb線であり、ナトリウムによる吸収線はD線である。

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121HR図に関する記述として正しくないものはどれか

  1. A白色矮星は主系列星より同じ温度で明るい
  2. B赤色巨星は主系列星より半径が大きい
  3. C主系列星は同じメカニズムで輝いていることが示されている
  4. D大多数の星は斜めの帯状領域に分布する
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正解:A白色矮星は主系列星より同じ温度で明るい

白色矮星は同じ表面温度の主系列星に比べて非常に暗いため、「同じ温度で明るい」という記述が誤り。

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122「星の等級」に関する記述として正しくないものはどれか

  1. A等級の差が等しいとき明るさの比は等しい
  2. B5等級差の明るさの比は100倍である
  3. C数値が大きくなるほど明るくなる
  4. D0等級より明るい星はマイナスの等級となる
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正解:C数値が大きくなるほど明るくなる

等級は数値が小さくなるほど明るくなる。

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123光源色と物体色の説明として正しいものはどれか

  1. A光源色は反射する光の波長によって決まる
  2. B火星などの反射光は物体色である
  3. C自ら光る星の色は物体色である
  4. Dリンゴなどの反射光は光源色である
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正解:B火星などの反射光は物体色である

自ら光らない天体は反射光による物体色、自ら光る恒星は光源色である。

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124スペクトル分類において褐色矮星が含まれる型として、正しい順序の末尾はどれか

  1. ATY
  2. BFG
  3. CKM
  4. DAB
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正解:ATY

スペクトル型分類はOBAFGKMLTY型まで拡張されている。

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125星のスペクトルにおける吸収線の強さと温度の関係として正しいものはどれか

  1. A吸収線は距離を直接表す
  2. B吸収線は光度を直接表す
  3. C吸収線は温度計のような役割を果たす
  4. D吸収線は星の半径にのみ比例する
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正解:C吸収線は温度計のような役割を果たす

吸収線の位置と強度は星の温度や組成と密接に関係しているため、温度計の役割を果たす。

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126オリオン座のベテルギウスに関する記述として正しいものはどれか

  1. A主系列星であり太陽と同じ光度である
  2. B赤色超巨星であり半径が非常に大きい
  3. C白色矮星であり半径が非常に小さい
  4. Dスペクトル型がO型である
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正解:B赤色超巨星であり半径が非常に大きい

ベテルギウスは低温で半径が非常に大きい赤色超巨星である。

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127星のスペクトル中に見られるH線とK線が由来する元素はどれか

  1. Aヘリウム
  2. B水素
  3. Cカルシウム
  4. Dナトリウム
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正解:Cカルシウム

H線とK線は一階電離したカルシウムによる吸収線である。

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128太陽の表面温度が約6000Kで、将来の赤色巨星時の表面温度と光度の組み合わせとして正しいものはどれか

  1. A表面温度6000K、光度1000倍
  2. B表面温度20000K、光度1000倍
  3. C表面温度3500K、光度1000分の1倍
  4. D表面温度3500K、光度1000倍
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正解:D表面温度3500K、光度1000倍

赤色巨星では表面温度が約3500Kまで下がり、光度は約1000倍となる。

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129星の色指数が示す物理量として正しいものはどれか

  1. A星の自転速度
  2. B星の質量
  3. C星の表面温度
  4. D星の化学組成
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正解:C星の表面温度

色指数は星の温度の指標となっている。

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130食変光星の代表例であるアルゴルに関する記述として正しいものはどれか

  1. A3重連星であり食変光現象を起こす
  2. B単独星であり脈動変光星である
  3. C褐色矮星であり近赤外線で観測される
  4. D4重連星であり爆発現象を起こす
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正解:A3重連星であり食変光現象を起こす

アルゴルは3重連星であり、2つの星が隠し合うことで食変光を起こす。

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131光度階級「V」が表す星の種類はどれか

  1. A主系列星
  2. B超巨星
  3. C赤色巨星
  4. D白色矮星
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正解:A主系列星

ローマ数字は光度階級を表し、Vは主系列星に対応する。

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132星の明るさの指標である等級において、ベガの等級は何等と定義されているか

  1. A0等
  2. B6等
  3. C5等
  4. D1等
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正解:A0等

ベガの等級を0等として、他の星の等級が決定されることが多い。

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133太陽を主系列星として分類した際の正しい表記はどれか

  1. AG2I
  2. BK1V
  3. CG2V
  4. DA0V
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正解:CG2V

太陽はG2Vというスペクトル型と光度階級で表される。

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134HR図において主系列星の左下に位置するグループは何と呼ばれるか

  1. A褐色矮星
  2. B脈動変光星
  3. C白色矮星
  4. D赤色超巨星
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正解:C白色矮星

主系列星より暗い左下のグループは白色矮星である。

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