2018年も、1月13～14日に、大学入試センター試験が行われました。多くの大学受験生が臨むこのテストに関して、毎年様々なコメントが出されます。 今年度は「地学 第6問 A」が天文・宇宙物理の世界に波紋を広げました。実はその問題、2017年8月17日12時41分04秒（協定世界時：Coordinated Universal Time）までは、全く「問題」なかったのですが、この時刻に地球に到来した重力波※が、元素についての人類の知識を変えてしまったのです。その結果、「地学 第6問 A」は時代遅れになってしまいました。（※重力波…拙稿参照http://orbit.edu.sg/topics/1494/）

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A． 宇宙の構成要素に関する次の文章を読み、下の問い（問1・問2）に答えよ。

宇宙は、恒星や星間物質など電磁波で直接観測できる物質（通常の物質）のほか、直接には観測できない構成要素（ダークマター、ダークエネルギー）からなると考えられている。（a）通常の物質は、水素とヘリウム、それ以外の重い元素から構成されている。

問1 上の文章中の下線部（a）に関連して、宇宙の元素について述べた文として最も適当なものを、次の（1）?（4）のうちから一つ選べ。

（1）炭素、酸素の一部はビッグバンによりつくられた。 （2）超新星爆発によって、鉄より重い元素がつくられた。 （3）種族IIの星は、種族Iの星にくらべて重い元素の割合が多い。 （4）ヘリウムの大部分は、恒星内部の核融合によりつくられた。

【平成30年度大学入試センター試験 地学 第6問 A　問１】

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これは、元素の起源についての知識を問う問題です。水、空気、岩石などの物体、人間を含む生物の体、太陽や惑星など天体といった通常の物質は、118種類ほどの基本原料－元素を組み合わせてできています。元素を整然と配列した表がご存じ「周期表」です（原子番号1－水素、原子番号2－ヘリウム、原子番号3－リチウム、水兵リーベ…と覚えたあれです）。

ビッグバンで水素とヘリウムが生まれた

この宇宙は約138億年前に「ビッグバン」と呼ばれる大爆発とともに生まれました。今回のテーマはビッグバンの後の話です。物質を構成する炭素や酸素や鉄といった元素は、138億年の宇宙の歴史のどこかの時点で、何らかの物理現象によって合成されたのです。 ビッグバンの際に合成されたのは、周期表のトップを占める水素とヘリウムと少量のリチウムです。したがって、選択肢の（1）は「炭素、酸素の一部はビッグバンによりつくられた」とありますが、炭素や酸素はビッグバン時点ではまだ存在しないので、×です。 ビッグバンからしばらく経つと、宇宙空間に散らばった水素やヘリウムが集まって、そこかしこに恒星が誕生し、輝きだしました。恒星の輝きは、水素などの原子核がくっつき合う「核融合」の輝きです。水素などの原子核がくっつき合うと、もっと大きな原子核が合成され、それとともに熱が発生します。こうして、恒星内部では炭素や窒素や酸素など、周期表の上の方に並ぶ元素が合成されます。 恒星内部の核融合では水素からヘリウムも合成されますが、ビッグバンで合成されたヘリウムの方が圧倒的に多いので、「（4）ヘリウムの大部分は、恒星内部の核融合によりつくられた」もまた×です。

宇宙には「重い元素」が増えてきた

恒星内部の核融合で合成されたヘリウムより重い元素は、恒星の大気が宇宙に流出する「星風（恒星風）」などによって、宇宙空間にばらまかれます。また他の過程（後述）によって作られた元素も宇宙空間に増えていきます。ビッグバン以来138億年間、宇宙空間には徐々に重い元素が増えてきました。

（続く）

（本記事は、オービットアカデミックセンター会報誌 プラネットニュース 2018年3月号（2018年2月20日発行）に掲載された内容です。）