系外惑星の観測 〜地球型惑星探査を模擬した地球照の分光観測〜 海老塚 昇1・平松 正顕2 ・柏木 正子3 ・ 入沢 美沙子3 ・小舘 香椎子3 ・Edwin L. Tuner 理化学研究所1・東京大学理学部2 ・ 日本女子大学理学部3 ・プリンストン大学4 地球型系外惑星探査計画ワーキンググループ http://www.cc.nao.ac.jp/jtpf/ 4 系外惑星の探査 ・1995に最初の系外惑星; 51 Peg.を発見。 ・今までに100 個以上の木星型惑星を発見。 ・地球型惑星は見つかっていない。 系外惑星の探査方法 直接法 多くの困難 系外惑星は、地球か ら遥か彼方で光り輝く、 恒星のすぐ近くに位置 している。 見つけることはできた としても・・・。 非常に 高い感度 画素階調 画像の ダイナミック シャープさ レンジ 解像度 間接法 ドップラー法 惑星の公転運動による 恒星の速度のふらつきを 高分散分光観測により測 定する方法。 波長の変化は数百～数 千万分の一。 トランシット法 惑星が恒星の前を通り 過ぎることによる明るさ の微小変化を検出する 方法。 地球型系外惑星の直接検出の困難さ すばる望遠鏡による星周ダストの観測 GG Tau CIAO, coronagraph+AO, H band （1.65μm）, PSF: 0.09”（FWHM）, FOV: 10.16”×9.79”. Y. Ito, M. Tamura, N. Ebizuka, et.al, Publications of the Astronomical Society of Japan, 54, 963-967 (2002) Spizer （2003年打ち上げ） Astro-F （2006年打ち上げ予定） 現行の宇宙望遠鏡計画 Herschel 口径3.5 m、50〜1000μm （2012?年打ち上げ予定） SPICA 口径3.5 m、5〜200μm （2015?年打ち上げ目標） 宇宙望遠鏡の将来計画 JWST 口径6.5 m、0.6〜30μm （2014?年打ち上げ目標） Limiting Flux Density [microJy] IRAS 105 ASTRO-F 1000 HSO ISO SIRTF 10 SPICA 0.1 NGST (8m) 0.001 3 10 30 100 300 Wavelength [micron] 宇宙望遠鏡の検出限界 地球型系外惑星を発見するためには・・・ 次世代大型宇宙望遠鏡（直接撮像・検出） TPF (Terrestrial Planet Finder, NASA) →10mクラス中間赤外線干渉計 JTPF (日本） →3.5mクラス可視光一枚鏡、軸外し光学系 次世代地上超大型望遠鏡（主に分光観測） CELT:口径30m（米国） JELT:口径30m（日本） OWL: 口径100m（欧州） 究極的には・・・ 10mクラス可視光宇宙干渉計 地球型惑星が発見された場合には・・・ 生命の兆候 → 分光観測。 植物が存在する場合には Red Edgeを指標にできる。 地上30mクラス or 宇宙10mクラス望遠鏡 観測地と時間 earthshine earthshine 夕方 明け方 大西洋の反射 光が支配的 大陸の反射光が 支配的 日本列島は最適な位置 ! 水 植物 N.J. Woolf and P.S. Smith The spectrum of earthshine:A Pale Blue Dot Observed from the Ground, HervardSmithsonian Center for Astrophysics, p10 地球照のモデルスペクトル 地球照の観測装置 国立天文台三鷹キャンパス 望遠鏡と分光器 分光器の光学系 Optical axis Grism スリット幅 ：180μm コリメータ：f =38m グリズム格子本数：150/mm カメラ：f =17mm ブレーズ波長：600nm 観測波長：400～1000nm pixel size (CCD)： 10μm 波長分散： 10.5nm/pix 1次スペクトル 0次スペクトル（スリット像） 月から見た地球 新月前 新月後 Oct. 2002 Nov. 2002 Dec. 2002 Jan. 2003 April. 2003 May. 2003 June. 2003 July. 2003 Feb. 2003 March. 2003 新月前 新月後 好条件 Aug. 2003 Sept. 2003 Before After 分光器の改良 瞳分割ファイバーリンク ファイバリンクと組合せた分光器 Fmoon FOV Fsky slit Fmoon FOV slit Fearthshine Fearthshine Fsky Before After スカイフレームの位置 800 1.5 (EarthShine-Sky)/Moon EarthShine Sky Moon EarthShine-Sky 1.2 400 0.9 200 0.6 0 0.3 Ratio Intensity [ADC] 600 -200 300 400 500 600 700 800 Wavelength [nm] 900 1000 0 1100 2003年4月6日の地球照スペクトル 2.0 5000 (Earth-Sky)/Moon (corrected) EarthShine(*1.025) Sky Moon Earth-Sky(corrected) 4000 1.5 1.0 2000 0.5 1000 0.0 Ratio Intensity [ADC] 3000 -0.5 0 -1000 300 400 500 600 700 800 Wavelength [nm] 900 1000 2003年6月5日の地球照スペクトル -1.0 1100 2003/4/5 2003/6/5 植物の反射（散乱） スペクトル 110 100 90 Water absorption reflective index(%) 80 70 60 Chlorophyll absorption 50 ベンジャミン ポトス ハイビスカス ベースライン ベンジャミン ポトス ハイビスカス バラ 樫 バラ 椎 40 30 20 10 0 200 700 1200 1700 wavelength(nm) 2200 2700 Backword scatter [%] Gingko Benjamin Cestnut tree Hibiscus Water lily 500 1000 1500 Wavelength [nm] 2000 植物の反射（散乱）スペクトル 2500 100.0 2.0 Cestnut tree (Earth-Sky)/Moon (corrected) 80.0 1.2 60.0 0.8 40.0 0.4 20.0 0.0 0.0 -0.4 400 500 600 700 800 Wavelength [nm] 900 Detect! or not? 1000 -20.0 1100 T [%] Ratio 1.6 まとめ • 地球型系外惑星を直接検出するためには口径10m クラス可視光宇宙干渉計が必要。 • 生命活動の指標として植物のRed edgeの検出が有 望。 • 地球照は最も身近な地球型惑星全球の散乱光。 • 4〜7月が日本からユーラシア大陸の散乱光の観測 好適時期。 今後の課題 • 焦点導入部分の改良。 • 大気散乱の少ない高山における観測。 • 継続的な通年観測。 口径10cmの望遠鏡でもサ イエンス観測が可能。 求む共同研究者！
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