太陽系外惑星 国立天文台 太陽系外惑星探査プロジェクト室 成田憲保 自己紹介 1981年2月生まれ 1993年4月～ 千葉・東邦大学付属東邦中学・高校 1999年4月～ 東大理科一類（2001年物理学科へ） 2003年4月～ 東大大学院・宇宙理論研究室進学 2008年3月 東大博士課程修了 2008年4月～ 国立天文台・特別研究員 主な研究テーマは太陽系外惑星系の観測 太陽系外惑星の大気構造 太陽系外惑星の形成過程 目次 1章：太陽系の惑星について 2章：太陽系外惑星の探し方 3章：これまでに見つかった惑星たち 4章：第２、第３の地球たちを求めて 恒星と惑星 恒星…自分で輝く星（例：太陽・夜空の星） 惑星…自分では輝かず、恒星のまわりを まわっている星（例：地球・火星） ＜太陽系外惑星＞ ＝ 太陽以外の恒星にある惑星 太陽系の惑星たち 私たちはこの惑星に住んでいる 太陽系の形成理論 原始惑星系円盤 微惑星の形成・合体 地球型惑星 木星型惑星 ©Newton Press すばる望遠鏡で観測された 原始惑星系円盤の例 太陽系の惑星は太陽と共に回転する原始惑星系円盤の中でできた 太陽系の惑星の軌道 用語の解説 • 公転軌道傾斜角 主星(太陽など)の自転軸に対する惑星の公転軸の傾き 惑星と衛星の関係に対しても用いられる • 軌道離心率 惑星の軌道の楕円の度合いを表わす量 ０だと完全な円で、１に近いほど細長い楕円になる • 順行 主星の自転の向きと惑星の公転の向きが同じこと 公転軌道傾斜角が90度以内の状態 • 逆行 順行の逆で、公転軌道傾斜角が90度以上の状態 太陽系惑星の軌道の特徴 • 内側に小さな岩石(地球型)惑星、外側に大きな巨大ガス 惑星や氷惑星 • 太陽系の惑星は全て順行して公転している – 太陽系の惑星の公転軸は、太陽の自転軸とほぼ７度以内で そろっている • 太陽系の惑星は全て軌道の離心率が小さい – 離心率が最大の水星でも0.2くらい • 原始惑星系円盤の中でできたという考え方とよく合う 目次 1章：太陽系の惑星について 2章：太陽系外惑星の探し方 3章：これまでに見つかった惑星たち 4章：第２、第３の地球たちを求めて 太陽系外惑星は直接見るのが難しい 暗いもののそばに明るいものがあると 何も見えなくなってしまう すばる望遠鏡では恒星を隠す装置を作って 2009年に惑星を発見した 天文学者が考えた間接的方法 直接見えない惑星をどう見つけるか？ 1. 恒星の動くスピードを測る方法 • ドップラー法 2. 惑星が恒星の前を通るのを見つける方法 • トランジット法 ドップラー法 惑星が公転していると、恒星も反動で少しだけ動く 恒星 ドップラー効果を使って この速度を望遠鏡の装置で測定する ちなみに 惑星 ・太陽は ~10 m/s でふらついている ・世界最高の装置は ~1 m/s まで測定可 ・将来は ~2 cm/s の測定を目指している トランジットを探す方法 太陽系でのトランジット 太陽系外でも ちょっとだけ暗くなる 2006年11月9日 「ひので」撮影 水星のトランジット 惑星が恒星の前を通る食（トランジット）を探す！ トランジット探しの様子の例 24000個の星を 同時に観測 この中から周期的に 暗くなる星を探す 目次 1章：太陽系の惑星について 2章：太陽系外惑星の探し方 3章：これまでに見つかった惑星たち 4章：第２、第３の地球たちを求めて 系外惑星の発見数 2011年9月現在、合計500個以上の惑星系が発見されている 最初に系外惑星を発見した人たち 左：Queloz氏、右：Mayor氏 発見した望遠鏡 フランス・オートプロバンス天文台 太陽系の惑星 太陽系は宇宙の中で標準的？？ 最初(1995年)に見つかった惑星 • 公転周期 ～ ４日！ （水星でも８８日） • 恒星（太陽）からの距離 ＝ 地球と太陽の距離の２０分の１ • 表面の温度 ～ １０００度 • 惑星の大きさ → 太陽系の木星サイズ 灼熱の巨大ガス惑星 → ホットジュピター 系外惑星の軌道長半径分布 木星 木星型惑星が恒星のすぐそばにたくさんある HD80606bという惑星の軌道 近いところは恒星のすぐそば 遠いところは地球あたり 軌道が細長いだ円の惑星 → エキセントリックプラネット 系外惑星の軌道離心率分布 エクセントリック プラネット 木星 エキセントリックプラネットも数多くある 恒星の自転と逆向きに公転する惑星 → 逆行惑星 系外惑星の公転軌道傾斜角分布 主星の自転軸と惑星の公転軸は必ずしも揃っていない 2009年8月に発表された CoRoT-7bの想像図 恒星のすぐそばを公転する 地球の1.7倍の大きさの惑星 地球より大きな岩石惑星 → スーパーアース これまでにわかったこと 宇宙にはさまざまな惑星系がある ・ホットジュピター ・エキセントリックプラネット ・逆行惑星 ・スーパーアース 太陽系は宇宙の「標準的」な惑星系ではなさそう （でも特別なのかどうかはわからない） 目次 1章：太陽系の惑星について 2章：太陽系外惑星の探し方 3章：これまでに見つかった惑星たち 4章：第２、第３の地球たちを求めて これから探したい惑星は？ 地球のように生命を育む可能性のある惑星 地球のような岩石の惑星で 恒星からの距離がちょうどよく 液体の水が豊富にあるような惑星 ハビタブルプラネット （生命居住可能惑星） ハビタブルプラネットの位置 恒星のまわりで液体の水が存在する位置は 恒星の温度によって変わる これからの目標 ハビタブルな場所にある 地球のような惑星 「もうひとつの地球」を探そう！ Kepler(ケプラー)計画 2009年3月6日打ち上げ NASAを中心とした欧米の 共同研究チーム 1m望遠鏡でトランジット探 し 地球以下(水星)の大きさの 惑星まで発見可能 ~50個の地球サイズの惑星 (NASAより) が発見できるという見積り Keplerが打ちあがる前に知られていた惑星 HAT-P-11 (Kepler-3) HAT-P-7 (Kepler-2) TrES-2 (Kepler-1) Keplerが最初の4か月で発見した惑星候補 地球サイズ <1.25 RE スーパーアース 海王星サイズ 木星サイズ 1235個の惑星候補の発見 54個の惑星がいわゆる ハビタブルゾーンにある うち地球型惑星は5個 惑星質量の確認 HARPS-NEFなど 2009年以降 スペイン・カナリア諸島 4.2m 望遠鏡 ~ 数 cm/s の視線速度精度 欧米の共同研究 Keplerなどで発見された惑 William Herschel Telescope 星の質量を決定する装置 ハビタブルな場所にある 地球サイズの惑星の発見は 近づいている その先の研究テーマは？ 系外惑星の大気成分を調べる 主星 主星の光 主星元素の 吸収線 惑星および 外層大気 惑星元素による 追加吸収 Transmission Spectroscopy (透過光分光) と呼ばれている 将来の系外惑星大気の探索 ジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡 (2018年以降) スピカ (2018年以降) 赤外線を使ってハビタブルプラネットに さまざまな大気分子を探す 地上超大型望遠鏡による観測 ハワイに建設が決まった30m望遠鏡 2018年以降 可視光で酸素などを探し、直接撮像にも挑む 特に見つけたいもの 生命がいないと存在しない大気分子や 惑星の生命居住環境を保つのに重要な分子 例えば… ・水（単独では生命の証拠にはならない） ・二酸化炭素（惑星を温暖に保つのに不可欠） ・メタン（化学反応の他、バクテリアも生成する） ・酸素やオゾン（光合成の証拠） まとめ • 太陽系外惑星は1995年に初めて発見され、それから始 まった新しい研究テーマ • 宇宙には太陽系の惑星とは異なる性質を持つ惑星が数多 く存在することが明らかになった • これから生命居住可能惑星の探索が本格的に開始される • 今後の10年、20年は宇宙に生命を育む系外惑星を探す研 究が面白くなるだろう
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