系外惑星班の最終報告

系外惑星班の最終報告
松尾太郎（京都大学）
メンバー
•  計10名 (1名は星惑星形成班とのかけもち) •  2名の惑星科学の出身（青） •  理論/観測/装置がバランス良く • 
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河原創（東京大学）葛原昌幸（東京工業大学）小玉貴則（東京大学）佐々木貴教（京都大学）住貴宏（大阪大学）空華智子（東京大学）成田憲保（NAOJ）福井暁彦（NAOJ）武藤恭之（工学院大）; 星惑星形成班とのかけもち松尾太郎（京都大学）
あいうえお順
2020年代系外惑星科学の3本の柱
1.  太陽系を含めた多様な惑星系の起源・進化の
理解太陽系惑星形成論 ! 汎惑星形成論
2. 惑星で起こる物理・化学現象の包括的な理解太陽系の惑星科学 ! 系外惑星科学
3. 地球生命の居住可能性の理解と宇宙における
生命現象の探査地球生命 ! 地球生命の相対化（生命観への影響）
* テーマ1については、星・惑星形成班に移動. 2020年代系外惑星科学の3本の柱
光赤外
電波
1.  太陽系を含めた多様な惑星系の起源・進化の
理解太陽系惑星形成論 ! 汎惑星形成論
2. 惑星で起こる物理・化学現象の包括的な理解太陽系惑星科学 ! 系外惑星科学
3. 地球生命の居住可能性の理解と宇宙における
生命現象の探査地球生命 ! 地球生命の相対化（生命観への影響）
目次
0. 初めに 1. 自己放射天体の観測的研究 -‐ 大気の観測的研究 2.  系外惑星科学 -‐ ガス惑星・スーパーアースの大気組成・内部構造 -‐ (ハビタブルでない)岩石惑星 3.  ハビタブル惑星 -‐ ハビタブルゾーン -‐ ハビタブルゾーンにある惑星頻度 -‐ ハビタビリティの観測的研究 -‐ バイオマーカー現在(2010年代)との比較
2010年代
節1 地上の高コントラスト自己放射天体の (SEEDS, SCExAO, GPI) ・明るい放射天体の発見/測光観測的研究
・低・中分散分光による大気組成
節2 系外惑星科学スペーストランジット分光/
地上トランジット多色測光 (Spitzer, HST, MuSCAT) ・ガス惑星の大気組成/大気構造
節3 スペーストランジット測光ハビタブル惑星 (Kepler) ・ハビタブルゾーンにある惑星の
頻度分布
2020年代
現在(2010年代)との比較
節1 2010年代
地上の高コントラスト自己放射天体 (SEEDS, SCExAO, GPI) の観測的研究・明るい放射天体の発見/測光、低・中分散分光による大気組成
節2 系外惑星科学スペーストランジット分光/
地上トランジット多色測光 (Spitzer, HST, MuSCAT) ・ガス惑星の大気組成/大気構造
節3 スペーストランジット測光ハビタブル惑星
(Kepler, TESS) ・ハビタブルゾーンより内側の惑
星の分布・　太陽系近傍の地球型惑星候補
の探査
2020年代
・暗い (年老いた、低質量)放射天体
の中分散・高分散分光 -‐> 形成・進化、大気モデルの詳細
化へ・スーパーアースの詳細な大気組
成/大気構造の研究 -‐> スーパーアースとガス惑星の境界
・ハビタブルゾーン内外の地球質量
程度までの惑星分布・ハビタブルゾーン内外のスーパー
アース/地球型惑星の分光観測
2010年代の系外惑星科学の進展
2010年代
探査
Kepler
2020年代
Subaru/IRD
VLT/ESPRESSO
PLATO
TESS
TESS
遠方の惑星探査 -‐> 統計的研究
近傍の惑星探査
特徴づけ
HST
ターゲット供給
SPITZER
Hot Jupiterの特徴づけ
？
近傍の惑星の特徴づけ
TESS(米)、PLATO (欧)の惑星探査
•  TESS(2017年打ち上げ予定)は連続的に黄道極を1年間連
続的に観測. ! 小さい半径の惑星が黄道極を中心に発見される予定. •  1000を超える、トランジットを起こしている小さい海王星/地
球型惑星の発見. TESSで予想される惑星分布
発見される惑星の分布
2020年代の太陽系外惑星科学
探査 2010年代
2010年代地上望遠鏡
・近傍のハビタブルゾーンにある
地球型惑星の探査が展開. ! 系外惑星科学の研究の中心は木星型惑星から地球型惑星へ 2020年代以降・近傍の地球型惑星の特徴づけ ! ハビタビリティの検証. 生命探査. 2020年代
PLATO
TESS
TESS
近傍の小さい惑星探査
特徴づけ
ターゲット供給
JWST
小さい/温度の低い惑星の特徴づけ
10
生命を宿す多様な惑星の理解
HST, Spitzer
ガス惑星
・ハビタビリティの理解 -‐ H+He大気と多様な大気の境界 ! ガス惑星/岩石惑星との境界 -‐ H2O 分子の存在有無・生命の探査地球
-‐  生命の代謝のO2 や O3 の吸収線の探査 -‐  非平衡大気の検証 JWST/55CnC ?
金星 NIR
火星
Leconte et al. (2013)
惑星光の特徴づけ
観測対象
測定量
反射光スペクトルアルベド、偏光表層の組成
放射光スペクトル有効温度 (熱放射)
放射大気組成透過光スペクトル昼夜境界の大気組成
Habitable Zoneにある地球型観測手段
惑星と主星のコントラスト比
Rp
~ 10 −(8~10)
a
2
⎛ T p ⎞ ⎛ Rp ⎞
−(4~6)
~
10
⎜⎝ T ⎟⎠ ⎜⎝ R ⎟⎠
s
s
⎛ H ⎞ ⎛ Rp ⎞
2 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ~ 10 −(5~6)
⎝ Rs ⎠ ⎝ Rs ⎠
直接撮像
直接撮像 2次のトランジット
1次のトランジット
惑星光の特徴づけ
観測対象
測定量
反射光スペクトルアルベド偏光
Habitable Zoneにある地球型観測手段
惑星と主星のコントラスト比
Rp
~ 10 −(8~10)
a
2
直接撮像
⎛ T p ⎞ ⎛ Rp ⎞
放射光スペクトル有効温度 −(4~6)
~
10
（熱放射）
昼側大気の組成 ⎜⎝ T ⎟⎠ ⎜⎝ R ⎟⎠
s
s
直接撮像 2次のトランジット
透過光スペクトル昼夜境界の大気の組成
1次のトランジット
⎛ H ⎞ ⎛ Rp ⎞
2 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ~ 10 −(6~7)
⎝ Rs ⎠ ⎝ Rs ⎠
プロジェクトとの関係
地上： -‐ 超大口径/近赤外/高コントラストスペース: -‐ 中口径/可視/超高コントラスト -‐ 中口径/中間赤外/超高精度分光 -‐ 天体干渉計/ナル中間赤外
反射光検出
TMT ？
熱放射検出
SPICA
TPF-‐C (WFIRST-‐C)
TMT -‐> M型星周り TPF-‐C (WFIRST-‐C) -‐> G, K型星周り
(TPF-‐C: 2030-‐40年代が有力)
TPF-‐I, Darwin
?
SPICA -‐> M, K型星周り
TPF-‐I, Darwin -‐> K,G型星周り
SPICA/transit分光ができなければ、熱放射での特徴づけは30-‐40年先まで困難. まとめ：鍵となる系外惑星プロジェクト
2010年代
探査
Kepler
2020年代
地上望遠鏡
VLT/ESPRESSO
TESS
遠方の惑星探査 -‐> 統計的研究
PLATO
近傍の地球型惑星探査
特徴づけ
ターゲット供給
WFIRST
HST
SPITZER
Hot Jupiterの特徴づけ
TMT ？
SPICA
近傍の地球型惑星の特徴づけ
コメント
•  2020-‐30年代において鍵となるプロジェクトのみ
を本発表では紹介. -‐ 2-‐4m級地上望遠鏡は、系外惑星科学の進展
において重要. -‐ 探査、追観測、新しい技術のテスト. -‐  南極（地上とスペースの中間）は系外惑星の研
究において重要なサイトになる可能性.

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