大阪市立科学館研究報告 25, 7 - 10 (2015) 生命生存可能領域にある系外惑星 石 坂 千 春 ＊ 概 要 国 際 天 文 学 連 合 ＩＡＵが実 施 している「太 陽 系 外 惑 星 命 名 キャンペーン（ＮａｍｅＥｘｏＷｏｒｌｄｓ）」で名 前を募集していた 305 系 外 惑 星 について、与えられた情 報（軌道長半径 、公 転周期）のみから、生命 生 存 可 能 領 域 にあるものを判 定 した。生 命 生 存 可 能 領 域 とは、惑 星 上 に液 体 の水 が定 常 的 に存 在 できる 領 域 のことで、その場 所 （母 星 からの距 離 ）は母 星 の明 るさ（光 度 ）に依 存 する。本 研 究 では、まず、ケプ ラーの法 則から母 星 の質 量 を求 め、光 度 に換 算した。命 名対象 候 補 の 305 系外惑星のうち、約 1 割 に 当たる 25 個 が生 命 生 存 可 能 領 域 にあることがわかった。 １．はじめに さが違うからだ。 国 際 天 文 学 連 合 ＩＡＵが実 施 している「太 陽 系 外 惑 ＨＺ（生 命 生 存 可 能 領 域 ）は、簡 単 に言 えば、惑 星 星 命 名 キャンペーン（ＮａｍｅＥｘｏＷｏｒｌｄｓ）」 [1]では、 上 に液 体 の水 が安 定 して存 在 できる領 域 であり、その 260 星 系 ／305 系 外 惑 星について、名 前をつける候補 領 域 の 場 所 や 広 さ は 母 星 の 光 度 （ 温 度 ） に 依 存 する を募集していた。 [2]。 この 305 系外 惑 星 の中に、生 命 生 存 可 能 領域（ハ ビタブルゾーン：以 下 、ＨＺ）を公 転 するものはあるだろ 母 星 の光 度 をＬとすると、ＨＺは次 のように書 ける [3][4]。 うか？ 𝐿 𝐿 √ < 𝐻𝑍 < √ 1.1 0.53 “第 ２の地 球 ”と呼 べるようなものも含 まれているのだ ろうか…？ 命名 対象 惑星 リストの中 でＨＺに存 在 する系 外 惑星 を判別してみたので報 告 する。 なお今 後 、太 陽 系 を単 位 とする。すなわち、太 陽 光 度＝１、地 球の公 転 周 期＝１、地 球の軌 道 長 半径＝１、 ２．判定法 …である。 公 式 サイト[1] で公 開 され ている 系 外 惑 星 に 関 する データは 、惑 星 の 質 量 、公 転 周 期 、 軌 道 長 半 径 、 母 星のみかけの明るさ、発 見 年 と星 座である。 これらの情報から、どうしたらその惑 星がＨＺにあるか どうかを判定できるだろう？ もちろん、片っ端 からネットで検 索 するという手もあろ うが、そんな手間はかけたくない…。 太陽系の場合、ＨＺは、0.95 < HZ < 1.37 となり、も ちろん地 球 は、“ストライクゾーン”に入 っている（が、ど ちらかといえば、“内角”ギリギリである）。 という わけで、Ｈ Ｚか どう かを 判 定 する た めには 、母 星 の 光 度 データが 必 須 であ るが、どうしたら母 星 の 光 度を知ることができるだろう。 軌 道 長 半 径 のデ ータがある のだから、とりあえ ず地 公開データには、母星の“みかけの明るさ”が記 載さ 球と同 じ１天 文 単 位 付 近 にあるものをピックアップすれ れているが、距 離 に関 するデータがないので、光 度 に ばいい、というわけにはいかない。 変 換 できない。ここで一 つ一 つ光 度 や距 離 を調 べるく 母 星 （その惑 星 系 にとっての“太 陽 ”）の本 来 の明 る らいなら、最 初からネットでＨＺかどうかを検 索した方が 早い。 * 大 阪 市 立 科 学 館 ／中 之 島 科 学 研 究 所 http://www.sci-museum.kita.osaka.jp/~ishizaka/ だが、公 転 周 期 と軌 道 長 半 径 のデータがあるので、 そんな手 間 を掛 けなくても、なんとかなるかもしれな 石坂 千春 い！ “第２の地球”と言えるような環境にある可能性がある。 ケプラーの第 ３法 則 およびニュートンの万 有 引 力 の まだ、系外惑星系の衛星群 は発見されていないが、 法 則 から、母 星 の質 量 Ｍ≫惑 星 の質 量 の時 、Ｍは次 きっとどこかに生 命が生存 している星がある！そう想 像 のように書ける。 するだけでワクワクする。 Ｍ＝ （軌道長 半 径 ） （公転 周 期） なお、日 本 天 文 協 議 会 ＩＡＵ太 陽 系 外 惑 星 命 名 支 ３ 援ワーキンググループの「太陽系 外惑 星に名前をつけ ２ よ う 」 キ ャ ン ペ ー ン ・ サ イ ト [7] に は 、 Habitable Zone 太 陽 系 の 場 合 、地 球 の 値 ： 軌 道 長 半 径 ＝ １、公 転 周期＝１を導入すると、当 然 、Ｍ＝１である。 Gallery[8]のデータを基 にしたＨＺ惑 星 系 のリストが掲 載されている。[7]のリストと本稿の表１とは異なっている これで母星の質 量 が導 出できた。 が、おそ らく 軌 道 離 心 率 の 扱 いの 違 いによるも のと思 ところで、主 系 列 星 は、光 度 と質 量 の間 に、次のよう われる。本 稿 では[1]のデータだけを参 照 したため、離 な経験則がある[5][6]。 心率は考慮していないが、離心 率が大きければ、軌道 の一部がＨＺに入ってきたり、逆に軌道の大 半がＨＺを Ｌ = 0.23 M 2.3 （ Ｍ ≤ 0.43 ） …③ 外 れたりすることがある。本 稿 の考 察 のように、軌 道 長 半径がＨＺの範囲にあるかどうかだけでは、その惑星が Ｌ = Ｍ 4 （0.43 < Ｍ ≤ 2） …④ 本当に生 命生 存 可能かどうかは確定しない。もっとも、 離 心 率 の大 きい惑 星 は母 星 からの距 離 が“１年 ”の中 Ｌ = 1.5 M 3.5 （2 < Ｍ） …⑤ で大きく変るので、暑くなったり寒くなったり気候も変動 し、あまり住みよい環境とは言えないだろう…。 要するに、重い星は明るいのである。 質 量から光 度を推 測 できるようになったので、これで ＨＺかどうかを判定する準 備 が全 て整った！ いつの日か、本 当に“第２の地 球”が発 見され、その 生態系が明らかになることを期待したい。 そして、もしも宇 宙 生 物 とのファーストコンタクトが実 現する日がきたら、その星を自分たちではどう名付けて ３．これが生命 生 存 可 能 な系 外 惑 星 だ！ いるのか、聞いてみたいものである・・・。 系 外 惑 星 系のデータを式 ②、③、④、⑤に流し込み、 式①によりＨＺかどうかを判 別 したものが、表１である。 命 名 対 象 候 補 305 惑 星 のうち、ＨＺにあると思われ るものは 25 個あった。判 定 条 件（式①）をもう少し緩め れば、候補星は 30 個を超えそうだ！ 参考文献 [1] http://nameexoworlds.org/ [2]http://www.planetarybiology.com/calculating_ habitable_zone.html なんと、命 名 対 象 系 外 惑 星 のおよそ１割 がＨＺにあ [3]Kasting,Whitmire and Reynolds(1993), Habitable ったのである！もっとも、太 陽 系 でも８ 惑 星 の なか で、 zones around main sequence stars. Icarus 101: 生 命 生 存 可 能 なのは 地 球 １つ なの で、１ 割 が 生 命 生 pp.108-128 存可 能、という結 果 は、そう驚 くべきことではないのかも しれない。 とはいえ、ＨＺにあるからといって、その惑 星 が 生 命 生存可能、とは限 らない。 表１を見ればわかるとおり、今 回 、ＨＺにあると判定し た全ての惑 星 は、地 球 よりもはるかに重 く（一 番 軽 いも のでも地 球の約 60 倍の質 量がある！）、ほとんどが木 星タイプか、スーパージュピターであった。 こう した 重 い 惑 星 は 、お そ らく 木 星 と 同 じよ う なガス [4]Whitmire, habitable Reynolds,(1996), zones,pp.117-142. Circumstellar Travis House Publications, Menlo Park. [5]Salaris, Cassisi (2005), Evolution of stars and stellar populations. pp.138–140. [6]Duric (2004), Advanced astrophysics, Cambridge University Press. p. 19 [7] http://exoplanet.jp/ [8] http://www.hzgallery.org 惑 星 であろうから、その惑 星 自 体 は残 念 ながら“第２の 地球”とは呼べない。 しかしながら、木 星 や土 星 などの太 陽 系 のガス惑 星 から容 易に類 推 できるように、おそらく巨 大 ガス惑 星は、 多 数 の衛 星 を従 えているはずだ。そして、その中 には、 地球サイズの衛星もあるかもしれない。 生 命 生 存 可 能 領 域 の惑 星 の巨 大 衛 星 は、まさに ※ 「 天 文 教 育 」 2014 年 11 月 号 に 掲 載 さ れ た 記 事 に一部、加筆・修正した。 生命生存領域にある系外惑星 表１：生命生存可能領域（ＨＺ）にあると思われる惑星 星系 惑星符号 HD 100777 HD 100777 b HD 141937 HD 141937 b HD 142415 HD 142415 b HD 147513 HD 147513 b HD 153950 質量 （対 木 星 ） （対 地 球） 周期 （日） 軌道 星 座 長半径 （ＡＵ） 母星の 視認性 V 等級 368.7 383.7 1.03 しし 双眼鏡 8.4 9.7 3083 653.22 1.52 てんびん 双眼鏡 7.3 1.62 514.9 386.3 1.05 じょうぎ 双眼鏡 7.3 1.21 384.6 528.4 1.32 さそり 肉眼 5.4 HD 153950 b 2.73 867.7 499.4 1.28 さそり 双眼鏡 7.4 HD 171028 HD 171028 b 1.98 629.3 550 1.32 へびつかい 双眼鏡 8.3 HD 188015 HD 188015 b 1.26 400.5 456.46 1.19 こぎつね 双眼鏡 8.2 HD 20782 HD 20782 b 1.9 603.9 591.9 1.381 ろ 双眼鏡 7.4 HD 210277 HD 210277 b 1.23 390.9 442.1 1.1 みずがめ 双眼鏡 6.6 HD 213240 HD 213240 b 4.5 1430.2 951 2.03 つる 双眼鏡 6.8 HD 222582 HD 222582 b 7.75 2463.2 572.38 1.35 みずがめ 双眼鏡 7.7 HD 23079 HD 23079 b 2.5 794.6 626 1.5 レチクル 双眼鏡 7.1 HD 28185 HD 28185 b 5.7 1811.6 383 1.03 エリダヌス 双眼鏡 7.8 HD 4113 HD 4113 b 1.56 495.8 526.62 1.28 ち ょ う こ く しつ 双眼鏡 7.9 HD 4203 HD 4203 b 1.82 578.5 437.05 1.164 うお 双眼鏡 8.7 HD 45350 HD 45350 b 1.79 568.9 890.76 1.92 ぎょしゃ 双眼鏡 7.9 HD 93083 HD 93083 b 0.37 117.6 143.58 0.477 ポンプ 双眼鏡 8.3 HD 99109 HD 99109 b 0.5 159.6 439.3 1.105 しし 双眼鏡 9.1 HD 108874 HD 108874 b 1.36 432.2 395.4 1.051 かみのけ 双眼鏡 8.8 HD 155358 HD 155358 c 0.82 260.6 391.9 1.02 ヘルクレス 双眼鏡 7.3 HD 183263 HD 183263 b 3.67 1166.4 626.5 1.51 わし 双眼鏡 7.9 HD 45364 HD 45364 b 0.19 59.5 226.93 0.6813 おおいぬ 双眼鏡 8.1 HD 45364 HD 45364 c 0.66 209.1 342.85 0.8972 おおいぬ 双眼鏡 8.1 Gliese 876 c 0.64 202.5 30.23 0.12959 みずがめ mu Arae b 1.68 532.7 643.25 1.5 さいだん Gliese 876 mu Arae 1.16 質量 10.2 肉眼 5.2
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