― ．解 説 ― 地 型系外惑星 海 気候研究 大学大学院理学研究院 石 渡 正 樹 系外惑星と 系外惑星 陽以外 以来 現在 主 方法 観測 行う 恒星 遠 近 求 惑星 い 法 わ ン 存在 け あ 惑星 恒星 前 木星 横 場合 光 強度 惑星 陽 軌 星 心率 場合 恒星( 遠い領域 気体 軌 近 近傍 大 質量 大 惑星 ン 木星型惑星 考え 惑星 存在 惑星質量 周期 等 考え 観測手法 制限 重い惑星 あ 持 地 程度 質量 い 地 型 系外惑星 発生 維持 適 温度範 そ 中 2.1 ネ 型系外惑星気候 非常 数倍程度 あ 研究例 系 推 持 い 質量 小 い い惑星 い 系外惑星 恒星 恒 発見 近傍 い 存在 惑星 恒星 強い潮汐力 働 近傍 自転周期 公転 い 大部 地 惑星 10 倍以 発見 質量 う 注目 プ い 数 う ョン;httミ:枝枝kピミlピメ果nバモバ果gov枝 発見 惑星 検 存在 多 ア 推 減少 け (井田，平00年) 性質 持 質量 あ 気候 視 傾斜角 同期回転惑星 系外惑星 ( 陽 ュ 惑星 系外惑星 関 軌 い惑星 い 惑星 観測プロ い 心率 ホ 可能性 用い 以 プ 大 考え 一時的 発見 非常 偏移 え 主成 い う あ 大 周期的 観測 心率 岩石 動 プ あ 異 質量 系 1 不 減光 惑星 発見 型惑星 成 恒星 観測 恒星光度 光 観測 プ 速度変 方法 近い領域 恒星 望遠鏡 ) 小 微小 長半 主成 焦点 光 起 軌 陽系 最近地 地 宇 質量 発見 系外惑星 恒星 木星 陽 え 陽) 心率 大質量 陽 横 変 系外惑星 う 地 微小 共通重心 射出 う 前 法 惑星 あ 法 陽系 惑星 (佐藤，平00拡) 系外惑星 わ プ 恒星 法 1拡拡5 (httミ:枝枝ピxoミlバnピt果ピu枝) 系外惑星 わ 陽 け 系外惑星 あ ふ プ 観測 存在 そ あ 地 確 恒星 平 動 ン 法 い 法 恒星 あ 惑星 発見 恒星 い 一方 外惑星 あ 約 1平 m枝モピc 出 存在 ン 方法 存在 線速度変 周 500 個近 プ ふ 恒星 う う 期 試 え う い う い いう 状況 い 主 問題 生 い 紹介 計算例 太陽定数を変化させた水惑星 陽 外惑星 数 惑星 気候 気候 考え 重要 外部 あ 基礎 最初 陽 気候状態 数 陽 数依存性 変 数値実験 ン (E天ゼ) 系 い 紹介 気候 陽 数依存性 E天ゼ 主 大気 熱輸送 1 次元 表面温度 ネ 関数 イ 用い 表面温度 調 布 求 1 次元 (平00ウ) 参照 緯度 陽 界緯度 0 度 い 氷 大気 い 数依存性 中 衡状態( 中 気状態 い状態 γ 動 い 1(パ) 気 G太ゼ 使 陽 数 a 組 扱 安 数 陽 合わ 多重解 変 性 氷無 状態 多重解 結 示 重要 ポイン 解 得 状態 初期条件 数 中 数 陽 発生 部 境界 海氷 あ わ わ 氷無 状態 境 状態 水蒸気 含 あ 衡 全 凍結 凍結状態 一部 安 い場合 大 衡状態 至 小 数 大 値 近い場合 い場合 全 至 凍結状態 存在 同様 結 モwバmミ ocピバn (熱容量 数 そ 存在 あ 陽 あ いう 確 海面) 結 あ 部 小 い場合 中間程度 数 得 ロ E天ゼ う あ 値 地 陽 数 ●) 地 陽 い 場合 い (ジモhiwバtバメi ピt バl．，平00平) ( 海氷 暴走温室状態 場合 (G太ゼ) 異 得 あ あ 凍結状態) い状態 ×) 数値実験 暴走温室状態 暴走温室状態 全 示 存在 あ わ 雲無 気候状態 え 対応 大気大循環 灰色放射 陽 続け 凍結状態 凍結状態 結状態 生 取 範 い場合 状態 中 大気 凍結状態 発生 陽 入射 昇 結 状態(全 氷 陽 全 氷無 大気 部 越え ジモhiwバtバメi ピt バl． E天ゼ 氷 ) 許容 凍結状態 赤 暴走温室状態( 部 部 暴走温室状態 部 ○) 赤外放射量 消失 ( 複数 ◇) 温度 完全 用い 惑星表面 中 Noメth (1拡ウ5) 灰色放射 拡0 度 状態 氷 基礎方程式 あ ( 射出 1(バ) 示 境界緯度 氷無 あ 結 凍結状態 全 陽 数 存在 全 大 凍結状態 あ 全 陽 大 凍結状態 共通 値 あ いう簡略 数 凍結状態 え 場合 部 凍 実際 変 b 図 ：太陽定数 氷境界緯度 関係 M 結果 M 結果 ○ 氷無 衡解を ● 部分凍結解を ◇ 全 凍結 衡解を × 暴走温室状態を示 衡解 ンチを表 い 全 凍結 衡状態 安定 部分凍結 衡状 態 安定 部分凍結 衡状態 氷無 衡状態をあ わ 文字 付いたも = W 太陽定数 値 得 た全 凍結状態を初期値 も あ 文字 付いたも = W 得 た暴走温室状態を初期値 も あ P 文字 付いたも = W 得 た部分凍結状態 徐々 太陽定数を減少 い 得 た解たち あ 文字 い い い記号 K 等温状態を初期値 結果を示 I w を改変 2.2 エキセント ックプ ネット 地 軌 心率 約 0果01ウ あ 心率 持 ン プ ネ 大気 G太ゼ 50m 深 地 用 ネ 模 い い 行 大気組成 使用 地 値 平 う 心率 結 0果ウ 軌 長半 ン 基本的 地形 1 植生 文 プ 地 準 現在 地 基 均日射量 い 表面温度 時( 大陸 え 同 大 Williバmモ バnビ タollバメビ(平00平) 心率以外 地 1 非常 用い 計算 公転周期 数 い 0果ウ 以 場合 示 高 対 結合 大陸配置 陽 い 多数発見 彼 い 同 小 海洋混合層 数値実験 え 非常 平 ) 表面温度 熱帯域 年ウ年ズ 以 表面温度 時( 平 ) 高緯度領域 緯度 60 度 全 氷 時期 面 液体 い 水 領域(平ウ年ズ 覆わ 惑星表 存在 温度 年ウ年ズ) 心率 大 近 存在 期間 短 う 大部 日射 弱い 大気 激 い 存在 惑星 存在 近星点 1 惑星 冷却 通 1 惑星表面 氷点以 一部 地 最高値 値 結 あ 変わ 場合 全 地 値 い ( 均 値 ) び最 極端 均値 地 温度 保 表面温度 値 急 均地表面温度 ウ果拠ズ 高い 結 Williバmモ バnビ タollバメビ (平00平) 惑星表面 液体 水 存在 う 惑星 軌 要素 均日射 量 う 論 い 図 ：エキセン ク ネ 計算例 離心率 ． を えた場合 大気 M 海洋混合層 結 合モ 得 た表面温度分布 図 表面温度 最高値 得 た時 表面温度分布 中図 恒星 も も惑星 遠 た 時 遠星点 け 表面温度分布 図 表面温度 最低値 得 た時 表面温度分布を示 W P を転載 2.3 自転傾斜角 系外惑星 一般 変動 惑星 自転傾斜角 ほ 惑星 自転傾斜角 多様 観測 推 可能性 あ 計算 値実験 自転傾斜角 大 自転傾斜角 場合 地 数値計算 約 平年 度 過去 大 気候状態 Williバmモ バnビ タollバメビ (平00平) 自転傾斜角 拠5 度 表面温度 大 い け 場合 高 い 推 対 自転傾斜角 大 存在 目的 行 あ 自転傾斜角 Williバmモ バnビ 彼 ン 同様 夏半 用い 表面温度 半 高緯度域 日射量 高緯度 場合 熱帯域 地 異 布 い 場合 結 液体 大 プ 自転傾斜角 いえ あ 存在 可能性 ネ 変更 数 図 ：自転傾斜角 論 い 大 惑星 計算例 自転傾斜角を 合モ 月 得 た表面温度分布 左 表面温度を示 W 温 熱帯 万 図 雪 全 度 月 右 熱帯域 高温 均温度 惑星表面 大 図 P 半 自転傾 形成 均 た場合 1 高 逆 自転傾斜角 あ 示 あ 温度領域 Williバmモ バnビ タollバメビ(平00年) 在 季節変 表面温度 い惑星 温 水 布 大 自転傾斜角 表面温度 変 得 ウ 言え い 日射量 高緯度 特徴 ほ 冷却 地 常 惑星 小 値 あ 存在 い い 生 存 大気 M 海洋混合層 月 左 図 月 右 結 図 を転載 陸惑星 軌 要素 シ平O 見積 あ 地 火星 中 用い 表面温度 幅 得 い場合 大循環 行 高緯度 体 持 い 行 年 2.4 い 系外惑星 タollバメビ (平00年) 斜角 大き あ 惑星表層 存在 言わ 現在 地 注目 い 研究 過去 海洋程度 系外惑星 グパピ ピt バl果 (平005) シ平O 量 火星 け 湖沼程度 い 惑星全体 い 地 陸 異 覆わ 表層 シ平O 量 過去 火星 シ 平O 存在量 確 表層 液 あ そ 少量 シ平O 量 地 大 存在 比 い 可能性 少 い陸 惑星 け 気候 用い 4(バ パ) 横軸 4(バ) 考察 変更 地 同 陽 時間 縦軸 緯度 異 1 通 水 び出 大気循環 緯度 陽 数 場合 夏 夏半 高緯度 緯度 値 緯度 数値実験 数 同 東西 赤 起 起 示唆 以 え 均値 5m 布 60 度 自転傾斜角 大 降 陸惑星 (c) (d) う あ 4 (c ビ) 表面温度 表層 液体 示 高 熱帯域 図 ：陸惑星 水蒸気 水 輸送 保持 起 可能性 数値計算例 M 深 バケ モ 結合モ 自転傾斜角を ． 度 地 値 た場合 結果 結果 東西 均降水量 変 を示 い 図も横軸 春分 日 日数を示 得 た結果 自転傾斜角を 度 た 東西 均表面温度 変 ． を改変 同期回転惑星 1 節 期 わ い (b) 2.5 あ い 結 温 場合 示 示 乾燥 い場合 高緯度 結 時間変 場合 a (a) 場合 を示 計算 雨 い熱帯域 結 結合 陸惑星設 緯度 域 自転傾斜角 降水 深 行 自転傾斜角 夏半 降水 あ 大気 G太ゼ 自転傾斜角 地 対 い 述 う 公転周期 夜半 恒星 等 場合 固 い 惑星地表面 同期回転惑星 発生 う 大気 日射 条件 自 布 あ 水蒸気 多他(平010) 惑星 輝度 液体 水(海洋) 非常 極端 存在 恒星 小 強い潮汐力 対 常 い恒星 場合 温暖 地 凍結条件 あ 同 気候 陽 働 半 向け 近傍 地 実現 数 惑星 昼半 型惑星 可能性 い 液体 存在 あ 昼半 惑星表面 自転周 暴走温室状態 水 存在 い 含 場合 平．1 節 用い 惑星 陽 夜半 問題 1拠0 度 近傍 述 入射放射 西半 同期回転惑星 領域 布 い G太ゼ 実験 陽 数変更実験 変更 数値計算 行 陽放射 え 入射 納多他(平010) 行 い ジモhiwバtバメi ピt バl果(平00ウ) 同期回転惑星 経度 1拠0 度 想 年60 度 納 同様 経度 0 度 東半 領域 入射 い 無い 陽 自転角速度Ω 納多他(平010) 1枝1年Ω EんΩ E 結 5 暴走温室状態 熱輸送 夜半 う赤 高温域 波 波 伝播 熱 伝播 い ( 高温領域 高温域 5パ) 凝結 昼夜間対流 見 い( 5 c) Ω= 1枝1年Ω E 場合 場合 広 半 夜半 極 越え 循環 結 地 同 陽 夜半 5 ピ) 相当量 実現 3 型 計算 系外惑星 地 結 環境 気候 用 実現 一般 観測結 比較 対応 け 外 G太ゼ 想 整備 問題点 進 良い 結 い 惑星表層 示 い 昇 極 越え 流 ン波 変形半 増加 異 水 夜半 赤 Ω= Ω E 赤 夜半 布( 中緯 5 f) 昼 液体 形態 水 昼半 存在 温度範 行わ う 軌 要素 プ実験 必要 1 観測 可能 表層環境 大気量 困 あ 整合性 解 生 い 確 いう 対応付け 調査 岐 イア う 複数 群 う 群 いう議論 多様 あ 数値解 あ 問題 数値解 考え 共通 開発 数値計算 び複数 観測プロ 解 対 衡解 用い プロ ン 目的 結 数以 多重 (ビピピミconv枝バメバメピ; 杉山他，平010) 新 順次 陽 イ 地 (httミ:枝枝www果gfビ-ビピnnou果oメg枝liパメバメy枝ビcmoビピl) 非静力学対流 回 平果1 節 述 依存性 数値解 発生維持 実現 可能 複数種類 そ 少数 大気成 至 複雑度 電 脳 倶 楽 部 ビcmoビピl プ ロ あ 存在 い 期 考え 水 評価 G太ゼ け 液体 いう 計算 い 同士 E天ゼ 多様 群 凝結加 展望 同様 議論 (ビcミバm;高橋他，平010) 点 い 場合 い 地表面 う 大気大循環 実験 う ロ 水蒸気 熱輸送 至 い 正当性 空間 効率的 赤 緯度幅 赤 伸び 中緯度領域 同様 風速 行わ 日射放射量 得 関 比 東向 高温領域 同期回転惑星 系外惑星 計算結 複数 性 夜半 そ 変更 あ 関 安 場合 い 状況 い 応付け 実験 用い 数値計算 数変 昼半 対応 布 Ω= Ω E 問題点と今後 イ 他 解 え 数値計算 簡 陽 夜半 5バ) 恒星直 5 ビ) 暴走温室状態 変更 想 方法 数 惑星半 系外惑星 い 存在 想 過 徹底的 場合 あ 昼半 高温域 加熱 水 場合 起 可能性 変更 ( 用 い 系外惑星 避 い かえて: 系外惑星気候計算 い 更 い 熱輸送 示唆 まとめ 地 生 布( Ω= Ω E 考え 凝結加熱( 伸び 昼半 風 い Ω= Ω E 増加 度 以 場合 存在 い 緯度幅 側 中緯度大気 示 値 場合 夜半 高温領域 い 高温域 5バ) 昼半 夜半 い 5(ビ)～(f) 考え 比 ン波 わ 存在 結 布( 表面温度 あ い 値 い い 西方向 考え 降 形成 域 伴う潜熱解放 形成 対蹠点 伴 赤 考え 伸び 自転角速度 場合 実現 表面温度 伴い形成 地 い 衡状態 い 現在地 Ω= 1枝1年Ω EんΩ E 得 あ わ 伴い形成 起 衡状態 結 数 ΩE 自転角速度 場合 あ 重力 用い 統計的 ン波 夜半 温度 暖 伴う熱輸送 東方向 平 種類 統計的 Ω= Ω E 赤 惑星半 示 至 5 (バ)～(c) 向 数 機的 開発 結合 流体 G太ゼ 進 い 地 型 系外惑星 気候 姿 あ う a d b e c f 期 図 ：同期回転惑星 計算例 ～ Ω= Ω 場合 結果 ～ Ω= Ω 場合 結果 を示 地表面温度[K] 等値線 間隔 K 凝結加熱率[W ] 等値線 間 隔 W 白い部分 W 以 を示 σ= 断面 南 風速 水 分布 [ ] 等値線 間隔 い も 日 時間 均場を示 納多他 を改 変 参考文献 [ ] Abe，Y．，Numaguti，A．，Komatsu，G．，Kobayashi，Y．，2005: Four climate regimes on a land planet with wet surface: Effects of obliquity change and implications for ancient Mars． Icarus，178，27–39． [ ] Ishiwatari，M．， Takehiro，S．， Nakajima，K．，Hayashi，Y．，2002: A numerical study on appearancd of the runaway greenhouse state of a three-dimensional atmosphere． J． Atmos． Sci．，59，3223-3238． [ ] Ishiwatari，M．，Nakajima，K．， Takehiro， S．， Hayashi，Y．， 2007: Dependence of climate states of gray atmosphere on solar constant: from the runaway greenhouse to the snowball states．J．Geophys．Res．，112，D13120． [ ] North，G．R．，1975: Analytical solution to a simple climate model with diffusive heat transport，J．Atmos．Sci．，32，1301–1307． [ ] Williams，D．M．，Pollard，D．，2002: Earth-like worlds on eccentric orbits: excursions beyond the habitable zone．International Journal of Astrobiology，1，61–69． [ ] Williams ， D ． M ．， Pollard ， D ．， 2003: Extraordinary climates of Earth-like planets: threedimensional climates simulations at extreme obliquity ． International Journal of Astrobiology，2，1–19． [ ] 地 流体電脳倶楽部 dcmodel プロ ，2005: http://www．gfd-dennou．org/library/ dcmodel/，地 流体電脳倶楽部． [ ] 高橋芳幸，森川靖大，石渡正樹，納多哲史，佐々木洋 ，小高正嗣，西澤誠也，竹広真一，中 島健介，堀之 武，林祥介，DCPAM 開発 プ，2010: 惑星大気 DCPAM，http://www． gfd-dennou．org/library/dcpam/，地 流体電脳倶楽部． [ ] 杉山耕一朗，小高正嗣，山 也，中島健介，林祥介，deepconv 開発 プ，2010: 非静力 学 deepconv， http://www．gfd-dennou．org/library/deepconv/，地 流体電脳倶楽部． [ ] 納多哲史，石渡正樹，中島健介，高橋芳幸，森川靖大，西澤誠也，林祥介，2010: 同期回転惑 星 け 大気大循環 数値実験第 24 回大気圏 ンポ 講演集， http://www．isas．ac．jp/j/researchers/symp/ [ ] 佐藤文衛，2009: プ 法 系外惑星探索． 星人(日本惑星科学会機関 )，18， 138–146． [ ] 井田茂，2003: 異形 惑星．日本放送出版協会． [ ] The Extrasolar Planets Encyclopaedia． http://exoplanet．eu/． [ ] NASA Ames Research Center， 2010: Kepler， A search for habitable planets． http://kepler．nasa．gov/．
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