天文学概論(第6回)
系外惑星 1
∼異形の惑星たち∼
東京工業大学 佐々木貴教
系外惑星 1
∼異形の惑星たち∼
・太陽系外惑星発見の歴史
・系外惑星の観測手法(直接&間接)
・有名な系外惑星の紹介
次回:系外惑星 2 ∼汎惑星形成論∼
・系外惑星の統計データ
・太陽系形成論から汎惑星形成論へ
・生命を宿す惑星の発見へ向けて
太陽系外惑星発見の歴史
1940∼60年代:
 白鳥座61番星のまわりに惑星発見?
 バーナード星のまわりに2つの惑星発見?
1989年:
 アメリカの観測チーム「惑星は検出できなかった」
1995年2月:論文「太陽系は特殊で奇跡的な惑星系である」
1993年:
 ニ...
Mayor & Queloz (スイスの観測チーム)
人類初の系外惑星検出!
ペガサス座51番星の周りに Hot Jupiter が存在!
1995年10月
ところが・・・
Cambell & Walker (カナダチーム:不運)
・1978年に現在主流の観測手法のアイデアを提案
・21個の恒星を観測するが、惑星は検出できず
 (※巨大惑星の検出確率は5%程度)
・21個のうち2個には、その後惑星が検出された
・別...
Marcy & Butler (アメリカチーム:本命)
・7年間にわたり60個の恒星を調査
・しかし、データ解析を進めていなかった!
 (※太陽系の先入観:木星の公転周期12年)
・データ解析後、半年間で4個の惑星を次々と発見
人類初の系外惑星...
2010年10月24日現在
約500個の系外惑星を発見!
太陽系外惑星が続々と見つかる
木星
地球
地球より内側の軌道に
木星を超える巨大惑星
異形の惑星たち(1)
灼熱の惑星
中心星の熱で高温になり
大気が膨張・流出している
Hot Jupiter
木星
地球
軌道離心率が高い惑星が多い
(楕円軌道を描く惑星が多い)
異形の惑星たち(2)
極暑・極寒を繰り返す
楕円軌道
Eccentric Planet
地球
惑星質量が地球の
数倍∼10倍
程度の地球型惑星
異形の惑星たち(3)
Super Earth
系外惑星の観測手法
コロナグラフ:中心星の部分だけを隠す
補償光学 (AO):大気による画像の揺らぎを補正
惑星と中心星の光を分離し、惑星を直接撮像する
コロナグラフ 補償光学
は約100億倍にも達する。中間赤外より
長波長では惑星自体の熱放射のため両者
の明るさ...
HR 8799
直接撮像成功!
GJ 758
恒星と惑星は共に共通重心の周りを
回っている
 → 恒星の重心からのずれを観測
地上望遠鏡による検出は極めて困難
間接法1:アストロメトリ法
2009年5月
 恒星 VB 10 の周りに
 恒星と同サイズの惑星検出
恒星 VB 10:
 太陽質量の12分の1
惑星 VB 10b:
 木星質量の6倍
アストロメトリ法成功?
追観測では惑星は検出できず
 → 現在も論争中
恒星が観測者に近づいたり
遠ざかったりする
 → ドップラー効果によって
   星の色が周期的に変化
 → 恒星の速度の変化を観測
中心星に近く質量の大きい惑星
ほど発見しやすい(選択効果)
惑星質量の下限値のみが決定
間接法2:視線速度法
46
1995年!
この後最も多くの系外惑星が
本手法で発見されている
51 Pegasi b
1995年 初めての系外惑星発見
惑星が恒星の前を通過する際に明るさが変化する
 → 周期的な明るさの変化(恒星食)を観測
惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い
惑星の正確な質量が求まる → 惑星の密度が求まる
分光観測から惑星の大気成分が検出可能
間接法3:トランジッ...
惑星が恒星の後ろを通過する際に明るさが変化する
 → 分光観測により惑星の特徴を観測
惑星の大気成分
惑星の昼側の温度
惑星の温度分布
惑星の熱輸送効率
惑星の軌道離心率
わかること
Secondary Eclipse
HAT-P-7b
トランジット法による観測例
天体の周りでは空間が歪み、光の経路が曲がる
 → ある恒星の前を別の恒星(惑星)が横切ると
   背後の恒星の光が増光される
 → 惑星による背後の恒星の光の増光を観測
検出確率は低い
観測は1回きり
軌道半径1 3AUにある
小さな惑星が検出...
OGLE-2005-BLG-390
重力レンズ法による観測例
名称 方法 特徴
アストロメトリ法 恒星の位置のずれ 地上からは難しい
視線速度法
(ドップラー法)
恒星の動きの速さ
これまでで最も
多数の惑星を発見
トランジット法
惑星による
恒星の食
惑星の密度や
大気成分が求まる
重力レンズ法
惑星重...
直接撮像
視線速度法
トランジット法
重力レンズ法
パルサータイミング法
(2010年10月3日現在)
手法ごとの惑星発見数
有名な系外惑星の紹介
51 Pegasi b
1995年10月
人類史上初の系外惑星発見
発見者:
M. Mayor & D. Queloz
軌道長半径=0.052AU
公転周期=4.23077日
地球からの距離=約50光年
典型的な Hot Jupiter
HD 209458b
初めてトランジットが観測
された系外惑星
初めて大気成分が観測された
 下層部:ナトリウム
 上層部:水素・炭素・酸素
表面温度も観測:約1200℃
2009年10月
 水・メタン・二酸化炭素の
 存在も確認された
HD 189733b
史上初の系外惑星の 地図
(表面温度分布図)を得た
大気中に初めて水・メタンの
存在が示唆された
b:17M地球
c:5M地球
d:8M地球
e:2M地球
Habitable Zone
fg
Gliese 581g はハビタブル・プラネットかも!?
質量は地球の3倍程度 → 「第二の地球」??
Gliese 581
Gliese 876
様々な質量の惑星から成る系
b:2.28M木星
c:0.71M木星
d:0.021M木星
e:0.046M木星
Gliese 876d:
太陽系外における
初の地球型惑星発見?
COROT-7b
2009年9月に確認
初めての系外地球型惑星
(初めての Super Earth)
直径:1.7R地球
質量:4.8M地球
最も小さな系外惑星
表面温度は約1000℃と
高く生命は期待できない
COROT-7b
木星
HD 149026b
すばる望遠鏡を用いて
佐藤文衛らによって発見
巨大な中心核を持つガス惑星
(地球の67倍の質量)
標準的な惑星形成論では
地球の10倍以上の質量の
核を持つことは難しい
表面温度は約2300℃と
過去の観測で最も高温
Fomalhaut
2004年 & 2006年 史上初の系外惑星直接撮像
惑星より外側の軌道に塵の円盤が観測されている
OGLE-2005-BLG-390Lb
中心星から遠いところを回り
表面温度はマイナス220℃
その他
Coku Tau/4
最も若い惑星系(約100万年)
SWEEPS-10
公転周期わずか10時間
レポート
❖ 太陽系外惑星の観測手法をひとつ選び、その長所と短所を
まとめよ
❖ A4用紙(枚数は問わない)
❖ 次回の講義の最初に回収
❖ 所属学科・学年・学籍番号・氏名を明記
❖ 返却できない可能性が高いので、必要な場合はコピーを
手元に残...
連絡先
❖ Sasaki Takanori Online:http://sasakitakanori.com
 トップページに講義資料へのリンクを載せておきます
 参考図書の紹介とアマゾンへのリンクも載せておきます
❖ メール:takanori...
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  1. 1. 天文学概論(第6回) 系外惑星 1 ∼異形の惑星たち∼ 東京工業大学 佐々木貴教
  2. 2. 系外惑星 1 ∼異形の惑星たち∼ ・太陽系外惑星発見の歴史 ・系外惑星の観測手法(直接&間接) ・有名な系外惑星の紹介 次回:系外惑星 2 ∼汎惑星形成論∼ ・系外惑星の統計データ ・太陽系形成論から汎惑星形成論へ ・生命を宿す惑星の発見へ向けて
  3. 3. 太陽系外惑星発見の歴史
  4. 4. 1940∼60年代:  白鳥座61番星のまわりに惑星発見?  バーナード星のまわりに2つの惑星発見? 1989年:  アメリカの観測チーム「惑星は検出できなかった」 1995年2月:論文「太陽系は特殊で奇跡的な惑星系である」 1993年:  ニュージーランドの観測チーム「惑星は検出できなかった」 1995年8月:論文「太陽系以外に惑星は存在せず」 → 間違い    → 間違い 太陽系外惑星が見つからない
  5. 5. Mayor & Queloz (スイスの観測チーム) 人類初の系外惑星検出! ペガサス座51番星の周りに Hot Jupiter が存在! 1995年10月 ところが・・・
  6. 6. Cambell & Walker (カナダチーム:不運) ・1978年に現在主流の観測手法のアイデアを提案 ・21個の恒星を観測するが、惑星は検出できず  (※巨大惑星の検出確率は5%程度) ・21個のうち2個には、その後惑星が検出された ・別途報告した連星でも、その後惑星が検出された 人類初の系外惑星発見まで Latham (アメリカチーム:やはり不運) ・1989年に恒星の周りを回る天体を検出 ・その後質量が決定、惑星としてカウントされた
  7. 7. Marcy & Butler (アメリカチーム:本命) ・7年間にわたり60個の恒星を調査 ・しかし、データ解析を進めていなかった!  (※太陽系の先入観:木星の公転周期12年) ・データ解析後、半年間で4個の惑星を次々と発見 人類初の系外惑星発見まで Mayor & Queloz (スイスチーム:ダークホース) ・1994年4月:惑星探しプロジェクト開始 ・1994年9月:最初にペガサス座51番星を観測 ・1995年7月:再観測を行い惑星発見を確定
  8. 8. 2010年10月24日現在 約500個の系外惑星を発見! 太陽系外惑星が続々と見つかる
  9. 9. 木星 地球 地球より内側の軌道に 木星を超える巨大惑星 異形の惑星たち(1)
  10. 10. 灼熱の惑星 中心星の熱で高温になり 大気が膨張・流出している Hot Jupiter
  11. 11. 木星 地球 軌道離心率が高い惑星が多い (楕円軌道を描く惑星が多い) 異形の惑星たち(2)
  12. 12. 極暑・極寒を繰り返す 楕円軌道 Eccentric Planet
  13. 13. 地球 惑星質量が地球の 数倍∼10倍 程度の地球型惑星 異形の惑星たち(3) Super Earth
  14. 14. 系外惑星の観測手法
  15. 15. コロナグラフ:中心星の部分だけを隠す 補償光学 (AO):大気による画像の揺らぎを補正 惑星と中心星の光を分離し、惑星を直接撮像する コロナグラフ 補償光学 は約100億倍にも達する。中間赤外より 長波長では惑星自体の熱放射のため両者 の明るさの比は多少緩和されるが、それ でも約1000万倍となる。  地上観測の最大の障壁は地球大気の揺 らぎが起こすかげろうである。現在、すば る望遠鏡などの口径8∼10m級の地上大 望遠鏡では、大気揺らぎを時々刻々と補 正する補償光学や、明るい恒星を隠すコ ロナグラフなどを用いて、年齢の若い巨大 惑星の検出などが試みられている(図 )。 ム層 コロナグラフなし コロナグラフあり ザー 直接撮像
  16. 16. HR 8799 直接撮像成功! GJ 758
  17. 17. 恒星と惑星は共に共通重心の周りを 回っている  → 恒星の重心からのずれを観測 地上望遠鏡による検出は極めて困難 間接法1:アストロメトリ法
  18. 18. 2009年5月  恒星 VB 10 の周りに  恒星と同サイズの惑星検出 恒星 VB 10:  太陽質量の12分の1 惑星 VB 10b:  木星質量の6倍 アストロメトリ法成功? 追観測では惑星は検出できず  → 現在も論争中
  19. 19. 恒星が観測者に近づいたり 遠ざかったりする  → ドップラー効果によって    星の色が周期的に変化  → 恒星の速度の変化を観測 中心星に近く質量の大きい惑星 ほど発見しやすい(選択効果) 惑星質量の下限値のみが決定 間接法2:視線速度法
  20. 20. 46 1995年! この後最も多くの系外惑星が 本手法で発見されている 51 Pegasi b 1995年 初めての系外惑星発見
  21. 21. 惑星が恒星の前を通過する際に明るさが変化する  → 周期的な明るさの変化(恒星食)を観測 惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い 惑星の正確な質量が求まる → 惑星の密度が求まる 分光観測から惑星の大気成分が検出可能 間接法3:トランジット法
  22. 22. 惑星が恒星の後ろを通過する際に明るさが変化する  → 分光観測により惑星の特徴を観測 惑星の大気成分 惑星の昼側の温度 惑星の温度分布 惑星の熱輸送効率 惑星の軌道離心率 わかること Secondary Eclipse
  23. 23. HAT-P-7b トランジット法による観測例
  24. 24. 天体の周りでは空間が歪み、光の経路が曲がる  → ある恒星の前を別の恒星(惑星)が横切ると    背後の恒星の光が増光される  → 惑星による背後の恒星の光の増光を観測 検出確率は低い 観測は1回きり 軌道半径1 3AUにある 小さな惑星が検出可能 間接法4:重力レンズ法
  25. 25. OGLE-2005-BLG-390 重力レンズ法による観測例
  26. 26. 名称 方法 特徴 アストロメトリ法 恒星の位置のずれ 地上からは難しい 視線速度法 (ドップラー法) 恒星の動きの速さ これまでで最も 多数の惑星を発見 トランジット法 惑星による 恒星の食 惑星の密度や 大気成分が求まる 重力レンズ法 惑星重力による 空間の歪み 検出確率小、 軌道半径1~3AU 間接法の種類と特徴のまとめ
  27. 27. 直接撮像 視線速度法 トランジット法 重力レンズ法 パルサータイミング法 (2010年10月3日現在) 手法ごとの惑星発見数
  28. 28. 有名な系外惑星の紹介
  29. 29. 51 Pegasi b 1995年10月 人類史上初の系外惑星発見 発見者: M. Mayor & D. Queloz 軌道長半径=0.052AU 公転周期=4.23077日 地球からの距離=約50光年 典型的な Hot Jupiter
  30. 30. HD 209458b 初めてトランジットが観測 された系外惑星 初めて大気成分が観測された  下層部:ナトリウム  上層部:水素・炭素・酸素 表面温度も観測:約1200℃ 2009年10月  水・メタン・二酸化炭素の  存在も確認された
  31. 31. HD 189733b 史上初の系外惑星の 地図 (表面温度分布図)を得た 大気中に初めて水・メタンの 存在が示唆された
  32. 32. b:17M地球 c:5M地球 d:8M地球 e:2M地球 Habitable Zone fg Gliese 581g はハビタブル・プラネットかも!? 質量は地球の3倍程度 → 「第二の地球」?? Gliese 581
  33. 33. Gliese 876 様々な質量の惑星から成る系 b:2.28M木星 c:0.71M木星 d:0.021M木星 e:0.046M木星 Gliese 876d: 太陽系外における 初の地球型惑星発見?
  34. 34. COROT-7b 2009年9月に確認 初めての系外地球型惑星 (初めての Super Earth) 直径:1.7R地球 質量:4.8M地球 最も小さな系外惑星 表面温度は約1000℃と 高く生命は期待できない COROT-7b
  35. 35. 木星 HD 149026b すばる望遠鏡を用いて 佐藤文衛らによって発見 巨大な中心核を持つガス惑星 (地球の67倍の質量) 標準的な惑星形成論では 地球の10倍以上の質量の 核を持つことは難しい 表面温度は約2300℃と 過去の観測で最も高温
  36. 36. Fomalhaut 2004年 & 2006年 史上初の系外惑星直接撮像 惑星より外側の軌道に塵の円盤が観測されている
  37. 37. OGLE-2005-BLG-390Lb 中心星から遠いところを回り 表面温度はマイナス220℃ その他 Coku Tau/4 最も若い惑星系(約100万年) SWEEPS-10 公転周期わずか10時間
  38. 38. レポート ❖ 太陽系外惑星の観測手法をひとつ選び、その長所と短所を まとめよ ❖ A4用紙(枚数は問わない) ❖ 次回の講義の最初に回収 ❖ 所属学科・学年・学籍番号・氏名を明記 ❖ 返却できない可能性が高いので、必要な場合はコピーを 手元に残しておいてください
  39. 39. 連絡先 ❖ Sasaki Takanori Online:http://sasakitakanori.com  トップページに講義資料へのリンクを載せておきます  参考図書の紹介とアマゾンへのリンクも載せておきます ❖ メール:takanori@geo.titech.ac.jp  本講義全体の代表メールアドレス 講義の感想, 質問, 要望, 相談 惑星科学全般についての質問 研究や研究者についての質問

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