「宇宙惑星探査の新展開」 系外惑星がつくる 新しい惑星形成論 田中秀和 （低温科学研究所） 「新しい惑星形成論」 の内容 ・ 惑星形成の概略 ・ 惑星形成時間 ・ 惑星形成論の課題 ・ 研究最前線： 太陽系外惑星 天文学の新領域 「太陽系外惑星」 1995年 太陽系外の惑星発見 「灼熱巨大惑星」 現在までに 900個弱の系外惑星が発見 （地球型から巨大惑星まで） ペガスス座51番星 系外惑星（地球質量の150倍） 太陽系（内惑星） 水星 0 金星 地球 火星 0.5 1 恒星からの距離（天文単位） 1.5 太陽系の巨大惑星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 惑星形成のシナリオ (1) • 星の誕生と星周円盤の形成 分子雲 … 100光年程度の大きさ、太陽質量の10万倍、低温（10K） 原始惑星系円盤の概念図 原始星 … 赤外線で光る星 Ｔタウリ星 … 恒星＋星周円盤 （原始惑星系円盤） 寿命は１千万年程度 上から見た図 • 円盤の中での惑星形成 断面図 惑星形成のシナリオ • 星の誕生と星周円盤の形成 • 円盤の中での惑星形成 1. 微惑星形成 ダストの沈殿 ⇒ 10kmの天体 2. 微惑星集積過程 原始惑星の形成 3. 巨大衝突 ＆ ガス捕獲 （地球型惑星） （木星型惑星） (2) 惑星形成時間を見積る (1) v • 惑星成長率 S 断面積： S=πR2 （重力なしの場合） dM = ρ微惑星 S v dt 半径 R 質量 M 微惑星の密度： ρ微惑星 • 惑星成長時間 T成長 = M dM dt M = ρ 微惑星 S v 惑星形成時間を見積る (2) v • 衝突断面積 v’ 重力により増大 エネルギー保存の式： 1 m v’2 2 - GMm 1 m v2 = R 2 半径 R 質量 M 角運動量保存の式（面積速度一定の式）： m R v’ = m b v S= πb2 = πR2 2GM (1 + ) R v2 脱出速度: (2GM / R)1/2 b 惑星形成時間を見積る (3) • 惑星成長時間： T成長 2GM -1 (1 + R v2 ) T周期 = 2 2πΣ微惑星R M v = 0.1 (2GM / R)1/2 (脱出速度) vとした場合 = (2GM / R)1/2 (脱出速度) の場合 ・地球： T成長 = 1075年 ・木星固体コア： T成長 = 1097年 9年 ・海王星： T成長 = 1011 年 木星型惑星に時間がかかり過ぎる 惑星形成理論の課題 • 惑星形成時間 < ガス円盤寿命(107年) • 微惑星の形成 ・ダスト落下が問題 ・天文観測が必要 • 惑星落下問題 ガス円盤に波をたてて落下 惑星形成論の研究最前線 太陽系外惑星 1995年 太陽系外の惑星発見 「灼熱巨大惑星」 ペガスス座51番星 系外惑星（地球質量の150倍） 太陽系（内惑星） 水星 0 金星 地球 火星 0.5 1 恒星からの距離（天文単位） 1.5 太陽系の巨大惑星 木星 土星 天王星 海王星 冥王星 惑星形成論の研究最前線 「系外惑星」 HD222582 現在までに、900個近くの惑星が発見されている ・灼熱惑星 ・楕円軌道の惑星 ・太陽系に似た惑星 「地球サイズから木星サイズまで」 火星軌道 おおぐま座47番星 ・地球のような大気や海をもつ惑星は？ 「居住可能惑星」 ・惑星形成の統一理論の構築 木星軌道 系外惑星の観測方法 ・ドップラー効果法（517個） 恒星は惑星とともに運動 → 光の波長が 1千万分の1程度変化 ドップラー効果による光の変化 ・トランジット法（308個） 恒星 惑星による「食」を観測 （惑星専用宇宙望遠鏡 ケプラー、Corot） ・直接撮像 星の明るさ ・重力レンズ法 速度 惑星 時間 時間（日） 系外惑星の観測方法 2 ・重力(マイクロ）レンズ法（21個） 惑星重力で光が曲がり増光 ・直接撮像（32個） コロナグラフで恒星を消す 2008年ハッブル望遠鏡や すばる望遠鏡で発見 惑星形成現場（ガス円盤）を探る • すばる望遠鏡による円盤観測 • ＡＬＭＡ望遠鏡による高分解観測 • TPF 宇宙望遠鏡（Terrestrial Planet Finder) による惑星大気観測 生命を見る！ 惑星形成現場（ガス円盤）の観測 • すばる望遠鏡（ハワイ）によるガス円盤の観測 • ＡＬＭＡ望遠鏡（チリ）による高空間分解観測 • TPF 宇宙望遠鏡（Terrestrial Planet Finder) による惑星大気観測： 生命が見える？ （NASAのHPより）
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