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太陽系外惑星に
 生命を探せ!

東京工業大学 特任助教
神奈川大学 非常勤講師
   佐々木貴教
講演内容


・太陽系外惑星発見の歴史
・系外惑星の観測手法
・生命を宿す惑星の発見へ向けて
・これから宇宙を目指す君たちへ
自己紹介
❖   佐々木 貴教(ささき たかのり)

❖   東京工業大学 大学院理工学研究科 地球惑星科学専攻
     GCOE「地球から地球たちへ」特任助教
    神奈川大学 理学部 非常勤講師

❖   2008年3月に東京大学で学位を取得

❖   専門は 惑星の形成と進化 の理論研究
     惑星系はどのようにして作られるのか
     惑星系はどのように進化していくのか
       我々は何処から来て何処へ行くのか?
     生命を宿す 第二の地球 は存在するか?
太陽系外惑星発見の歴史
太陽系外惑星が見つからない
1940∼60年代:
 白鳥座61番星のまわりに惑星発見? → 間違い
 バーナード星のまわりに2つの惑星発見? → 間違い
                     
1989年:
 アメリカの観測チーム「惑星は検出できなかった」
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2月:論文「太陽系は特殊で奇跡的な惑星系である」


1995年8月:論文「太陽系以外に惑星は存在せず」
ところが・・・
1995年10月




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!
太陽系外惑星が続々と見つかる



 2011年11月11日現在
 約700個の系外惑星を発見!
我々の住む太陽系




  水 金 地 火   木   土  天 海


地球型惑星(岩石惑星):水星・金星・地球・火星
木星型惑星(巨大ガス惑星):木星・土星
天王星型惑星(巨大氷惑星):天王星・海王星
異形の惑星たち(1)




            木星


     地球より内側の軌道に
地球
     木星を超える巨大惑星
Hot Jupiter




灼熱のガス惑星
異形の惑星たち(2)

      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)




             木星

地球
Eccentric Planet




極暑・極寒を繰り返す
異形の惑星たち(3)
 Super Earth

        惑星質量が地球の
         数倍∼10倍
        程度の地球型惑星




               地球
系外惑星の観測手法
様々な望遠鏡を用いた観測




様々な望遠鏡を用いて、様々な波長で天体を観測
様々な望遠鏡を用いた観測




様々な望遠鏡を用いて、様々な波長で天体を観測
間接法1:視線速度法
恒星と惑星は共に共通重心の周りを
回っている




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
1995年 初めての系外惑星発見

                        1995



51 Pegasi b




                               46


              この後最も多くの系外惑星が
              本手法で発見されている
間接法2:トランジット法
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

惑星の半径が求まる → 惑星の密度が求まる
分光観測から惑星の大気成分や温度分布が検出可能
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℃
さらにその後の観測で
 水・メタン・二酸化炭素の
 存在も確認された
直接撮像
     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: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

     コロナグラフなし   コロナグラフあり   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
ム層                         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
ザー                         正する補償光学や、明るい恒星を隠すコ
          コロナグラフ           ロナグラフなどを用いて、
                                      年齢の若い巨大
                                            補償光学
                           惑星の検出などが試みられている(図 )。
直接撮像成功!




HR 8799

              GJ 758
生命を宿す惑星の発見へ向けて
宇宙は地球であふれてる!?


    理論計算
                           観測




地球型惑星が大量に存在していることを示唆
恒星の 23% が 0.5∼2.0 M地球 の惑星を持つ!?
ケプラー宇宙望遠鏡
2009年3月に打ち上げ
トランジット観測により主に系外地球型惑星を探索
Speech 20111112
太陽系形成標準理論(林モデル)




        巨大氷惑星形成
         ©Newton Press
バラエティに富む系外惑星系
理論的に予想される惑星の多様性
                             巨大ガス惑星

              Hot Jupiter
 惑星の質量 [ME]



                                      巨大氷惑星


                            地球型惑星




                             軌道長半径 [AU]
生命存在条件
          生命の定義
   (1) 自己と外界を区別する膜を持つこと
   (2) 代謝をすること
   (3) 自己複製をすること


          このような特徴を持った「生命」
          が生まれるための必要条件

   惑星の表面に液体の水が存在すること

これを便宜的に惑星科学における生命存在条件とする
太陽系外惑星に生命は存在するか?




            水が液体で
           存在できる領域


        ハビタブル・プラネット
バイオマーカー(生物存在の証拠)
生物活動によって作られたと考えられる物質
(酸素、オゾン、植物の葉緑体、核爆発、、、)

          大気にオゾンの吸収線を検出
                ↓
          下層大気に大量の酸素が存在
                ↓
          光合成を行う生命が存在!?

          系外地球型惑星の超精密測光
          超精密分光観測が必要
「第二の地球」の発見へ向けて
・巨大ガス惑星の発見(1995年)
・惑星大気の観測(2002年)
・惑星赤外線輻射(惑星の温度)の検出(2005年)
・Super-Earth系の発見(2007年)
・惑星の直接撮像(2008年)
・地球型惑星・Habitable Planet の発見(2010年)
・系外惑星リング・衛星の発見
・地球型惑星の直接検出(測光&分光)
・地球型惑星の大気成分・バイオマーカーの同定
・地球外生命の発見!
これから宇宙を目指す
   君たちへ
いかに「宇宙」を目指すか
・研究者(大学・天文台・JAXA・NASA)
・技術者(工学実験・望遠鏡・探査機)
・宇宙飛行士
・サイエンスコミュニケーター(科学館・講演会)
・マスコミ(テレビ・新聞・出版)
・CGクリエーター(科学映像・教科書)
・宇宙旅行会社(ベンチャー企業)
・政治家(宇宙開発事業の振興)
・SETI@home            ...etc
全ての点はいつか必ず繋がる




 “You can’t connect the dots looking forward;
you can only connect them looking backwards.
    So you have to trust that the dots will
      somehow connect in your future”
                            -Steve Jobs (2005)
惑星科学を共に楽しもう!

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