太陽系 - GOPIRA

検討報告書編集委員会報告
太陽系班
発表者： 津村耕司 (東北大)
太陽系班班長： 関口朋彦 （北海道教育大）
班員：樋口有理可（東工大), 寺居剛(国立天文台), 臼井文彦(東大),
吉田二美(国立天文台), 大坪貴文(東大), 坂野井健(東北大),
石黒正晃(ソウル大), 高橋隼(兵庫県立大), 大月祥子(専修大),
河北秀世(京産大), 古荘玲子(都留文科大/ 国立天文台),
浦川聖太郎(日本スペースガード協会)
三つのキーテーマ
• 太陽系の起源と進化
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まとめ役：寺居
概論（ニースモデル/グランドタック）
小惑星の鉱物組成と太陽系内の初期鉱物分布の解明にむけて
小惑星上の含水鉱物
外縁天体表面の氷分子
彗星
• 生命の起源と普遍性の探求
まとめ役：高橋
– 生命材料物質の起源の理解(小惑星・彗星)
– 地球外生命の探査(火星・外惑星の周りの衛星)
• 太陽系天体の多様性：現在の太陽系の理解 まとめ役：臼井
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惑星大気循環
巨大ガス惑星の衛星の希薄大気放出される物質やその時間変化
彗星と小惑星のはざま
スペースガード、資源探査
惑星間塵と黄道光
太陽系外惑星との関連
天文学・惑星科学・探査工学・生命科学にまたがる学際的な内容
探査機ミッションとの協調
NASA New Horizons
Pluto in July 2015
2014MU69 in 2019
JAXA はやぶさ2
1999JU3 in 2018
ESA/JAXA
BepiColombo
Mercury in 2017--
NASA Dawn
Ceres in Feb 2015
ESA Rosetta
67P/Churyumov-Gerasimenko
in Aug. 2014
JAXA あかつき
Venus in 2016-NASA MER Mars in 2004-NASA MSL Mars in 2012--
NASA Cassini
Saturn in 2004 - 2017
ESA JUICE
Galilean satellites in 2027--
JAXA 火星衛星ミッション
Phobos/Deimos in 2020s?
NASA Juno
Jupiter in 2016--
探査機：少数の天体を詳細に
天文：多数の観測で一般論へ
JAXA ソーラー電力セイル
Trojan in 2030s
Adapted from National Geographic
三つのキーテーマ
• 太陽系の起源と進化
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概論（ニースモデル/グランドタック）
小惑星の鉱物組成と太陽系内の初期鉱物分布の解明にむけて
小惑星上の含水鉱物
外縁天体表面の氷分子
彗星
• 生命の起源と普遍性の探求
– 生命材料物質の起源の理解(小惑星・彗星)
– 地球外生命の探査(火星・外惑星の周りの衛星)
• 太陽系天体の多様性：現在の太陽系の理解
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惑星大気循環
巨大ガス惑星の衛星の希薄大気放出される物質やその時間変化
彗星と小惑星のはざま
スペースガード、資源探査
惑星間塵と黄道光
太陽系外惑星との関連
太陽系形成論：現代版シナリオ＝惑星大移動
1. 原始太陽系円盤内でのガス惑星移動
(Grand tack 仮説:
Walsh et al., 2011
)
2. 数億年後に軌道不安定化
(Niceモデル/Jumping Jupiter 仮説)
Gomes et al. 2005, Morbidelli et al. 2005, Brasser et al., 2009
氷微惑星群
惑星周りトロヤ群 ⇦
木星
土星
天王星
海王星
散乱・捕獲された
カイパーベルト天体
惑星大移動の検証
[ソーラー電力セイル]
• 水質変成有無や同位体比のその場観測
[天文観測]
• 水氷や含水鉱物の吸収を狙った３µm帯
のサーベイ地上分光
– 天体直径や軌道要素と水氷量との関
係性
⬇
– 外縁天体の熱進化および氷火山の活
動性
Hiroi et al. 1996
形成時の温度環境から惑星移動を検証
メインベルト小惑星の鉱物組成進化
• 隕石と小惑星の対応と宇宙風化
– 普通コンドライト隕石と対応するのは
Q型小惑星
– Q型小惑星が宇宙風化を受けてS型小
惑星に変化
– C型小惑星の進化は？
• 小惑星の宇宙風化する前の情報
– 地滑り、衝突、分裂した小惑星を観測
– 小さい小惑星まで分光することが重要
– 可視から4µmの分光(水の吸収)
• メインベルト彗星は揮発性物質
（氷）をどうやって維持しているの
か？
Binzel et al. 2001
太陽系形成以前の情報を持つ彗星
• 彗星核は太陽系形成初期の原始惑星系円盤段階におい
て形成された微惑星残存物として、太陽系形成以前の物
質の情報を有している
ホームズ彗星の
[対象]
アウトバースト
– 太陽から遠い状態での彗星核の表面を調べる
(国立天文台提供)
– アウトバーストで彗星核内部を調べる。
• 時間変化に着目したモニター観測
[調べる内容］
– 揮発性および難揮発性物質の組成比同位体比の測定
– 鉱物組成や結晶度の決定(特に結晶質シリケイト)
• 中間赤外線(特に>20µm)での低中分散分光
三つのキーテーマ
• 太陽系の起源と進化
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概論（ニースモデル/グランドタック）
小惑星の鉱物組成と太陽系内の初期鉱物分布の解明にむけて
小惑星上の含水鉱物
外縁天体表面の氷分子
彗星
• 生命の起源と普遍性の探求
– 生命材料物質の起源の理解(小惑星・彗星)
– 地球外生命の探査(火星・外惑星の周りの衛星)
• 太陽系天体の多様性：現在の太陽系の理解
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惑星大気循環
巨大ガス惑星の衛星の希薄大気放出される物質やその時間変化
彗星と小惑星のはざま
スペースガード、資源探査
惑星間塵と黄道光
太陽系外惑星との関連
生命材料物質の起源の理解
• 太陽系のどの場所で、どの時期に
液体の水が存在し、アミノ酸が形成
されたのか？
– 小惑星サンプルリターンとの連携
（はやぶさ２、 OSIRIS-REx）
– 0.7−4µm低分散分光
有機物
水
炭素質小惑星 24Themis
Rivkin & Emery 2010
• 彗星による生命起源物質の供給
– 3 µm 帯および中間赤外線波長域での
微量成分（より複雑な有機分子）の同
定と定量
– メタノール、シアン化水素、アンモニア、
ホルムアルデヒド、メタン、、、etc
スターダスト探査機でグリシン検出
Elsila et al.2009
地球外生命の探査
• 火星
– 火星の水循環
– 火星大気にメタンの発見、供給源は？
• 外惑星周りの衛星
– 氷衛星に大量の地下水
– 衛星周りの希薄大気の分析から、地下
海環境を推定できる
– イオ火山活動を長期的にモニターする
ことで、木星電磁圏活動度を理解
– JUICEと協力
• 地球接近時に高分散分光器による
モニター観測
• 水蒸気の少ない高地・南極が最適
Mumma et al 2009
火星メタンの空間分布
(地上赤外高分散観測)
Kodama et al. 2013
エンケラドスの氷噴出火山 nm 発光
エンケラドス起源酸素原子630
(地上可視高分散観測)
三つのキーテーマ
• 太陽系の起源と進化
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概論（ニースモデル/グランドタック）
小惑星の鉱物組成と太陽系内の初期鉱物分布の解明にむけて
小惑星上の含水鉱物
外縁天体表面の氷分子
彗星
• 生命の起源と普遍性の探求
– 生命材料物質の起源の理解(小惑星・彗星)
– 地球外生命の探査(火星・外惑星の周りの衛星)
• 太陽系天体の多様性：現在の太陽系の理解
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惑星大気循環
巨大ガス惑星の衛星の希薄大気放出される物質やその時間変化
彗星と小惑星のはざま
スペースガード、資源探査
惑星間塵と黄道光
太陽系外惑星との関連
惑星大気循環
• スーパーローテーションの解明
• 多波長同時観測を長期的に実施し、大気大循環
の3 次元構造を明らかに
– H2O, CO, HCl, SO2
など微量成分の波
長に応じた高度の
情報
– 金星夜面の熱放射
観測で、微量成分
をトレーサーとして
雲よりも下層にお
ける大気擾乱を可
視化
JAXA今村剛氏作成
スペースガード
• 2014 年11 月までに直径1 km を超えるNEO862個
が発見された。
– これは推定存在数の約90% (Harris 2013)
– NEO = Near Earth Object
• 2030 年までに直径140m以上のNEOの90%を発
見することがスペースガードにおける国際的な数
値目標
• 大規模サーベイ計画ではスペースガードを常に
意識を
– WISE post cryogenic missionで、4ヶ月で134 個のNEO
発見 (Mainzer et al. 2011)
惑星間塵と黄道光
• 黄道光観測を通した惑星間塵の起源の解明
– 観測ロケットや小型衛星による黄道光分光観測によ
り惑星間塵の組成を探る
• スペースミッションの人材育成
– ソーラー電力セイル搭載EXZITによる黄道光の立体観
測を通した惑星間塵の３次元分布の観測
• 2030年代以降の「惑星間空間からの天文観測」にむけて
トロヤ群小惑星（5.2 AU）
小惑星帯 (3AU)
地球
(1AU)
太陽
木星 (5.2AU)
系外惑星との関連
• 太陽系内惑星を系外惑星に見立てた観測
– ガリレオ衛星食を用いた木星大気透過光
– 皆既月食を用いた地球大気透過光
– 月面地球照を用いた地球大気反射光
直線偏光による
酸素分子の検出
(Sterzik et al. 2013)
• 分光による植生レッドエッジ観測
• 直線偏光による酸素分子観測
• 円偏光による生体ホモキラリティ観測
• 系外黄道光
– TMTコロナグラフSEITで100pc以内の系外黄道光の検
出可能性
– 遠赤外線観測から系外オールト雲検出の可能性
まとめ
• 探査機ミッションとの協調が重要
– 探査機で行くことができた一つのサンプル(天体)を地上の望遠
鏡によって多数個のデータを取得することによって一般化へ
• 水・含水鉱物の吸収を利用した0.7−4µmでの分光
– 地球大気コンタミを避けるために高地・南極・スペース
• 有機分子やシリケイトのフィーチャーが多い中間赤外線
での観測も重要
• 中小望遠鏡にも期待
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彗星アウトバーストなどの時間変化への対応
惑星最接近のシーズンに長期モニター観測
偏光観測などの特殊な観測
観測ロケット
補足
太陽系の起源と進化
生命の起源と普遍性の探求
太陽系天体の多様性