2016年1月31日　NHKカルチャー梅田教室

惑星科学最前線 　～太陽系誕生の謎～

京都大学 宇宙物理学教室　佐々木貴教

自己紹介❖ 佐々木 貴教（ささき たかのり）

❖ 京都大学　大学院理学研究科　物理学・宇宙物理学専攻宇宙物理学教室　助教

❖ 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？

(c) NASA

講座の内容

✤ 現在の太陽系の姿　8つの惑星とその衛星、そして無数の小天体たち

✤ 太陽系形成論のレビュー　標準理論（京都モデル）の概要とその拡張の歴史

✤ 系外惑星の発見、そして汎惑星形成理論へ 　多様な惑星系の作り方；第二の地球は存在するか？

講座の内容

✤ 現在の太陽系の姿　8つの惑星とその衛星、そして無数の小天体たち

✤ 太陽系形成論のレビュー　標準理論（京都モデル）の概要とその拡張の歴史

✤ 系外惑星の発見、そして汎惑星形成理論へ 　多様な惑星系の作り方；第二の地球は存在するか？

太陽系の構成メンバーの紹介

太陽系の構成メンバー

地球型惑星 　　水星 　　金星 　　地球 　　火星

巨大ガス惑星 　　　木星 　　　土星

巨大氷惑星 　　天王星 　　海王星

小天体（小惑星, 太陽系外縁天体, オールトの雲）

(c) ikachi.org

各天体の軌道

隕石の母天体短周期彗星の巣

(c) wakatsuki

さらに遠くまで広がる太陽系

「オールトの雲」

長周期彗星の巣

＝天文単位（AU） 太陽から地球までの距離 （約1億5000万km）

(c) http://kahaku.go.jp

各天体の特徴のまとめ （前編）

太陽系の構成メンバー

地球型惑星 　　水星 　　金星 　　地球 　　火星

巨大ガス惑星 　　　木星 　　　土星

巨大氷惑星 　　天王星 　　海王星

小天体（小惑星, 太陽系外縁天体, オールトの雲）

(c) ikachi.org

水星

(c) Wikipedia

水星・太陽系で最も小さな惑星 ・太陽からの距離：0.38AU ・半径：2440km（地球の0.38倍） ・質量：3.3×1023kg（地球の0.055倍） ・温度：-183℃(夜)～427℃(昼) ・月に似たクレーターに覆われた地形 ・巨大な金属核を持っている ・磁場を持っている（成因は未だ不明）

水星のクレーター 月のクレーター

クレーター：隕石の衝突によって作られる凹状の地形

水星の表面地形

(c) NASA (c) Takayuki Yoshida

金星

(c) Wikipedia

金星・太陽からの距離：0.723AU ・半径：6052km（地球の0.95倍） ・質量：4.9×1024kg（地球の0.815倍） ・温度と気圧：460℃, 90気圧 ・大気成分：二酸化炭素96.5%, 窒素3.5% 　　→ 強烈な温室効果が働いている ・スーパーローテーションという強い風 ・自転の向きが他の惑星とは逆回転

金星大気のスーパーローテーション

４日で金星を一周する高速の風が吹いている （風速 360km/h：自転の約60倍の速度）

原因は未だ解明されておらず, 金星の謎の一つ

(c) JAXA

地球

(c) Wikipedia

地球

・太陽からの距離：1億4960万km（1AU） ・半径と質量：6378km, 6.0×1024kg ・大気成分：窒素78%, 酸素21% ・太陽系で唯一プレートテクトニクスが存在 ・磁場を持っている（→オーロラが存在）・太陽系で唯一地表面に液体の水を持つ ・太陽系で（おそらく）唯一生命が存在

地球の内部構造

内核（固体）

外核（液体）

下部マントル上部マントル地殻地表

Fe + Ni の合金}

}かんらん岩, 輝石

}玄武岩, 花崗岩

地表：複数のプレートが存在 (c) Wikipedia

(c) Wikipedia

地球の海水量 = 0.023wt%

(c) USGS

月・人類が降り立った唯一の地球外天体 ・地球からの距離：38万4400km ・半径：1737km（地球の0.27倍） ・質量：7.3×1022kg（地球の0.012倍） ・地球に常に同じ面を向けている ・表面は無数のクレーターに覆われている

表 裏 (c) Wikipedia (c) Takayuki Yoshida

月探査機「かぐや」

2007年9月 打ち上げ 2007年10月 月周回軌道へ投入 2009年6月 運用終了・衛星本体は月へ落下

月の詳細なデータや高解像度の画像・動画を取得

(c) JAXA

火星

(c) Wikipedia

火星・太陽からの距離：1.52AU ・半径：3394km（地球の0.53倍） ・質量：6.4×1023kg（地球の0.11倍） ・温度と気圧：-63℃, 0.006気圧 ・大気成分：二酸化炭素95%, 窒素3% ・水と二酸化炭素の氷から成る極冠 ・南北半球で大きく異なる地形の特徴 ・過去に水が流れたと思われる地形がある

火星の風景

(c) NASA

火星の南北非対称地形・極冠

南極 北極

(c) NASA

過去に水が流れた跡？

(c) NASA

火星には原始生命が存在した？

生物の痕跡！？

1996年8月 火星隕石中の原始生命体の痕跡が 　　　　　 科学雑誌「Science」に掲載される

様々な議論が行われてきたが、未だ結論は出ず

(c) NASA

(c) Wikipedia

Break：太陽系第９惑星

水金地火木土天海冥

(c) NASA

水金地火木土天海冥X

2006年8月24日 国際天文学連合 (IAU) 総会で「惑星の定義」を決定 　→ 冥王星が惑星から外れ, 準惑星となる

(c) IAU

冥王星より大きな天体の発見

2005年 冥王星より大きな天体 2003UB313 (エリス) が発見される

2400

第10惑星！？

「惑星の定義」を明確にしよう！

(c) Frank Bertoldi

① ほぼ球形である ② 太陽の周りを回り, かつ恒星でも衛星でもない ③ その軌道周辺で他の天体を一掃している

冥王星, カロン, エリス, ケレスは ③ の条件を満たしていない

準惑星（Dwarf Planet）① ほぼ球形である ② 太陽の周りを回り, かつ恒星, 惑星, 衛星ではない ③ その軌道周辺に他の天体が存在している

新しい「惑星の定義」

8つの惑星と3つの準惑星

惑星

準惑星

水 金 地 火 木 土 天 海

冥王星 エリス ケレス マケマケ(2008年7月)

ハウメア(2008年9月)

=5 (今後も増える可能性あり)

(c) Wikipedia, NASA

(c) Yomiuri Online

各天体の特徴のまとめ （後編）

太陽系の構成メンバー

地球型惑星 　　水星 　　金星 　　地球 　　火星

巨大ガス惑星 　　　木星 　　　土星

巨大氷惑星 　　天王星 　　海王星

小天体（小惑星, 太陽系外縁天体, オールトの雲）

(c) ikachi.org

木星

(c) Wikipedia

木星・太陽系で最も大きな惑星 ・太陽からの距離：5.2AU ・半径：71492km（地球の11.2倍） ・質量：1.9×1027kg（地球の318倍） ・主に水素とヘリウムから成るガス惑星 ・表面に大きな渦（大赤斑）が見られる ・４つの大きな衛星（ガリレオ衛星）を持つ ・強力な磁場を持つ

刻々と変化する大赤斑

地球2~3個分 高気圧性の渦

350年以上 存在している

(c) Wikipedia

(c) NASA

ガリレオ衛星

イオ

エウロパ

ガニメデ

カリスト(c) Wikipedia

Galileo Galilei

ガリレオ・ガリレイ （1564~1642）

イオには活発な火山活動が存在

木星や他のガリレオ衛星からの 潮汐力がエネルギー源か？

(c) Wikipedia

エウロパには地球外生命の可能性？

内部に液体(状)の水を持つ

生命が存在するかも！？

表面の氷には 無数のひび割れが存在

(c) Wikipedia

(c) NASA

外側の巨大な２衛星

半径：2631km 太陽系最大の衛星

半径：2400km 内部が未分化な衛星

ガニメデ カリスト

(c) Wikipedia

土星

(c) Wikipedia

土星・太陽からの距離：9.6AU ・半径：60268km（地球の9.4倍） ・質量：5.7×1026kg（地球の95倍） ・主に水素とヘリウムから成るガス惑星 ・太陽系で最も密度が小さい惑星 ・明確に見える環（リング）を持つ （※他の巨大惑星も薄い環を持っている） ・巨大な衛星タイタンを持つ

土星の環（リング）

発見されている環（内側から順に）D環, C環, B環, A環, F環, 　ヤヌス / エピメテウス環, G環, E環, パレネ環

(c) Wikipedia

環は氷と塵の粒子から成る

土星の潮汐力 ＞ 自己重力 のために破壊が卓越する

(c) Wikipedia

土星探査機「カッシーニ」1997年10月 打ち上げ 2004年6月 土星軌道に投入 2004年12月 　タイタンにホイヘンス探査機を投入 2017年5月まで探査を続ける予定

土星の6つの衛星・1つの環を新しく発見 土星の環の消失現象を観測 タイタン上での降雨や流水現象を確認

(c) NASA

“美しすぎる”土星の姿

(c) NASA

土星から見た地球と月

(c) NASA

衛星タイタン

液体メタンの湖が存在表面には石や氷塊 (c) Wikipedia

衛星エンケラドス

氷粒と水蒸気からなる間欠泉液体の水・有機炭素・窒素の存在が確認

(c) Wikipedia(c) NASA

太陽系の構成メンバー

地球型惑星 　　水星 　　金星 　　地球 　　火星

巨大ガス惑星 　　　木星 　　　土星

巨大氷惑星 　　天王星 　　海王星

小天体（小惑星, 太陽系外縁天体, オールトの雲）

(c) ikachi.org

天王星・海王星

(c) Wikipedia

天王星・海王星

・太陽からの距離：19.2AU ・半径：25559km（地球の4倍） ・質量：8.7×1025kg（地球の14.5倍） ・自転軸が黄道面に対して横倒し

・太陽からの距離：30AU ・半径：24764km（地球の3.9倍） ・質量：1.0×1026kg（地球の17倍） ・表面に大きな渦（大暗斑）が見られた

天 王 星

海 王 星

太陽系の構成メンバー

地球型惑星 　　水星 　　金星 　　地球 　　火星

巨大ガス惑星 　　　木星 　　　土星

巨大氷惑星 　　天王星 　　海王星

小天体（小惑星, 太陽系外縁天体, オールトの雲）

(c) ikachi.org

小惑星

メインベルト小惑星 　火星と木星の間に存在 トロヤ群小惑星 　木星の軌道上に存在発見された数は 40万個を超える

地球に降ってくる隕石の母天体だと考えられている

(c) Wikipedia

(c) Cornell Univ.

小惑星イトカワと探査機「はやぶさ」2003年5月 打ち上げ 2005年夏～ 　小惑星イトカワに到着 　表面の観測 　表面物質の資料採取 2010年6月 地球に帰還 2010年10月 資料中から微粒子を検出！

小惑星への到着は工学実験探査機としての快挙 小惑星の物質は太陽系の謎を解く鍵を与える！

はやぶさが明らかにしたイトカワの姿

小惑星表面の微粒子の採取に成功！

微粒子から小惑星への 進化を解く鍵を与えた

太陽系外縁天体 （エッジワース・カイパーベルト天体）

海王星の外側に散在 冥王星もその一部

短周期彗星（P＜200年）の巣だと考えられている

(c) Wikipedia(c) Wikipedia

オールトの雲

長周期彗星（P≧200年）の巣だと考えられている

太陽系を球殻状に取り巻く 仮想的な天体群太陽から1万～10万AUに 1×1012個ほどの天体？

現在は状況証拠のみで 仮説の域を出ない存在

(c) kahaku.go.jp

彗星

(c) Wikipedia

彗星

ダストテイル （塵の尾）

イオンテイル （イオンの尾）

核：氷と塵が混ざった塊 コマ：核を覆う薄いガス 尾：太陽からの放射圧と 　　太陽風により形成

太陽系初期の情報を保持(c) Wikipedia

(c) Wikipedia

太陽系の構成メンバー

地球型惑星 　　水星 　　金星 　　地球 　　火星

巨大ガス惑星 　　　木星 　　　土星

巨大氷惑星 　　天王星 　　海王星

小天体（小惑星, 太陽系外縁天体, オールトの雲）

(c) ikachi.org