太陽系小天体研究の展望
Small Solar System Bodies
関口  朋彦（北海道教育大学）

内容	u太陽系移動天体に対する望遠鏡の指向追尾精度	

u探査機ミッションによる太陽系小天体の研究	

u大口径、広視野、広帯域分光、高空間分解能、中間・遠赤外、スペース、小口径機動力の観測諸々	uやっぱり大口径の深く遠く�太陽系天体観測のための望遠鏡仕様	
• 移動天体である	
近地球小惑星 アポフィス
移動量：1時間に40°程度	

Apophis ~ d=300m程	

上空 32,500 km 	
軌道長半径: 0.922 AU
近日点距離: 0.746 AU
遠日点距離: 1.099 AU
公転周期:0.89 年
323.5日	
軌道傾斜角: 3.33°	

2004年12月30日	

太陽系天体観測のための望遠鏡仕様	
• 移動天体である：追尾性能	
– 近地球型小惑星Apophisが、2029年地球に近接遭遇の際、≒ 40 deg/hr	

• 望遠鏡への要求追尾仕様の最大値	

• シーイングサイズを保持して非恒星追尾が可能であること	

2029年4月13日	

Apophis ~ d=300m程	

上空32,500km  ほぼ静止衛星の距離	NASA	  New	  Horizons	  Pluto	  in	  July	  2015	  JAXA	  at	  Trojan	  	  in	  2030	  NASA	  Dawn	  at	  Ceres	  in	  Feb	  2015	  NASA	  Dawn	  at	  Vesta	  Jul	  2011-­‐	  Aug	  2012	  ESA	  RoseKa	  2014	  NASA	  Cassini	  2004	  -­‐	  2017	  ESA	  JUICE	  2027	  NASA	  Juno	  in	  2016	  太陽系小天体研究 と 太陽系探査ミッション	  Adapted	  from	  Na-onal	  Geographic	  太陽系小天体の研究 / 探査機 (これまで)	
大型月探査(Apolloなど)／外惑星探査(Voyager, Pioneer)に続き							※火星/金星探査なども	• ハレー彗星探査 1986年	

– Giotto, Vega I/II, すいせい/さきがけ, ICE 小天体探査の幕開け	

• 彗星探査	– Deep Space 1 –2001年 彗星核撮像/イオンエンジン NASA	– Stardust –2004年 宇宙塵採取!! NASA	– Deep Impact –2005年 370kgのインパクター！ NASA	
• 小惑星探査	– NEAR-Shoemaker—Eros 1999-2000年 直接撮像 NASA	– はやぶさ– Itokawa 2005-2010年 サンプルリターン！！ JAXA 	– Dawn– Vesta 2011年  Ceres 2015年 NASA	• 土星とその衛星タイタン、エンケラドス、フェーベ…	
– Cassini-Huygens タイタンの大気と表面調査、降下機ホイヘンス	

タイタンに炭化水素の湖沼とCH4循環??	

エンケラドスに水蒸気噴出, NaCl… 	

5.8トン, 原子力電池3基, 34億ドル!! NASA, ESA	

太陽系小天体:今後の探査計画	
• 彗星探査	– Rosetta– 2016年 67P/Churyumov-Gerasimenko 彗星核に着陸！ ESA		• 小惑星探査	– Dawn– Ceres 2015年到着! NASA	

小惑星には水があるのか?	

– はやぶさ２– 1993JU3へ 2014年打ち上げ！2018年到着！JAXA		

始原的 C型小惑星 探査	

– OSIRIS-REx– Bennu (1999RQ36)へ 2016年打ち上げ! 2019年到着!	

( 将来的な小惑星有人探査の足掛かり) NASA	– トロヤ群ソーラーセイルミッション 2022年打ち上げ(!?)	

2031年到着! 2036年地球帰還 JAXA（お家芸(?)宇宙帆船による）	

– Don Quijote, 2013/2015?? ESA	• 冥王星探査	– New Horizons– 2015年冥王星に到着！ NASA	

外縁天体の探査：氷微惑星（集合体）		
• 木星のガリレオ衛星探査	

– JUICE– 2022年打ち上げ！2033年到着! ESA	

太陽系小天体の地上からの光/赤外観測		

探査機で行けるものは限られている	• 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	（もし探査機ミッションでサイエンスが終わるなら光赤外の望遠鏡も電波の望遠鏡も太陽系小天体に向けられないことになってしまう）			

また、	– ミッションに対する支援観測もある	• 自転周期がわからないと探査機はランダーを持って行けない	• 自転位相がわかっていないといけない	• 表面状態がわかっていないとランダー／サンプルリターンができない	• アルベドがわかってないとカメラが設計できない	

広視野	

トロヤ群小惑星のサイズ分布	
Yoshida et al, 2007
Suprime-Cam	

L4とL５では違う傾向?

トロヤ群小惑星はカイパーベルトからやってきたのか?

Horner et al, 2013
Marchis et al, 2006

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.  数億年年後に軌道不不安定化 　(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

⽊木星
⼟土星
天王星
海王星トロヤ群 　 　  ⇒   　散乱・捕獲された 　 　 　カイパーベルト天体

Dynamical Evolutionof Our Solar System!
Giant planet migration"(Malhotra 1993; Morbideli et al. 2004, 2005)""

Scattered, Resonance Captured"( Morbidelli & Levison 2003 )Not yet understood of Inner-Oort cloud!

広視野	
73P/Schwassmann-Wachmann 3の分裂核	

天体検出と分裂彗星核	
Fuse et al, 2007
32’.5 x 23’
Suprime-Cam	

広視野による天体検出には、一般的な科学的目的の他、スペースガードの意味合いも大きい。

広視野	
10P/ Tempel 2 のダストトレイル 	

撮像範囲：10°	

天体検出と彗星の尾	
アマチュアによる彗星ダストトレイルの検出
口径:25.4 cm

広帯域の波長範囲	
Centaur
土星ー天王星位の距離の天体	
TrojanCentaurInactive Comet

氷小天体の可視―近赤スペクトル比較	
Barucci et al, 2006

広帯域の波長範囲	

Pluto & Triton: VLT	Pluto's near-IR spectrum
どちらもV14等

Triton's near-IR spectrum

CH4 absorption
Protopapa et al. (2007)

高空間分解能	

小惑星のマッピング：Vestaの例
近い大きな小惑星なら空間分解	

冥王星のアルベドマップ  (HST)高空間分解能	Size determination of Eris with HST	

Diameter: 2400 ±100 km	 
Geometric Albedo: Pv = 86% ± 7%

Image is smaller than 2 pix. of HST-CCD!!	 
Pixel Size of HST:	 	 0.027 arcsec.	  1875km

Image Size of Eris: 0.034 arcsec.	 	 	  2400km	 
Deconvolution technique	 

TMT:0.015"@K	 	 	 Brown et al. 2006

大口径	内部オールト雲天体の近赤分光	
Sedna	
軌道長半径:
近日点距離:
遠日点距離:
離心率	:公転周期:
軌道傾斜角:

510 AU
76 AU
976AU
0.850
11527年	
11.9°	

今は87AUで	
V21等台	

近赤外では約1等位明るい	が、見たいのはそこの吸収 	大口径	V21等

Near-IR Spectroscopy of TNO
TNO
1996 TL66

Pluto中間赤外・遠赤外	

小天体の大きさ測定	

TAO-MAX38による小惑星の測光観測	
Mueller, Miyata et al., 2013 in press中間赤外・遠赤外	

はやぶさ小惑星	 Itokawaの熱放射測光	 

ESO 3.6m望遠鏡	 

中間赤外観測装置	 TIMMI2

Nバンド測光観測	 	 

Sekiguchi et al.2003

N・Qバンド測光観測	 Mueller, Sekiguchi et al.2005

Itokawaのサイズとアルベドの導出	
Sekiguchi et al., A&A, 2003

結果	
有効直径： 	352m (+28/-32)	
アルベド： 	0.23 (+0.07/-0.05)

Imaging by JAXA Hayabusa Spacedraft
http://www.jaxa.jp/press/2005/09/20050914_hayabusa_j.html	

Hayabusa：540×270×210m	
JAXA / ISAS

our study ：520×270×230m(+/-50) (+/-30) (+/-20)

Thermal observations allow us to determine the sizefor unresoleved small objects (for km-size!)2 days after the megaburst

中小口径(機動力)	
Brightness Variation in OpticalV- mag.

1'Ishiguro et al., 2010	

Date

Courtesy of S. Yoshida (http://www.aerith.net/)

中小口径(機動力)	

C/Hale-Boppの日変化	25中小口径(機動力)	

メインベルトの衝突天体	 P/2010	 A2	 P/2010 A2	

Jewitt et al. Nature 467, 817 (2010)

中小口径(機動力)	 例)三鷹50cm, 木曽1m, 石垣1m, Lurin1m…	
はやぶさ2ターゲット1999JU3のライトカーブ	 

Relative magnitude

石黒さん（ソウル大）priv. comm.

(2007 − 2012)

中小口径による観測（自転の導出）は太陽系小天体の科学的議論に全てに必要	

Rotational phase
All lightcurve data folded with 7.629 hr period

スペース	

赤外分光 (大気の窓の外)	

探査機 Cassini による土星の低アルベド衛星、及び Hydrogenated Aromatic
Carbon の実験室データと AKARI による彗星核分光	

Iapetusの明るい面	
探査機	Phoebe
探査機

水素化芳香炭素: 加熱後	
実験室	

Iapetusの暗い面	

裸の彗星核	
水素化芳香炭素： 熱履歴無	固体表面での反射光が見たい
実験室	è  連続スペクトルè 広い波長範囲を歯抜けにならずに(波長分解能は要らない)準惑星エリスの近赤外線スペクトル  (Keck)
Eris

V19等	

Brown et al. 2005 ApJ

冥王星そっくり�

表面組成・状態は冥王星と似ている可能性�
Pluto

V14等	

より深くより遠く	拡がる私たちの太陽系	

8－10mクラス	
⇒カイパーベルト領域(30AU－50AU?)
	の小天体のサイエンス	
Sedna, 2008KV42 (Inner-Oort Cloud 天体),
Eris (Scattered Disk 天体) の発見	

見える太陽系はカイパーベルトからオールト雲へ	
TMT⇒内部オールト雲領域(数100AU－1000AU?)	の小天体のサイエンスへ	大口径	

内部オールト雲天体の近赤分光	
Sedna	
軌道長半径:
近日点距離:
遠日点距離:
離心率	:公転周期:
軌道傾斜角:

510 AU
76 AU
976AU
0.850
11527年	
11.9°	

今は87AUで	
V21等台	

近赤外では約1等位明るい	が、見たいのはそこの吸収 	逆行TNO  Scattered TNO?
Inner Oort Cloud?	

Semi-major axis: a=45.5 AU
Aphelion:
Q=70.595 AU
Perihelion:
q=20.3 AU
Eccentricity: e=0.553
Inclination:i=103.503°	

V24等	
近赤外では約1等位明るい	が、見たいのはそこの吸収	内部オールト雲

オー
ルトの雲	 

長周期彗星	

メインベルト	カイパーベルト	

短周期彗星	？

太陽系小天体の地上からの光/赤外観測		

探査機で行けるものは限られている	

• 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	（もし探査機ミッションでサイエンスが終わるなら光赤外の望遠鏡も電波の望遠鏡も太陽系小天体に向けられないことになってしまう）		

また、	
– ミッションに対する支援観測もあり	

••••

自転周期がわからないと探査機はランダーを持って行けない	
自転位相がわかっていないといけない	
表面状態がわかっていないとランダー／サンプルリターンができない	

アルベドがわかってないとカメラが設計できない	太陽系小天体研究の展望
Small Solar System Bodies
関口  朋彦（北海道教育大学）

内容	u太陽系移動天体に対する望遠鏡の指向追尾精度	

u探査機ミッションによる太陽系小天体の研究	

u大口径、広視野、広帯域分光、高空間分解能、中間・遠赤外、スペース、小口径機動力の観測諸々	uやっぱり大口径の深く遠く�