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日本惑星科学会誌 Vol. 21, No. 4, 2012

研究会「トランジット観測によるスーパーアースの大気組成と起源の解明」開催報告
成田 憲保 ，福井 暁彦
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1. 本研究会の背景きているので，今後はトランジットを起こすスーパーアースの研究が本格的に始まると期待される．このよ太陽系外惑星の研究は近年急速に進展している．

うに，スーパーアースの研究はまだ黎明期にあるもの

2000 年代までの主な研究対象は木星型の巨大惑星だの，日本国内でも今後の研究に向けて理論と観測の両ったが，近年の観測技術の発展とともに，より小さく面，そして研究を実現するための望遠鏡と装置開発のて軽い惑星まで発見されるようになってきた．この過面から検討を重ねていくことが重要となるだろう．

程で，「スーパーアース」と呼ばれる新しいタイプのそこで今回は，理論，観測，装置開発をそれぞれ専惑星が発見されてきている．スーパーアースとは，ま門とする方々に招待講演を依頼し，今後世界の第一線だ明確な定義はなされていないが，地球の 1-4 倍程度で研究を行う協力体制を作ることを目標として，2012のサイズ，あるいは 1-15 倍程度の質量を持つ小規模な年 9 月 25-26 日にかけて本研究会を開催した．参加者

惑星の総称である．これは太陽系の地球と天王星の間は 20 名程度と小規模な研究会だったが，このテーマのサイズ・質量をつなぐ一方，太陽系には存在しないに関心の高い方々にお集まりいただき，アットホーム

惑星であるため，その組成や形成過程などの基本的なな雰囲気で活発に議論が行われた．

性質もまだよくわかっていない．そのため，太陽系から太陽系外にまで拡張した比較惑星学や惑星形成論の2. 開催地およびプログラムの紹介観点から，重要な研究対象と言えるだろう．
太陽系外惑星の観測方法にはいくつかのやり方があ本研究会の開催地である岡山遥照山ホテルは，トラるが，惑星の組成や形成過程まで研究するのに最も適ンジット系外惑星観測グループの国内の観測拠点であしているのはトランジットを起こす惑星（以下，トラる国立天文台・岡山天体物理観測所が立地する竹林寺

ンジット惑星）である．トランジット惑星の最大の魅山（岡山県浅口市）の隣の山，遥照山（同県同市）に立地

力は，視線速度の測定とトランジットの測光観測を行し，瀬戸内海が一望出来る見晴らしの良いホテルであうことで惑星の真の質量と半径が決まり，さらにトラる．最寄り駅から同ホテルまでの公共交通機関は無い

ンジットの多波長観測を行うことで惑星の大気組成まため，参加者の多くには，ホテルに用意してもらったで知ることができる点にある．また，NASA のケプ

マイクロバスを利用して駅から片道約 30 分かけて来ラー計画や地上からのトランジット惑星探索，そしてて頂いた．

次世代の全天トランジット惑星探索（TESS: Transiting

本研究会は 9 月 25 日の午後から始まり，この日は主Exoplanet Survey Satellite）などは，どれも木星型惑にスーパーアースに関する観測および理論の現状につ星より小さくて軽い惑星の発見へと狙いをシフトしていての講演や，将来のトランジット惑星観測用の装置についての講演などが行われた．これまでトランジッ

1. 国立天文台太陽系外惑星探査プロジェクト室
2. 国立天文台岡山天体物理観測所
norio.narita@nao.ac.jp

ト惑星に関して観測，理論，装置の研究者が集う研究会はあまり無かったため，今回の研究会でお互いに初

研究会「トランジット観測によるスーパーアースの大気組成と起源の解明」開催報告／成田，福井393■若手研究者による分野間連携研究ワークショップ「トランジット観測によるスーパーアースの大気組成と起源の解明」プログラム（2012年9月25日・26日岡山 遥照山ホテル）〈9月25日〉14：00－14：30

成田憲保

super－Earthsの透過光分光研究の現状

14：30－15：00

生駒大洋

super－Earthの組成の縮退と形成論的意義について

15：00－15：30

玄田英典

Super－Earthsの組成についての理論的予言

15：30－16：00

関根康人

super－Earthの大気化学ー太陽系天体からの示唆ー

16：00－16：15

休憩

16：15－16：30

大西将徳

系外惑星大気の放射過程のモデリングおよびコード開発

16：30－17：00

柳澤顕史

OAO の ISLE, OAOWFC そして新広視野撮像カメラ

17：00－17：30

永山貴宏

IRSF/SIRIUSによる多色同時撮像

17：30－18：00

栗田光樹夫

京大3.8m望遠鏡計画の概要

終了・記念撮影
19：30－21：30

懇親会〈9月26日〉09：00－09：30

福井暁彦

09：30－09：45

浦川聖太郎

SLEを用いた近赤外トランジット測光観測

09：45－10：00

大貫裕史

secondary eclipseから探る温度構造と大気組成

10：00－10：15

塩谷圭吾

SPICA を用いたトランジット系外惑星観測

10：15－10：30

高橋康人

放射計算に基づいたガス惑星の大気構造推定

10：30－10：45

休憩

10：45－11：15

平野照幸

高分散分光を用いた惑星探査の現状と将来計画

11：15－11：45

小谷隆行

InfraRed Doppler (IRD)による地球型惑星探査

11：45－12：00

濱野景子

軌道半径で決まる２タイプの地球型惑星の初期進化

太陽系小天体のライトカーブ観測とその系外惑星分野への応用

終了・昼食
13：30－15：00

エクスカーション：岡山天体物理観測所の188cm望遠鏡見学

15：00－17：00共同研究に関する議論（希望者のみ）顔合わせという方も多かったが，その垣根を越えて初った．同観測所は，光学式望遠鏡として国内で 2 番目日から活発な議論が行われた．またこの日の夜に設けの大きさ（口径）を持つ 188cm 反射望遠鏡を有する．

られた懇親会の場でも，岡山県の特産品を使用した会

同望遠鏡は建設から 52 年が経つものの，現在でも最席料理に舌鼓を打ちながら，お互いに交流を深めるこ先端の成果を出し続けており，特に現在では，高分散とが出来た．

分光器 HIDES を用いた系外惑星の視線速度探索や，

26 日の午前中は，トランジット惑星の観測につい近赤外撮像分光装置 ISLE を用いたトランジット測光ての講演をはじめ，トランジット惑星に関連する様々観測に重点が置かれている．研究会参加者の中には同な研究についての講演が行われた．特に今回，当初講観測所を訪れるのが初めてという方も多く，望遠鏡の演を申し込まれていなかった方にも，自己紹介を兼ね意外な大きさに驚かれていた．そしてエクスカージョて 15 分の研究紹介の講演を行ってもらったため，おンの後，有志のみで今後の共同研究の打合せを行い，互いの研究を知る良い機会となった．そしてこの日の2 日間に渡る研究会を終えた．以上について，本頁の午後は，エクスカージョンとして，ホテルから車で研究会プログラムも合わせて参照されたい．

10 分の場所にある岡山天体物理観測所の見学会を行394

日本惑星科学会誌 Vol. 21, No. 4, 2012を行った．

3. 講演内容

3.2

理 論

本研究会では，スーパーアースについての観測，理まず，スーパーアースの組成の縮退と形成論的意義論の専門家，および観測装置の専門家に招待講演をしについて，東京大学の生駒大洋氏に講演して頂いた．て頂いた．ここではそれらの講演内容の一部をかいつ

講演ではまず，トランジット惑星では惑星の平均密度まんで紹介する．

が求まることが魅力であるが，惑星は岩石（シリケイ

3.1

観 測

研究会を主催した著者（成田）から，トランジット惑

，ガス（H2，He）などのト），氷（H2O，CH4，NH3 etc.）
複数の材料の組み合わせからなるため，平均密度の情報だけでは組成の縮退が起こることが紹介された．そ星大気の透過光分光研究の現状について紹介を行った． して，これまでに発見されたトランジット・スーパー
これまで透過光分光の研究はホットジュピターのみがアースの質量 - 密度分布は広がりをもち，その内部組ターゲットとされていたが，近年発見されてきた M成は多様である事が示された．またそのような多様性型星まわりのトランジット・スーパーアースであればを生む内部組成モデルとして，（1）水素 + ヘリウムの惑星大気の波長依存性を精度良く調べることが可能で大気量が異なる岩石惑星，（2）含水量の異なる岩石惑星，あること，そしてスーパーアースの主な大気組成としの 2 つの可能性が提示された．まず（1）のモデルでは，て水素大気と水蒸気大気の場合にどのような波長依存惑星の軌道移動を考えなくともその場形成で岩石 + ガ性の違いがあるのかが示された．その上で，2009 年

スの惑星を作ることが出来るが，これまでに見つかっに初めて発見された M 型星まわりのトランジット・ているスーパーアースのうち，平均密度が小さいもの

ス ー パ ー ア ー ス GJ1214b に つ い て， 南 ア フ リ カ のについてはこのモデルでは説明がつかないことが説明

IRSF1.4m 望遠鏡の SIRIUS で行われた近赤外 3 色同時された．一方，（2）のモデルでは，水成分をスノーラトランジット観測の結果と，すばる望遠鏡 Suprime-イン以遠から運んでくる必要があり，また含水量の多Cam で行われた B バンドトランジット観測の結果が様性を説明するためには，惑星移動などの効果をよく紹介された．福井からは，これらのトランジット観測考える必要があるようである．の基本となる高精度測光観測の方法論と，岡山天体物

続いて，東京大学の玄田英典氏には，スーパーアー

理観測所の ISLE を用いた実際の観測例について紹介

スの組成の多様性を作り出す要因について，材料物質

図1： 研究会集合写真．

研究会「トランジット観測によるスーパーアースの大気組成と起源の解明」開催報告／成田，福井

395（氷と岩石の割合）と天体衝突の観点からお話頂いた．

ランジット惑星観測に用いている近赤外撮像分光装置

まず，組成の多様性が軌道の遠方からの材料物質（氷ISLE の紹介及び，トランジット惑星観測に特化した+ 岩石）の供給で生み出される場合，複数惑星系にお将来の広視野・多色カメラ構想の紹介をして頂いた．

いて外側の惑星ほど低密度になることが予想され，実まず，ISLE の詳細なスペックが紹介され，近赤外線際の観測でもその傾向が見られる事が紹介された．一で 1 ミリ等級の測光精度が得られる世界トップレベル

方，組成の多様性を決める要因が微惑星中の氷 / 岩石の観測装置である事が紹介された．また，ユーザーか比にある場合，恒星の Fe/H 比と惑星の平均密度にはらの要望として，現在の ISLE の視野（4 分角）よりも正の相関が期待されるが，観測結果は逆センスである

広い視野をもち，さらに同時多波長観測が行えるカメことが示された．さらに，惑星同士の衝突が組成の違ラが望まれていることが紹介され，そのようなカメラいを作り得るかを調べた研究が紹介され，氷 + 岩石惑の光学系レイアウトの検討結果が紹介された．その中星同士の衝突ではその組成はほとんど変わらず，岩石で，岡山 188cm 望遠鏡に 12 分角の視野を持つ多色カ+ 水素惑星同士の衝突の場合は比較的組成の違いを生メラを取り付け可能であることが示された．また，現みやすいというシミュレーション結果が示された．

在岡山観測所で開発が進められている近赤外広視野カ

東京大学の関根康人氏には，スーパーアースで考え

メラ OAOWFC の紹介も行われた．

られる大気組成について，太陽系天体と比較した観点

京都大学の栗田光樹夫氏には，現在岡山観測所に建からお話頂いた．まず，スーパーアースに分類される設予定で開発が進められている京大岡山 3.8m 望遠鏡

惑星のうち，厚い H2-He エンベロープに覆われた惑星についての概要の紹介，ならびにトランジットの高精を mini Neptune, H2 が少なく固体（水 + 岩石）が主成分

度測光観測のための単素子観測装置の提案についておの惑星を large Earth と定義された．まず mini Neptune

話頂いた．まず，京大岡山 3.8m 望遠鏡計画の沿革やにおいては，それを代表するトランジット系外惑星で現在の開発状況について紹介があり，2015 年ファーあ る GJ436b や GJ1214b で は， 観 測 か ら CO が CH4 よストライトを目指して開発が進められていることなどり多い可能性が指摘されており，太陽系内のガス・氷が示された．また，目指すサイエンスは突発天体観測惑星とは逆であることが紹介された．またその要因とと系外惑星の直接撮像であることが紹介された．一方，して，H2O が上層大気に輸送され，光化学反応を介し単素子を使った観測方法の提案では，世界で広く使わて CH4 が CO に変化した可能性や，クエンチ温度や成れている赤外アレイ検出器ではなく，これまであまり層圏熱源などの大気構造の違いの可能性などが挙げら検討がされて来なかった単素子を使うという斬新な提れた．また，大気組成を知る上で重要な観測量は，大案がなされた．単素子でも十分に高精度な測光観測が気ダイナミックスおよびエンベロープの重元素量であ行える可能性がある一方，赤外アレイ検出器は高額でることが指摘された．一方，large Earth については，あるのに対し，単素子を使うと非常に安価に製作可能火山ガスの酸化還元状態が重要であり，低温・高圧ほである事が示された．

ど還元的組成になるため，陸惑星（〜 10km 以下の厚さ の 海 ）で は CO2 が， 海 惑 星（〜 10km 以 上 の 厚 さ の海）では CH4 が豊富になることが示された．また，large Earth の大気は，主星に近く脱ガス率が小さい

3.4

今後の展望

研究会 2 日目の午後には，2 日間の議論のまとめと今後の展望についての議論が行われた．

Blue Earth と，主星から遠く脱ガス率が大きい Orange

まず，理論的な背景からスーパーアースの組成が岩Earth の 2 種類に分けられ，CO2 や haze の量に違いが石 + 水素なのか岩石 + 水蒸気なのかを判別することが出ることが紹介された．また重要な観測量として，陸惑星形成論的に極めて重要な課題であり，そのために/ 海の比率や脱ガスフラックス，地表温度が挙げられは発見された惑星の観測から質量 - 半径関係を統計的た．に調べることと，透過光分光の観測により縮退を解い

3.3

観測装置

国立天文台・岡山観測所の柳澤顕史氏から，現在トて個々の惑星の組成を調べることの重要性が挙げられた．そしてそれを実現するためには，観測によって新しいトランジット・スーパーアースを発見することと，

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個々の惑星に対する透過光分光を行うことが必要であること，そのような観測のためには広視野の同時多色撮像カメラが最適であることが議論された．
このような広視野の同時多色撮像カメラとしては南アフリカの IRSF/SIRIUS の例があるが，日本国内にはまだ存在せず，また水素大気のレイリー散乱を観測するのに必要な可視領域まで網羅した可視・近赤外の同時多色撮像カメラは世界にもほとんど存在しないことから，そのようなユニークな機能を持つ装置の開発が日本の競争力を高めるために重要であることが議論された．

4. まとめおよび謝辞
本研究会はスーパーアースを主題とした研究会としては国内で初めての試みであったが，20 人というちょうど良い規模の参加者に恵まれ，活発な議論と共同研究の相談を行うことができた．この研究会をきっかけとした共同研究が今後発展していくことができれば幸いである．また，今後も研究の進捗とともに同様の研究会を開催していきたいと考えているので，新しく興味を持たれた方々にもぜひご参加いただきたいと考えている．
本研究会は，平成 24 年度自然科学研究機構「若手研究者による分野間連携研究プロジェクト」の支援を受けて開催されました．最後に，本研究会を支えて下さった招待講演者の皆様，活発な議論を交わして下さった参加者の皆様に深く感謝いたします．

日本惑星科学会誌 Vol. 21, No. 4, 2012