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

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– 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– 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– 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– 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– 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– 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– 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– 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