「赤外線観測と惑星科学」
研究会開催報告／臼井 他

391「赤外線観測と惑星科学」研究会開催報告

臼井 文彦 ，大坪 貴文
12（要旨）2014 年 10 月 8 日～9 日の 2 日間，神戸大学惑星科学研究センター（CPS）にて「赤外線観測と惑星科学」と題した研究会を開催した．これは，惑星科学・太陽系科学と天文学の研究者が一堂に会して，赤外線観測でこれまで得られた知見と現在の重要な科学課題をレビューし，将来重点的に取り組むべきテーマ・達成すべきテーマを明らかにすることを目標としたものである．研究会は世話人からの依頼講演のみとして，合計17 名にそれぞれの分野のレビューから将来の計画，希望，期待などを含めて講演して頂いた．本報告では，この研究会の講演概要を紹介する．

2014 年 10 月は 1 週間で 2 つの台風が本州に上陸するるが，21 世紀に入ってからも，地上の多くの望遠鏡という荒天に見舞われたが，その合間を縫うように，に加え，Spitzer 宇宙望遠鏡，赤外線天文衛星「あかり」，10 月 8 日～9 日の 2 日間，神戸大学惑星科学研究セン

広域赤外線探査衛星 WISE，Herschel 宇宙望遠鏡など

ター（CPS）にて「赤外線観測と惑星科学」と題した研の赤外線衛星が貴重な観測結果を提供してきている．

究会を開催した．世話人は，小林浩（名古屋大学），臼そして，現在進行中の Dawn や Rosetta，「はやぶさ 2」井文彦（東京大学），大坪貴文（東京大学），木村宏（神などによる探査，JWST 宇宙望遠鏡や超大型地上望遠戸大学），芝井広（大阪大学），山本哲生（神戸大学 /鏡 TMT など，今後の大型望遠鏡により太陽系科学がCPS）の 6 名が務めたが，ここでは代表して臼井・大さらに進展することが期待される．また，2020 年代

坪の 2 名がその内容について報告する．には日本の次期赤外線衛星 SPICA などの大型赤外線惑星科学は，現在，様々な手法によって多方面から衛星が計画されている．SPICA に関しては，太陽系総合的に研究が進められているが，赤外線の波長域に小天体観測グループ有志によって，これまでにいくつおける天文観測は，その中でも欠くことのできない手もの観測提案が練られてきているが，SPICA の本格法であるとともにユニークな位置を占めている．太陽的な始動の時期を迎えつつある今，赤外線観測が惑星系の惑星や小天体などは，一般に，太陽の散乱光を可科学に果たすべき役割について再度立脚点を明確にし視光で，熱放射を赤外線で見ることになるため，赤外ようという気運が高まってきていた．

線観測は対象天体の光学特性・熱特性を知るのに非常

そこで，惑星科学・太陽系科学と天文学の研究者がに有効である．また，赤外線の波長域には，分子・氷・一堂に会して，太陽系科学において赤外線観測でこれ鉱物など多様な物質の回転・振動バンドによる吸収やまで得られた知見と現在の重要な科学課題をレビュー

放射の特徴的なスペクトルが存在し，太陽系天体の構し，将来重点的に取り組むべきテーマ・達成すべきテ

成物質をとらえるのに欠かせない波長域である．本格ーマを明らかにすることを目標として，今回の研究会的な赤外線天文学が始まったのは 1970 年代からであを企画した．特に SPICA やその他の赤外線観測など

1. 東京大学大学院理学系研究科
2. 東京大学大学院総合文化研究科
usui@astron.s.u-tokyo.ac.jp■2014遊星人Vol23-4_3校.indd

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で遂行すべき観測に関連した話題を軸として，広く討議・共有することを目的とした．研究会は世話人からの依頼講演のみとして，世話人 5 名の講演を除き，合2014/12/13

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計 12 名にそれぞれの分野のレビューから将来の計画，希望，期待などを含めて講演していただいた．時間のないところでの講演依頼にも関わらず，すべての方が快諾してくださったことに深く感謝する．
本報告では，以下でこの研究会の講演概要を紹介す

TNOs の観測の検討
薮田ひかる（大阪大学）：太陽系有機化学：隕石学と次世代赤外天文学の融合への期待
小林仁美（京都産業大学╱京都虹光房）：彗星の赤外線観測から探る太陽系形成時の分子進化
日高る．

宏（北海道大学）：太陽系天体の氷

和田浩二（千葉工業大学）：小惑星における「衝突」を

1. 「赤外線観測と惑星科学」 研究会概要見る
松浦周二（JAXA 宇宙科学研究所）：深宇宙探査機によ

1 講演あたり質疑応答込み 30 分でプログラムを組んる黄道光の赤外線 3D 計測

だが，実際には多くの活発な議論がなされたために予谷川享行（産業医科大学）：衛星系形成過程

定時間を大幅に超過してしまった．また，会場設備の木村宏（神戸大学）：The Organic-Rich Carbonace-

都合により一部円滑な運営ができない場面もあった．

ous Component of Dust Aggregates in Circumstel-

この点について，世話人として，講演者ならびに参加

lar Disks: Effects of Its Carbonization on Infrared

者の皆様にはお詫びを申し上げたい．

Spectral Features of Its Magnesium-Rich Olivine

1.1

プログラム

Counterpart

1.2「赤外線観測と惑星科学」研究会プログラム

講演の概要

以下，講演の概要をまとめる．講演者名については日時：2014 年 10 月 8 日（水曜日）～9 日（木曜日）

敬称略とさせていただく．

場

所：神戸大学惑星科学研究センター（兵庫県神（1）1日目（10月8日）戸市中央区）セミナー室
参加者数：18 名（1 日目）・24 名（2 日目），各日ともテレビ会議接続あり（最大 9 局）

芝井（大阪大学）は，計画されている次世代赤外線天文衛星 SPICA の現状報告を，現在および将来の可視光・赤外線・電波の観測機器との比較を含めて報告し1日目（10月8日）

た．現在，SPICA プロジェクトは，JAXA リードの芝井

もと，欧州宇宙機関（ESA）および欧州コンソーシア

広（大阪大学）：赤外線望遠鏡衛星 SPICA と惑

星科学への期待
大坪貴文（東京大学）：赤外線観測で見た太陽系の氷ダスト

ムとの密接な協力のもと衛星全体の開発検討が進められている．特に中間赤外線・遠赤外線の波長域において，圧倒的な性能を誇る SPICA が惑星科学・太陽系

臼井文彦（東京大学）：小惑星の赤外線観測科学に大きい貢献を果たし，太陽系外惑星研究との密石原大助（名古屋大学）：SPICA によるデブリ円盤の接化，宇宙生命探査に向けた連携が深められるとの期研究小林待を語った．
浩（名古屋大学）：惑星形成の歴史と天体のサイ

ズ分布

大坪（東京大学）は，「あかり」の全天サーベイ観測のデータから，黄道光放射を詳細に解析し，特に小惑

玄田英典（東京工業大学）：地球形成に関わる巨大衝突

星起源の微細構造などで従来広く使われてきたとデブリ円盤COBE/DIRBE モデルの改訂が必要であることを示し2 日目（10 月 9 日）

た．さらに，「あかり」の指向観測による 5～12 μm の本田充彦（神奈川大学）：星周円盤の氷ダスト観測

連続的な分光観測の結果から，黄道光のスペクトルが田口真（立教大学）：あかつき中間赤外カメラによる金星大気の研究

単一温度の黒体放射では再現できず，温度の高い成分が存在すること，また結晶質シリケイトのフィーチャ

関根康人（東京大学）：惑星・衛星の有機物と氷の化学が存在し，その空間領域による違いを将来の赤外線衛長谷川直（JAXA 宇 宙 科 学 研 究 所 ）：SPICA に よ る星観測でとらえることが重要であることを示した．

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臼井（東京大学）は，IRAS，「あかり」，WISE といが，カイパーベルトでも今後の赤外線観測により決めった赤外線全天サーベイ衛星の観測から得られた小惑られることを説いた．また，小さい天体のサイズ分布星のサイズ・アルベドカタログと，軌道やスペクトルは衝突破壊によって決まるベキ分布をしているが，数分類のデータを総合した大規模なデータを紹介した．

10 m 程度の天体では Yarkovsky 効果が効くためこのこれを用いて，スペクトル型ごとのサイズ・アルベドベキ分布よりも数が減る．この減り方を決めることで，の関係の多様性，スペクトル型ごとの存在割合やアルYarkovsky 効果の不定性を小さくすることになる．こベドの日心距離依存性について議論した．小惑星のサれは、我々の太陽系のような「淡い」デブリ円盤の理イズを決定することは，単にデータ数を増やすことだ

解に重要であることを述べた．

けではなく，太陽系における物質分布を考える上で必須なものであると述べた．

玄田（東京工業大学）
は，地球型惑星形成とデブリ円盤の関係から，巨大天体衝突ステージにおいてどの程石原（名古屋大学）は，「あかり」・WISE を含む，可度の破片がばらまかれ，赤外超過としてどのように観視光～赤外線での観測時期の異なる観測データを組み測されるのかを，段階ごとに N 体計算と SPH 計算を合わせてデブリ円盤の探査の結果を紹介した．これら組み合わせて評価を行った．この結果，巨大衝突でのサンプルにおいて従来のデブリ円盤の標準理論では0.4 地球質量ほどの破片がばらまかれ，それによって説明がつかず，非定常プロセスを検討する必要性があ

10 年にわたってデブリ円盤が維持され，赤外超過とることを示した．また，惑星形成過程におけるシリケして観測される可能性を示した．さらに，分光観測にイトの進化の理解のためには，原始惑星系円盤からデよる長期モニタリングで，惑星形成段階でのデブリのブリ円盤にかけて，中間赤外線での分光観測の必要性生成・消滅といった動的プロセスを追跡することが重を説いた．前者は SPICA を用いた空間分解や変光現要であることを述べた．

象の検出を含めて統計的に理解をする必要が，後者は

8

なお，1 日目の夜は皆既月食で，神戸市内でも赤銅

SPICA の中間赤外線の分光機能を発揮した観測が必

色の月を楽しめたことを記しておく．

要であると議論した．

（2）
2日目（10月9日）小林（名古屋大学）は，小天体のサイズ分布を決定す

本田（神奈川大学）
は，星周円盤中の H2O 氷に関して，ることが太陽系の歴史を明らかにすることにつながる非晶質氷から結晶質氷への遷移をとらえることが分子ことを示した．惑星形成の際には暴走成長を起こすサ

雲から太陽系に至る氷ダストの熱史の理解に重要であイズが系の質量を決めるが，これはサイズ分布から明ることを述べた．これには，特に 44, 46, 62 μm のフらかにできる．このサイズは微惑星サイズとしてよくィーチャが有効なプローブとなるが，ISO 以来 40 μm議論されており，惑星形成理論の大問題である「微惑帯での分光観測は行われておらず，JWST でも観測で星形成」に対しての大きな手がかりとなる．小惑星帯きないため，将来の SPICA などに期待が寄せられる．

では数 100 km とすでに観測的に明らかになっている

また原始惑星系円盤のスノーラインの位置をとらえる

図1： 研究会の様子．

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ために，中間赤外線・遠赤外線の水蒸気輝線が重要で鉱物学的な総合理解が進んでいることを紹介した．そあり，その観測可能性について議論がなされた．

して，今後赤外線観測と連携することで，原始惑星系田口（立教大学）からは，金星探査機「あかつき」の中間赤外カメラによる金星の観測結果について紹介が円盤や小天体形成初期の物質進化の理解へと迫れる可能性を展望した．

あった．「あかつき」は 2010 年 12 月に金星の夜側を，小林（京都産業大学╱京都虹光房）
は，彗星コマ中の2011 年 3 月に昼側を観測した．中間赤外線でみた雲は分子の赤外線高分散分光が，太陽系の素材となった分モデルよりも勾配が急になっていることがわかるなど， 子雲の温度や原始太陽系円盤中の化学反応プロセスの1415雲の分布をとらえるのに有効である．このカメラは非解明にとって有効であること，特に D/H 比， N/ N

冷却のマイクロ・ボロメータアレイ検出器（UMAD）比など同位体比を調べることの重要性を示した．このを搭載しているが，冷却が不要なので衛星搭載に幅広観測のためには，既存の分光装置では圧倒的に感度不く活用され，今後の応用も期待されている．

足であり，SPICA など将来の赤外線衛星での高分散関根（東京大学）からは，太陽系天体のハビタビリ分光観測が不可欠であることを提案した．

ティに関し，エネルギー，材料，場（溶媒・物質循環），

日高（北海道大学）は，氷 Ih, 氷 XI の構造・特性にという 3 つのキーワードが提案された．今後ターゲッ

ついて示し，氷 Ih の水素原子が秩序化した相であるトとして，エウロパ・エンセラダス・タイタンなどの氷 XI の太陽系内における存在環境について示した．

衛星が有望である．プリューム活動の時間変化や希薄

氷 Ih, 氷 XI の判別には遠赤外線領域（100-350 cm ）の大気成分の同位体観測は重要であるが，高空間分解・分光観測が有効であるが，温度環境の点ではカイパー高分散分光では ALMA による地上観測が現実的であベルト天体や氷衛星にこうした氷が存在する可能性がると予想される．大気中の有機エアロゾルなどの微量想定されるため，そうした遠方天体の赤外線衛星によ成分について化学構造・光学特性をとらえるために，る分光観測の重要性が議論された．

中間赤外線・遠赤外線分光観測が有効であることが示-1

和田（千葉工業大学）
は，クレーターの形状や密度，あるいは小惑星の形状を手がかりに探る太陽系の衝突された．
長谷川（JAXA 宇宙科学研究所）は，SPICA による進化史について紹介した．探査機で近づいた上での観太陽系外縁天体の観測の詳細検討の状況を報告した．

測では十分な数のサンプルを得ることは難しいため，現時点で想定されている観測装置の感度をもとに見積

赤外線による観測がどの程度有効であり，小惑星の形ると，1000 個以上の既知の外縁天体のほとんどすべ状やクレーターの存在に制限がつけられるか議論がなてについて，測光観測からサイズ・アルベド・熱慣性された．また，将来の衝突探査と赤外線衛星の連携にを決定し，基礎的な物理量が決められること，さらによる「アクティブ衝突実験」の可能性についても提案その約半分については分光観測によって組成を調べらがなされた．

れることを示した．外惑星の衛星についても，既知の松 浦（JAXA 宇 宙 科 学 研 究 所 ）は， こ れ ま で のものはすべて測光観測からサイズ・アルベドを求める

COBE/DIRBE やロケット実験 CIBER による黄道光のことができる．このような天文学的手法は，探査機に赤外線観測の結果をレビューしつつ，地球近傍からのよるその場観測の結果と結び付けることで，現在の太黄道光観測では日心距離 2 AU 以遠の惑星間塵の分布陽系の姿を明らかにする手がかりとなることを議論しを制限するのは難しいため，地球軌道および黄道面をた．

離れた深宇宙からの黄道光観測が重要であることを示薮田（大阪大学）は，滞在先のカナダから，現地で夜した．トロヤ群小惑星をターゲットとして現在検討さ遅くにもかかわらず講演していただいた．小天体有機れているソーラー電力セイル探査機であれば，トロヤ物分析化学研究の過去 45 年の変遷を振り返り，超微群だけでなくクルージングフェーズを利用した黄道光量分析に顕微分析が加わることで，分析対象が生体関の立体的観測やその場計測などが可能である．

連分子の探索から，より始原的な組成の理解へと発展

谷川（産業医科大学）
は，衛星系形成過程に関して，してきたことをまとめた．その上で，近年の局所微小Gas-starved disk model と Spreading tidal-disk model

領域分析によって，超炭素質南極宇宙塵の有機化学的・の 2 つの有望なモデルについてレビューを行った．ど■2014遊星人Vol23-4_3校.indd394

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ちらのモデルにも，海王星系や木星系をうまく説明で定であるが，次回以降は是非幅広く講演を募り，惑星きないなど，まだクリアすべき問題点はいくつかある

科学からの面白いアイデアを取り入れた赤外線観測研が，確実に形成理論が進展している様子が伺えた．ま究を展開していければと考えている．

た土星のリング内での moonlet の形成の可能性について紹介があり，観測の重要性が議論された．

なお，本研究会は惑星科学研究コンソーシアムの活動の一環として開催されました．研究会当日の講演資木村（神戸大学）は，彗星やデブリ円盤の赤外線スペ料に興味をお持ちの方は，inquiries@cps-jp.org までクトルに見られるシリケイト・フィーチャを再現するお問い合わせください．開催に際しては神戸大学惑星ダスト・モデルについて最新の成果を紹介した．これ

科学研究センター（CPS）からご支援をいただきました．

まで，シリケイト・フィーチャの形状やピーク波長がこの場を借りてお礼を申し上げたいと思います．

シリケイト・ダスト粒子の形状や温度によって変化することが知られているが，それよりも，有機物の体積比や有機物の炭化度がピーク波長を決定する上で重要なパラメータであることを示した．彗星やデブリ円盤のさらなる赤外線分光観測が重要となるが，モデルによる結果の解釈にとって考慮すべき重要な観点を提供した．

2. まとめ
以上のように，1 日半という短い期間ではあったものの，幅広い視点をカバーしたとても盛りだくさんの内容で，非常に活発な議論が行われた大変有意義な研究会となった．この内容を見てもわかるように，惑星科学研究は急速に広がりをみせているが，これまでそのテーマは，日本では必ずしも赤外線観測と十分有機的に連携した形にはなっていなかったように思われる．
「はやぶさ」をはじめ，日本でも探査機による惑星科学は着実に進展を見せているが，探査機によるその場観測だけでは多数存在する天体を網羅的に調べることは事実上不可能である．その意味では，太陽系の歴史を広く俯瞰的に理解するために，望遠鏡による（太陽系だけでなく系外惑星系も含めた）様々な天体の天文学的観測がこれからも有効であることに変わりはない．
SPICA をはじめ，日本の将来の赤外線衛星計画の実
現は 2020 年代以降とまだ少し先のことではあるが，その頃に赤外線観測と日本の惑星科学研究が密接にリンクし実りある成果をもたらしてくれるためにも，この研究会がきっかけとなり将来へ続いていけばと期待している．
今回は立案から開催までの期間が短く一般講演なしの開催となってしまったが，是非講演したかったという声も開催後に複数いただいた．今後の開催予定は未■2014遊星人Vol23-4_3校.indd395

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