Sec$on 2.
太陽系外惑星脱線

2020年ノーベル物理学賞

h"ps://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/h"ps://www.eso.org/public/videos/eso1151d/(C) ESO/MPE/Nick Risinger (skysurvey.org)/VISTA/J. Emerson/Digitized Sky Survey 2

中心に見えない巨大な重力源がいる！

力学

補償光学

Figure 7. The principle of adaptive optics. A laser system is used to make artificial guide stars
that sense the blurring in the Earth’s atmosphere. The images of the bright spots generated byh"ps://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-physicsprize2020.pdf
the laser [1] are used in a feedback loop to introduce fast deformations of a secondary mirror[2] that effectively correct for the atmospheric turbulence in the science images [3].

Sec$on 2.
太陽系外惑星2.1 直接撮像 (写真を撮る)
2.2 ドップラー法 (速度を使う)
2.3 トランジット法 (食を使う)

宇宙に私たちの地球のような惑星は他にも存在するのか？

太陽系でない惑星(太陽系外惑星)はいくつ見つかっている？
100

101

102

103

104

105

106

系外惑星発見の歴史

h"ps://exoplanets.nasa.gov/exep/newsle"ers/issue17/archiveupdate/太陽系外惑星 (2014年時点)
10000

planet mass [M⊕]

1000

100

10

1
0.01

0.10

1.00
orbital distance [AU]10.00

100.00Winn &based
Fabrycky2014
Figure 1 Approximate masses and orbital distances of known planets,
on an Octoberどうやったら発見できるの？
なんで発見したと言えるの？
なぜ「第二の地球」を発見するのは難しいの？

Sec$on 2.
太陽系外惑星2.1 直接撮像 (写真を撮る)
2.2 ドップラー法 (速度を使う)
2.3 トランジット法 (食を使う)

直接撮像
HR8799 (40 pc)~ 0.5 秒角h"ps://exoplanets.nasa.gov/news/1404/a-four-planet-system-in-orbit-directly-imaged-and-remarkable/

太陽系外惑星 (2014年時点)
10000

planet mass [M⊕]

1000

100

101
0.01

0.10

1.00
orbital distance [AU]10.00

100.00Winn &based
Fabrycky2014
Figure 1 Approximate masses and orbital distances of known planets,
on an OctoberSec$on 2.
太陽系外惑星2.1 直接撮像 (写真を撮る)
2.2 ドップラー法 (速度を使う)
2.3 トランジット法 (食を使う)

恒星

力

惑星

恒星

重心X

惑星

太陽はどれぐらい「振られる」の？
観測できるの？

恒星のスペクトルh"ps://en.wikipedia.org/wiki/Fraunhofer_lines

波長 (=> 長い)原子の特有の波長

静止波長

量子力学

%͚ͩ‫ݮ‬গͨ͠ɻ߃੕ͷ൒‫ܘ‬Λ 1 ଠཅ൒‫( ܘ‬R1 = 1R⊙ ) ͱ͢Δͱ͖ɺ࿭੕ͷ൒‫ܘ‬Λ‫ٻ‬ΊΑɻ౴͑͸ଠཅ൒‫ܘ‬ͷ୯ҐͰॻ͘͜ͱɻ

ドップラー法：実際の分光データe) ͜ͷ࿭੕͸஍‫ٿ‬ͷΑ͏ͳ‫ؠ‬ੴ࿭੕͔ɺ໦੕ͷΑ͏ͳΨε࿭੕ͷͲͪΒ͔ɻཧ༝Λఴ͑ͯ౴͑Α
51 Pegasi: 初めて系外惑星が見つかった例 (1995年)
速度 (m/s)
10050

0-50-100０24時間（日）Mayor & Queloz 1995

ਤ 1: ‫֎ܥ‬࿭੕ͷଘࡏΛࣔ͢ɺ߃੕ͷυοϓϥʔ଎౓ͷσʔλ2019年ノーベル物理学賞

h"ps://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/summary/太陽系外惑星 (2014年時点)
10000

planet mass [M⊕]

1000

100

10

1
0.01

0.10

1.00
orbital distance [AU]10.00

100.00Winn &based
Fabrycky2014
Figure 1 Approximate masses and orbital distances of known planets,
on an OctoberSec$on 2.
太陽系外惑星2.1 直接撮像 (写真を撮る)
2.2 ドップラー法 (速度を使う)
2.3 トランジット法 (食を使う)

日食（地球から見て、月が太陽を隠す）

h"ps://www.nao.ac.jp/astro/basic/solar-eclipse.html

h"ps://www.nao.ac.jp/astro/basic/solar-eclipse.html

地球から見て、系外惑星が恒星を隠す

https://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/multimedia/images/transit-light-curve.html

明るさfの主星がΔfだけ暗くなるf=f<latexit sha1_base64="qKoV4OKn+EIq8MKXff4yOQhWxQY=">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</latexit>✓Rplanet
Rstar◆2

NASA ケプラー衛星
h"ps://www.nasa.gov/mission_pages/kepler/main/index.html

トランジット法：実際の観測データ

時間
https://www.cfa.harvard.edu/~avanderb/tutorial/tutorial2.html

トランジット法：実際の観測データ

時間

https://www.cfa.harvard.edu/~avanderb/tutorial/tutorial2.html

太陽系外惑星 (2014年時点)
10000

planet mass [M⊕]

1000

100

10

1
0.01

0.10

1.00
orbital distance [AU]10.00

100.00Winn &based
Fabrycky2014
Figure 1 Approximate masses and orbital distances of known planets,
on an Octoberレポート課題1bͨɻ߃੕ͷ࣭ྔ͕ 1 ଠཅ࣭ྔ (M1 = 1M⊙ ) ͷͱ͖ɺ࿭੕ͷ࣭ྔ M2 Λ֓ࢉͤΑɻ୯ҐͰॻ͘͜ͱɻ(d) ͜ͷ‫ܥ‬Λ࿭੕ͷެస‫ي‬ಓ໘͔Β‫؍‬ଌͨ࣌͠ɺ࿭੕͕߃੕ͷલΛԣ੾Δ͜ͱͰ
1%͚ͩ‫ݮ‬গͨ͠ɻ߃੕ͷ൒‫ܘ‬Λ 1 ଠཅ൒‫( ܘ‬R1 = 1R⊙ ) ͱ͢Δͱ͖ɺ࿭੕ͷ൒‫ܘ‬ଠཅ൒‫ܘ‬ͷ୯ҐͰॻ͘͜ͱɻ
質量 1Msun、半径 1Rsunの恒星の周りを、惑星が円軌道で運動している。

惑星の質量は恒星よりも十分軽いとする。
(e) ͜ͷ࿭੕͸஍‫ٿ‬ͷΑ͏ͳ‫ؠ‬ੴ࿭੕͔ɺ໦੕ͷΑ͏ͳΨε࿭੕ͷͲͪΒ͔ɻཧ(1) この系を公転軌道面から観測したとき右のような観測データが得られた。
惑星の質量を求めよ(単位：太陽質量)。
(2) この系を公転軌道面から観測したとき恒星の明るさが1%だけ減少した。
惑星の半径を求めよ(単位：太陽半径)。
(3) この惑星は地球のような岩石惑星か、速度 (m/s)
100500-50-100０24時間（日）Mayor & Queloz 1995
ਤ 1: ‫֎ܥ‬࿭੕ͷଘࡏΛࣔ͢ɺ߃੕ͷυοϓϥʔ଎౓ͷσʔλ木星のようなガス惑星か、理由を添えて答えよ脱線：最新の研究

系外惑星の大気を調べる恒星

惑星

恒星からの光が惑星の大気を通ってくる

より強く吸収

透過光の分光

SedaghaW+
2017
Figure 2: WASP-19b transmission spectrum. Blue, green and red data points
correspondto

まとめ• 太陽系の外の惑星は近年大量に見つかっている• 観測の手法• 原理は理解できる（幾何学、力学）• それぞれの方法で強みが異なる• 最近の研究• 地球に近い天体も見つかってきている• 太陽系外惑星の大気を調べる研究もできるように