小惑星による掩蔽
小惑星による掩蔽(しょうわくせいによるえんぺい、asteroid occultation)とは、小惑星や準惑星が観測者と他の天体の間を通過する際に、天体を隠す現象である。隠される天体としては主に恒星が多く、それらの現象は特に小惑星による恒星食と呼ばれることも多い。本記事では特段の記述がない限り恒星を隠す現象について述べる。
太陽系の小惑星を地球から観測したときの見かけの大きさは恒星よりも大きいため、小惑星が運行により天球上を移動する際に背景の恒星の手前を通過することで恒星が隠されることがある。このとき、小惑星と恒星が徐々に接近し分離できないほどまでになると、重なる前までは両者は小惑星と恒星の明るさを足し合わせた合成等級を持つ1つの光点として観測される。しかし小惑星が恒星に重なると、恒星からの光は観測者に届かなくなり小惑星の光のみが届く。重なった瞬間を観測者から見ると、恒星が減光したように観測され、小惑星がさらに移動して恒星が再び姿を現すと明るさが元に戻って見える。特に小惑星は恒星に比べてずっと暗いため後述のように眼視や露光時間の短い動画撮影では小惑星の存在が分からない場合も多く、その場合は恒星が一時的に消滅したかのように観測される。
現象中は地上に恒星による小惑星の影が移動していることになり、恒星が小惑星のどの部分の影になるかによって減光の継続時間が変化する。この継続時間はその小惑星の恒星を隠した部分の大きさ(弦の長さ)を表しており、複数地点で同じ現象を観測し減光が起こった時刻と継続時間を照らし合わせることでその小惑星の形状を推定することができる。
見かけの大きさが大きくても数十ミリ秒角程度である小惑星の形を捉えることは大望遠鏡でも困難であり、小望遠鏡でも可能な観測により小惑星の大きさや形状を捉えることができる重要な現象である。恒星の位置精度と同等の精度で小惑星の位置測定ができる点でも重要である。
この利点を生かして宇宙探査機が探査するターゲット天体について掩蔽観測を行うことで事前に天体の形状を把握する試みもなされている。
ほかに、減光が起こった際の光度曲線の特徴から恒星に伴星があることや、小惑星に輪・衛星・大気が存在することが発見された例も多い。
小惑星による掩蔽観測の最初の例は1958年2月19日にスウェーデンで(3)ジュノーによる8.2等星SAO112328の食が観測されたものである。以降20年間で4大小惑星の観測例が5つあったのみだが、1978年以降は地球規模の予報が出されるようになり観測数が増加した。
日本においては1970年代終盤から観測が試みられるようになり、1983年1月19日に井田三良が観測した(106) ディオネによる9.1等星SAO80228の食が日本での観測例で初となった。
1997年11月5日には(1437)ディオメデスによる7等星HIP14402の食が日本で観測され、世界初のトロヤ群小惑星による掩蔽観測例となった。
2006年11月8日には(22)カリオペとその衛星リヌスによる9.1等星の食が日本で観測され、世界初の小惑星の衛星による掩蔽観測例となった。
2014年3月2日には太陽系外縁天体の(90482)オルクスの衛星ヴァンスによるろくぶんぎ座の12.1等星TYC 5476-00882-1の食が日本で観測され、世界初の太陽系外縁天体の衛星による掩蔽観測例となった。ヴァンスによる恒星食はその後2017年3月にも北南米で観測されている。
現在は世界中で年間数百現象、日本でも年間数十現象が観測されている。アマチュアの観測者による観測も多く行われている。
左は全世界での減光が観測された現象数(年別,2021年6月30日時点)。そのうち日本国内で観測されたもの(年別,2021年8月16日時点)を右に示す。
観測された現象数(全世界)
2017年から2021年の減光が観測された現象数の地域別推移(年別、2021年6月30日時点)
現象の観測には、事前に国際掩蔽観測者協会 (IOTA)などの国際機関や独自予報者が発表した予報などに基づき対象となる恒星を予報時刻に合わせて観測する。継続時間は数秒から数十秒間であり、長時間露光が基本となる通常の天体写真撮影と異なり減光したかどうかを天体望遠鏡をのぞき眼視で観測する方法や、ビデオカメラを用いて動画撮影する方法がある。
いずれの方法も、他の観測地点との結果を整約するには減光時の時刻が精密に同期されている必要があり、117番時報やJJY、GPSの信号が用いられる。
近年では欧州宇宙機関(ESA)の宇宙望遠鏡ミッションGAIAにより恒星の位置精度が向上したため予報精度が良くなったこと、天体撮影用の高感度なCMOSカメラが普及したこと、観測者が個人で専用のソフトウェアを用いて計算した、国際機関等から発表されていない現象の予報を利用・公開するようになったことで観測される現象数が増加している。さらに、GAIAの高精度な位置測定が小惑星にも適用・反映されることでさらに予報精度が向上することが期待されている。
1983年5月29日に(2)パラスによる4.8等星、こぎつね座1星の食がアメリカ南部~メキシコ北部、カリブ海地域の130地点で観測された。この観測でパラスの形が浮かび上がり、またこの恒星に離角0.02秒角の伴星が存在することも分かった。1979年に起こった別の恒星をパラスが隠した食の結果と組み合わせることで、1991年に木星探査機ガリレオが(951)ガスプラに接近し初の小惑星への接近観測を行う8年も前にパラスの立体形状が完全に特定されることとなった。
2004年9月4日に(287)ネフティスによる2.4等星へびつかい座η星の食がフランスのピク・デュ・ミディ天文台にある1m望遠鏡で観測された。この現象が観測されたのは現地時間で15時23分頃であり、日没までまだ3時間ほどある白昼での現象だった。
2017年1月21日に準惑星ハウメアによる恒星食が観測された際、ハウメア本体による減光の前後に短い減光が見られたことで環の存在が確認された。同様の手法で2013年6月3日には(10199) カリクローに環が発見されている。
2003年11月に起こった土星の衛星タイタンによる2回の恒星食で得られた結果から、タイタンの大気がレンズのような役割を果たすことで起こる発光などをとらえタイタンの大気構造やジェット気流の存在などが見つかった。
2010年11月6日に起こった準惑星エリスによる恒星食で得られたエリスの直径が2340km程度となり、従来掩蔽観測以外の方法で推定されていた約2600~3400kmよりも小さいことが疑われるようになった。
2014年3月20日にレグルスによる(163) エリゴネの食がニューヨークなどで観測されるとされ、小惑星による史上最も明るい恒星の掩蔽として多数の観測例が期待されていたが、悪天候により観測できなかった地域が多かった。
2016年6月28日に京都大学の有松亘を中心とするグループはいて座の領域を観測中に12等級の恒星が小天体に掩蔽される様子を撮影し、解析結果から約50億km離れた直径1.3kmのカイパーベルト天体だったことが分かった。
2018年にアメリカのホイップル天文台に設置されているガンマ線望遠鏡VERITASによる高速度撮影によって小惑星による恒星食が観測され、得られた小惑星による恒星光の回折パターンから隠された恒星の直径が測定された。
2017年と2018年、探査機ニュー・ホライズンズのターゲットの1つとなっていた小惑星(486958 アロコス)による恒星食観測が世界中で何度も試みられ、探査機にとって脅威となる塵などの存在の有無や本体の形状などが調べられた。得られた形状は後にニュー・ホライズンズによって撮影された形状とよく一致していた。
2019年にはJAXAの探査計画DESTINY+の対象天体(3200)ファエトンの大きさを推定するために日本やアメリカで恒星食の観測キャンペーンが組まれ、7月にアメリカ、10月に日本で掩蔽が観測された。以降も日本で観測可能な予報が公表されており、2021年10月4日には大規模な観測キャンペーンが組まれた結果日本で15か所以上で減光が観測されるという大きな成果を挙げた。