系外惑星の観測
〜地球型惑星探査を模擬した地球照の分光観測〜
海老塚 昇1・平松 正顕2 ・柏木 正子3 ・
入沢 美沙子3 ・小舘 香椎子3 ・Edwin L. Tuner
理化学研究所1・東京大学理学部2 ・
日本女子大学理学部3 ・プリンストン大学4
地球型系外惑星探査計画ワーキンググループ
http://www.cc.nao.ac.jp/jtpf/
4
系外惑星の探査
・1995に最初の系外惑星; 51 Peg.を発見。
・今までに100 個以上の木星型惑星を発見。
・地球型惑星は見つかっていない。
系外惑星の探査方法
直接法
多くの困難
系外惑星は、地球か
ら遥か彼方で光り輝く、
恒星のすぐ近くに位置
している。
見つけることはできた
としても・・・。
非常に
高い感度
画素階調
画像の
ダイナミック シャープさ
レンジ
解像度
間接法
ドップラー法
惑星の公転運動による
恒星の速度のふらつきを
高分散分光観測により測
定する方法。
波長の変化は数百~数
千万分の一。
トランシット法
惑星が恒星の前を通り
過ぎることによる明るさ
の微小変化を検出する
方法。
地球型系外惑星の直接検出の困難さ
すばる望遠鏡による星周ダストの観測
GG Tau
CIAO, coronagraph+AO, H band
(1.65μm), PSF: 0.09”(FWHM),
FOV: 10.16”×9.79”.
Y. Ito, M. Tamura, N. Ebizuka, et.al,
Publications of the Astronomical Society
of Japan, 54, 963-967 (2002)
Spizer
(2003年打ち上げ)
Astro-F
(2006年打ち上げ予定)
現行の宇宙望遠鏡計画
Herschel
口径3.5 m、50〜1000μm
(2012?年打ち上げ予定)
SPICA
口径3.5 m、5〜200μm
(2015?年打ち上げ目標)
宇宙望遠鏡の将来計画
JWST
口径6.5 m、0.6〜30μm
(2014?年打ち上げ目標)
Limiting Flux Density [microJy]
IRAS
105
ASTRO-F
1000
HSO
ISO
SIRTF
10
SPICA
0.1
NGST (8m)
0.001
3
10
30
100
300
Wavelength [micron]
宇宙望遠鏡の検出限界
地球型系外惑星を発見するためには・・・
次世代大型宇宙望遠鏡(直接撮像・検出)
TPF (Terrestrial Planet Finder, NASA)
→10mクラス中間赤外線干渉計
JTPF (日本)
→3.5mクラス可視光一枚鏡、軸外し光学系
次世代地上超大型望遠鏡(主に分光観測)
CELT:口径30m(米国)
JELT:口径30m(日本)
OWL: 口径100m(欧州)
究極的には・・・
10mクラス可視光宇宙干渉計
地球型惑星が発見された場合には・・・


生命の兆候 → 分光観測。
植物が存在する場合には
Red Edgeを指標にできる。
地上30mクラス
or
宇宙10mクラス望遠鏡
観測地と時間
earthshine
earthshine
夕方
明け方
大西洋の反射
光が支配的
大陸の反射光が
支配的
日本列島は最適な位置 !
水
植物
N.J. Woolf and P.S. Smith
The spectrum of
earthshine:A Pale Blue
Dot Observed from the
Ground, HervardSmithsonian Center for
Astrophysics, p10
地球照のモデルスペクトル
地球照の観測装置
国立天文台三鷹キャンパス
望遠鏡と分光器
分光器の光学系
Optical axis







Grism

スリット幅 :180μm
コリメータ:f =38m
グリズム格子本数:150/mm
カメラ:f =17mm
ブレーズ波長:600nm
観測波長:400~1000nm
pixel size (CCD): 10μm
波長分散: 10.5nm/pix
1次スペクトル
0次スペクトル(スリット像)
月から見た地球
新月前
新月後
Oct. 2002
Nov. 2002
Dec. 2002
Jan. 2003
April. 2003
May. 2003
June. 2003
July. 2003
Feb. 2003
March. 2003
新月前
新月後
好条件
Aug. 2003 Sept. 2003
Before
After
分光器の改良
瞳分割ファイバーリンク
ファイバリンクと組合せた分光器
Fmoon
FOV
Fsky
slit
Fmoon
FOV
slit
Fearthshine
Fearthshine
Fsky
Before
After
スカイフレームの位置
800
1.5
(EarthShine-Sky)/Moon
EarthShine
Sky
Moon
EarthShine-Sky
1.2
400
0.9
200
0.6
0
0.3
Ratio
Intensity [ADC]
600
-200
300
400
500
600
700
800
Wavelength [nm]
900
1000
0
1100
2003年4月6日の地球照スペクトル
2.0
5000
(Earth-Sky)/Moon (corrected)
EarthShine(*1.025)
Sky
Moon
Earth-Sky(corre cted)
4000
1.5
1.0
Ratio
Intensity [ADC]
3000
2000
0.5
1000
0.0
0
-0.5
-1000
300
400
500
600
700
800
Wavelength [nm]
900
1000
2003年6月5日の地球照スペクトル
-1.0
1100
2003/4/5
2003/6/5
植物の反射(散乱)
スペクトル
110
100
90
Water
absorption
reflective index(%)
80
70
60
Chlorophyll
absorption
50
ベンジャミン
ポトス
ハイビスカス
ベースライン
ベンジャミン
ポトス
ハイビスカス
バラ
樫
バラ
椎
40
30
20
10
0
200
700
1200
1700
wavelength(nm)
2200
2700
Backword scatter [%]
 
Gingko
Benjamin
Cestnut tree
Hibiscus
Water lily


500
1000
1500
Wavelength [nm]
2000
植物の反射(散乱)スペクトル
2500
100.0
2.0
Ce stnut tree
(Earth-Sky)/Moon (corrected)
80.0
1.2
60.0
0.8
40.0
0.4
20.0
0.0
0.0
-0.4
400
500
600
700
800
Wavelength [nm]
900
Detect! or not?
1000
-20.0
1100
T [%]
Ratio
1.6
まとめ
• 地球型系外惑星を直接検出するためには口径10m
クラス可視光宇宙干渉計が必要。
• 生命活動の指標として植物のRed edgeの検出が有
望。
• 地球照は最も身近な地球型惑星全球の散乱光。
• 4〜7月が日本からユーラシア大陸の散乱光の観測
好適時期。
今後の課題
• 焦点導入部分の改良。
• 大気散乱の少ない高山における観測。
• 継続的な通年観測。
口径10cmの望遠鏡でもサ
イエンス観測が可能。
求む共同研究者!
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