1. 天文学概論（第６回）
系外惑星 1
∼異形の惑星たち∼
東京工業大学 佐々木貴教

2. 系外惑星 1
∼異形の惑星たち∼
・太陽系外惑星発見の歴史
・系外惑星の観測手法（直接＆間接）
・有名な系外惑星の紹介
次回：系外惑星 ２ ∼「第２の地球」へ向けて∼
・系外惑星の統計データ
・太陽系形成論から汎惑星形成論へ
・生命を宿す惑星の発見へ向けて

3. 太陽系外惑星発見の歴史

4. 太陽系外惑星が見つからない
1940∼60年代：
白鳥座61番星のまわりに惑星発見？ → 間違い
バーナード星のまわりに2つの惑星発見？ → 間違い
1989年：
アメリカの観測チーム「惑星は検出できなかった」
1993年：
ニュージーランドの観測チーム「惑星は検出できなかった」
1995年2月：論文「太陽系は特殊で奇跡的な惑星系である」
1995年8月：論文「太陽系以外に惑星は存在せず」

5. ところが・・・
1995年10月
Mayor & Queloz (スイスの観測チーム)
人類初の系外惑星検出！
ペガサス座51番星の周りに Hot Jupiter が存在！

6. 人類初の系外惑星発見まで
Cambell & Walker (カナダチーム：不運)
・1978年に現在主流の観測手法のアイデアを提案
・21個の恒星を観測するが、惑星は検出できず
（※巨大惑星の検出確率は5%程度）
・21個のうち2個には、その後惑星が検出された
・別途報告した連星でも、その後惑星が検出された
Latham (アメリカチーム：やはり不運)
・1989年に恒星の周りを回る天体を検出
・その後質量が決定、惑星としてカウントされた

7. 人類初の系外惑星発見まで
Marcy & Butler (アメリカチーム：本命)
・7年間にわたり60個の恒星を調査
・しかし、データ解析を進めていなかった！
（※太陽系の先入観：木星の公転周期12年）
・データ解析後、半年間で4個の惑星を次々と発見
Mayor & Queloz (スイスチーム：ダークホース)
・1994年4月：惑星探しプロジェクト開始
・1994年9月：最初にペガサス座51番星を観測
・1995年7月：再観測を行い惑星発見を確定

8. 太陽系外惑星が続々と見つかる
2011年10月31日現在
約700個の系外惑星を発見！

9. 異形の惑星たち（１）
木星
地球より内側の軌道に
地球
木星を超える巨大惑星

10. Hot Jupiter
灼熱の惑星
中心星の熱で高温になり
大気が膨張・流出している

11. 異形の惑星たち（２）
軌道離心率が高い惑星が多い
（楕円軌道を描く惑星が多い）
木星
地球

12. Eccentric Planet
楕円軌道
極暑・極寒を繰り返す

13. 異形の惑星たち（３）
Super Earth
惑星質量が地球の
数倍∼10倍
程度の地球型惑星
地球

14. 系外惑星の観測手法

15. 直接撮像
惑星と中心星の光を分離し、惑星を直接撮像する
コロナグラフ：中心星の部分だけを隠す
補償光学 (AO)：大気による画像の揺らぎを補正
コロナグラフなし コロナグラフあり は約100億倍にも達する。中間赤外より
長波長では惑星自体の熱放射のため両者
の明るさの比は多少緩和されるが、それ
ム層 でも約1000万倍となる。
地上観測の最大の障壁は地球大気の揺
らぎが起こすかげろうである。現在、すば
る望遠鏡などの口径8∼10m級の地上大
望遠鏡では、大気揺らぎを時々刻々と補
ザー 正する補償光学や、明るい恒星を隠すコ
コロナグラフ ロナグラフなどを用いて、
年齢の若い巨大
補償光学
惑星の検出などが試みられている（図 ）。

16. 直接撮像成功！
HR 8799
GJ 758

17. 間接法１：アストロメトリ法
恒星と惑星は共に共通重心の周りを
回っている
→ 恒星の重心からのずれを観測
地上望遠鏡による検出は極めて困難

18. 間接法２：視線速度法
恒星が観測者に近づいたり
遠ざかったりする
→ ドップラー効果によって
星の色が周期的に変化
→ 恒星の速度の変化を観測
惑星質量の下限値のみが決定
中心星に近く質量の大きい惑星
ほど発見しやすい（選択効果）

19. 1995年 初めての系外惑星発見
1995
51 Pegasi b
46
この後最も多くの系外惑星が
本手法で発見されている

20. 間接法３：トランジット法
惑星が恒星の前を通過する際に明るさが変化する
→ 周期的な明るさの変化（恒星食）を観測
惑星の正確な質量が求まる → 惑星の密度が求まる
分光観測から惑星の大気成分が検出可能
惑星が恒星のちょうど前面を通過する確率は低い

21. Secondary Eclipse
惑星が恒星の後ろを通過する際に明るさが変化する
→ 分光観測により惑星の特徴を観測
わかること
惑星の大気成分
惑星の昼側の温度
惑星の温度分布
惑星の熱輸送効率
惑星の軌道離心率

22. トランジット法による観測例
HAT-P-7b

23. 間接法４：重力レンズ法
天体の周りでは空間が歪み、光の経路が曲がる
→ ある恒星の前を別の恒星（惑星）が横切ると
背後の恒星の光が増光される
→ 惑星による背後の恒星の光の増光を観測
軌道半径1 3AUにある
小さな惑星が検出可能
検出確率は低い
観測は１回きり

24. 重力レンズ法による観測例
OGLE-2005-BLG-390

25. 間接法の種類と特徴のまとめ
名称 方法 特徴
アストロメトリ法 恒星の位置のずれ 地上からは難しい
視線速度法 これまでで最も
恒星の動きの速さ
（ドップラー法） 多数の惑星を発見
惑星による 惑星の密度や
トランジット法
恒星の食 大気成分が求まる
惑星重力による 検出確率小、
重力レンズ法
空間の歪み 軌道半径1~3AU

26. 有名な系外惑星の紹介

27. 51 Pegasi b
1995年10月
人類史上初の系外惑星発見
発見者：
M. Mayor & D. Queloz
軌道長半径＝0.052AU
公転周期＝4.23077日
地球からの距離＝約50光年
典型的な Hot Jupiter

28. Fomalhaut
2004年 & 2006年 史上初の系外惑星直接撮像
惑星より外側の軌道に塵の円盤が観測されている

29. HD 209458b
初めてトランジットが観測
された系外惑星
初めて大気成分が観測された
下層部：ナトリウム
上層部：水素・炭素・酸素
表面温度も観測：約1200℃
2009年10月
水・メタン・二酸化炭素の
存在も確認された

30. HD 189733b
史上初の系外惑星の 地図
（表面温度分布図）を得た
大気中に初めて水・メタンの
存在が示唆された

31. HD 149026b
すばる望遠鏡を用いて
佐藤文衛らによって発見
巨大な中心核を持つガス惑星 木星
（地球の67倍の質量）
標準的な惑星形成論では
地球の10倍以上の質量の
核を持つことは難しい
表面温度は約2300Kと
過去の観測で最も高温

32. Gliese 581
Habitable Zone
b：17M地球
g f c：5M地球
d：8M地球
e：2M地球
Gliese 581g： f：7M地球
生命を宿す惑星発見！？ g：3M地球

33. Gliese 876
様々な質量の惑星から成る系
b：2.28M木星
c：0.71M木星
d：0.021M木星
e：0.046M木星
Gliese 876d：
太陽系外における
初の地球型惑星発見？

34. Kepler-10b
地球のわずか1.4倍の半径を持つ岩石惑星
これまでに見つかった惑星の中で最小
主星に近い軌道のため表面温度はおよそ1600K

35. Kepler-11
中心星の近くに6つの惑星が密集 b：0.014M木星
TTVにより惑星の質量が決定 c：0.043M木星
主に岩石とガス（と水）からなる d：0.019M木星
e：0.026M木星
f：0.007M木星
g：<0.95M木星

36. Kepler-16b
2011年9月16日発表
2つの中心星を持つ「周連星惑星」を初めて発見
A：0.69M太陽
B：0.20M太陽
b：0.33M木星
(c) Star Wars