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系外惑星時代の木星系探査
生駒 大洋
（東京工業大学・地球惑星）
国際共同木星総合探査計画 “LAPLACE” WG会合・2008年1月28日(月)・東京工業大学
はじめに
系外惑星時代の木星系探査？
■260個以上の太陽系外惑星
視線速度法…惑星による恒星のゆれを検出
⇒惑星の質量，軌道半径，離心率
トランジット法…「食」を検出
⇒惑星の半径，表面温度，大気組成
■外から太陽系を見る時代
系外惑星から得た情報を太陽系にフィードバックし，
太陽系らしさの判別およびその起源の解明
はじめに
系外惑星時代の木星系探査？
■めったにないチャンスだから…
•ある問題に対して決定打となる観測事実
•応用性の高い観測事実
■木星系をどういう観点で見るか
①「木星」という１つの天体とその衛星
②ミニチュア太陽系
…木星を「太陽」，衛生を「惑星」と見る
③宇宙に多数存在する巨大ガス惑星の一つ
系外惑星観測の成果
恒星の金属量との相関
円盤不安定モデル vs. コア集積モデル
Fischer & Valenti (2005)
固体成分量と
ガス惑星検出確率
に正の相関
コア集積モデル
系外惑星観測の成果
軌道・質量の多様性
Data from Encyclopaedia (J. Schneider)
•ホット・ジュピターの存在
⇒惑星落下の痕跡
…木(土)星はなぜ落下を
免れたのか？
•質量のばらつき
…木(土)星はなぜ重くない？
「木星・土星の形成が遅い」という古典的な問題
…円盤ガス消失~106-7yr vs. 形成時間~107-8yr
⇒ 発想の転換：「遅い方がむしろいい」
系外から太陽系を見る
遅い形成
Owen et al. (1999)
Galileo probe の成果
木星大気における
希ガス過剰
⇒遅い形成の証拠(？)
(Guillot & Hueso 2006)
円盤ガス散逸
~100K
希ガス蒸発
20-30K
希ガス吸着
系外から太陽系を見る
衛星から引き出せるものは？
衛星から，形成後期の
円盤密度・温度などの
情報は引き出せないか？
⇒要議論
系外惑星観測の成果
Radius (Jupiter’s radius)
惑星半径の多様性
1.4
1.2
1.0
0.8
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Mass (Jupiter’s mass)
1.6
(Burrows et al. 2007)
系外惑星観測の成果
異常に膨張したガス惑星
(Burrows et al. 2007)
熱源？
•大気運動エネルギー
•潮汐エネルギー
熱輸送効率？
•重元素過剰による
吸収係数の増大
•分子量勾配による
熱輸送効率の鈍化
系外惑星観測の成果
大きな「日較差」
昼側と夜側の温度差
DT ~ 1400K (u And b)
DT ~ 200K (HD189733b)
⇒木星大気の運動から
何が読み取れるか？
系外惑星観測の成果
異常に膨張したガス惑星
(Burrows et al. 2007)
熱源？
•大気運動エネルギー
•潮汐エネルギー
熱輸送効率？
•重元素過剰による
吸収係数の増大
•分子量勾配による
熱輸送効率の鈍化
系外惑星観測の成果
異常に収縮したガス惑星
HD 149026b
…1.2土星質量で，
0.86土星半径
(Sato et al. 2005)
重元素量
= 60-80地球質量
(総質量= 110地球質量)
(Ikoma et al. 2006)
系外から太陽系を見る
木星と土星の重元素
コア質量（地球質量）
実は，木星・土星も重元素超過
…しかし，現状で詳細な議論に
…耐えられない
solar
土星
30
25
木星
solar
0
10
エンベロープ中の重元素量（地球質量）
(Saumon & Guillot 2004)
系外から太陽系を見る
木星と土星の内部構造
•コアではなく，
エンベロープ中の
重元素を!
•積分量ではなく分布を!
…「木振」は魅力的
Pressure (102GPa)
状態方程式は？
水素のユゴニオ
ﾎﾟﾘｽﾁﾚﾝ
4
3
2
1
0
(Ozaki, …, Ikoma 2008, submitted)
(Millitzer et al. 2000)
高精度の状態方程式に向けて進行中
まとめ
■外から太陽系を見る時代
系外惑星から得た情報を太陽系にフィードバックし，
太陽系らしさの判別およびその起源の解明
■系外惑星を見た後の木星系への興味
•形成後期段階のプロセス
蒸発しつつある円盤内での形成
重元素の獲得と分配
•大気の循環
タイトル
サブタイトル
タイトル
サブタイトル
タイトル
サブタイトル
結論を記入
結論を記入
結論を記入
101
1
10
HD 149026b
10-1
8
0.1
1
6
軌道長半径（AU）
30
確率 (%)
10-2
0.01
radius (109cm)
惑星質量（M木星）
102
20
重元素質量＝30ME
45ME
60ME
75ME
10
観測値
4
2
0
1
2
3
age (Gyr)
4
5