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一つの惑星としての地球像

一つの惑星としての地球像. 1960 年代以前の惑星科学 惑星探査の時代 惑星としての地球 惑星形成論の展開 惑星初期進化 系外惑星. 1960 年代以前の 惑星科学. 天文学の一部としての惑星科学. 望遠鏡による発見. 天王星 1781 年 3 月 13 日　 W. Harshell 海王星 1846 年 9 月 23 日　 J. G. Galle 小惑星セレス： 1800 年 12 月 31 日 G. Piazzi 発見 1801 年 12 月 31 日 F. X. von Zach 再発見

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一つの惑星としての地球像

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Presentation Transcript

  1. 一つの惑星としての地球像 1960年代以前の惑星科学 惑星探査の時代 惑星としての地球 惑星形成論の展開 惑星初期進化 系外惑星

  2. 1960年代以前の惑星科学 天文学の一部としての惑星科学

  3. 望遠鏡による発見 • 天王星 1781年3月13日　W. Harshell • 海王星 1846年9月23日　J. G. Galle • 小惑星セレス： • 1800年12月31日 G. Piazzi 発見 • 1801年12月31日 F. X. von Zach 再発見 • 1802年3月28日 H. W. M. Olbers パラス発見 • 冥王星 1930年1月23日29日　C. W. Tombough • 1992年　D. Jewitt & J. Liu 1992QB1 発見

  4. 冥王星問題：惑星の定義 • A planet is a celestial body • is in orbit around the Sun, • has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, and • has cleared the neighborhood around its orbit. • The International Astronomical Union • 2006.Aug.24 in Plag

  5. (2) A dwarf planet is a celestial body that • (a) is in orbit around the Sun, • (b) has sufficient mass for its self-gravity to overcome rigid body forces so that it assumes a hydrostatic equilibrium (nearly round) shape, • (c) has not cleared the neighborhood around its orbit, and • (d) is not a satellite. • (3) All other objects orbiting the Sun shall be referred to collectively as “Small Solar System Bodies”.

  6. 1930年代以降の低迷 • 1920年代に書かれた教科書は1960年頃でも通用した • 1960年頃 • 金星には海があり、 • 火星には植物が生え、 • クレーターは火山である • というのが常識的な考えであった • 地上からの眼視観測でできることの限界

  7. 2.1960年代からの惑星科学 惑星探査の時代

  8. 冷戦と惑星科学 • 米ソの冷戦構造→宇宙での覇権争いの一環 • 特に1960年代の米国では月に人類を送り込むために非常に多くの資源が投入された • ほぼ毎月のロケット打ち上げが行われて、急速な技術開発が行われた

  9. 1989年までの約30年間に冥王星を除く全ての惑星には一度は探査機が訪れた1989年までの約30年間に冥王星を除く全ての惑星には一度は探査機が訪れた →　太陽系惑星の概要はほぼ探査された

  10. 地上観測の有用性 • 可視光以外の波長の利用 • 大気圏外からの観測 • ・金星の地表温度＝レーダー • ・木星磁気圏＝レーダー • ・金星・水星の自転周期＝レーダー • ・天王星の輪＝航空機からの観測

  11. 探査機による観測 • 惑星探査技術 • 地球観測技術 • 　重力場・地形 • 　電磁気 • 　表面の写真・分光観測 • 惑星本体の研究 • 地球物理学的な手法による研究 • →地球物理学の対象の拡大 • しかし単なる拡大以上の意味

  12. 惑星探査の意義 • 唯一の地球 • 「偶然の産物であって、通常の意味での科学の対象ではない」 • →　地球を丸ごと対象とする科学が育ち得ない • 　　気象現象、地震など、部分的に繰り返す現象の科学 • 　　あるいは工学的な興味 • 惑星の一つとして地球をとらえる • 地球を相対化できる • →地球を丸ごと科学の対象にできる

  13. 3.　比較惑星学 惑星としての地球

  14. C. Sagan • 1963年‘planets are places’一連の講演会 • 地球を惑星の一つと考え、惑星を比較する視点 • 地球の相対化 • 　＝惑星としての地球の特殊性の認識

  15. 地球型惑星

  16. 木星型惑星

  17. 天体衝突現象の認識 • 火成作用や水成作用は認識されていた • しかし、一般的な現象としての天体衝突は認識されていなかった • 全ての固体表面に衝突痕＝Crater • ＝普遍的な現象としての衝突の認識 • 　１９７０年代に確立

  18. Craterの成因論争 • 1970年頃まで：月の crater が火山か隕石孔か論争があった • crater が円形であること • crater が壁を共有して並ぶ場合がある • →　衝突ではない？

  19. クレーター分布

  20. 地球型惑星の表面 小さいほどクレーターが多い 大きいほど火山性平原が増える 火山体は火星以上 褶曲山脈は金星以上

  21. 衝突現象の普遍性 • 全ての固体表面に衝突痕＝Crater • ＝普遍的な現象としての衝突の認識 • 　１９７０年代に確立 白亜期末の大絶滅を天体衝突に結びつける考え：１９８０年 →地質現象の原因を地球外に求める

  22. 天体衝突現象 • 単に crater を作るだけの過程ではない • ＊　惑星形成論における微惑星説 • ＊　大気の形成 • ＊　大気の吹き飛ばし • ＊　気候への影響　放出物 • ＊　岩石の融解とコアの形成 • ＊　月の形成 • 頻度は高くないが、必ず起こる • しかも、非常に大きなエネルギーが解放される • ＊　瞬間的には地球の中心の圧力以上に達する • 衝突現象の理解はまだ不十分

  23. 惑星大気：組成Planetary Atmospheres: Composition

  24. 惑星大気：組成Planetary Atmospheres: Composition Terrestrial planets CO2 Icy satellites N2 Jovian planets H2+He 太陽組成の気体の捕獲 Captured solar gas 地球について海と石灰岩を考慮する Ocean & carbonates are taken into account for the Earth

  25. 地球の特徴 • 海洋があること • 大陸があること • プレートテクトニクス • 生命がいること

  26. 惑星形成論・進化論

  27. 太陽系の構造 基本的には平面内 外側に行くほど軌道間隔が広がる 質量99.8%は太陽 角運動量99.5% は惑星

  28. 太陽系の元素組成 太陽と惑星は同じものからできている

  29. 星間分子雲 低温 水素＋塵

  30. 円盤になる理由

  31. 固体成分の沈降

  32. 沈降の理由

  33. 固体成分の沈降

  34. 微惑星形成 微惑星（〜1015kg）

  35. 微惑星からの惑星形成 • 1969Safronov • 1972Goldreich & Ward • 1972　林 • 重力不安定による微惑星の形成 • （＋　小天体衝突の普遍性） • ＝＞　微惑星の衝突合体による惑星形成 • 惑星集積

  36. 微惑星の集積

  37. 微惑星の集積 N 体計算の発達　1990年代 Kokubo & Ida, 1997

  38. 火星（6x1023kg=地球の1/10）位 • 100万年くらい • 太陽系には太陽組成＝水素とヘリウム主体の気体が充満 原始惑星形成

  39. 外側の原始惑星は成長を続ける 内側は停止

  40. 木星土星はガス捕獲

  41. 円盤ガス散逸 天王星海王星はガス捕獲できない 地球型惑星領域では原始惑星の衝突成長

  42. 円盤ガス散逸 天王星海王星はガス捕獲できない 地球型惑星領域では原始惑星の衝突成長

  43. 円盤ガス散逸 天王星海王星はガス捕獲できない 地球型惑星領域では原始惑星の衝突成長

  44. 円盤ガス散逸 天王星海王星はガス捕獲できない 地球型惑星領域では原始惑星の衝突成長

  45. 未解決問題 • 大枠はできたが、分からないことは多い • 原始惑星系円盤の形成 • 微惑星の形成 • 天王星・海王星の形成時間 • 地球型惑星の材料物質

  46. 系外惑星

  47. 他の太陽系における惑星の発見1995年(51 Peg) • 予想外の惑星： • 中心星の周りを４日で公転する木星 • 太陽系のような惑星系は普通ではない？ • →　宇宙的スケールでの地球の特殊性・普遍性 • 　　生物が生存可能な惑星の条件

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