系外惑星の観測
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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 〜 PowerPoint PPT Presentation


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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 4 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/. 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。

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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 〜

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Presentation Transcript


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 4

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/


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

非常に

高い感度

画素階調

ダイナミック

レンジ

画像の

シャープさ

解像度

直接法

間接法

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・・・。

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


SPICA口径3.5 m、5〜200μm(2015?年打ち上げ目標)

Herschel

口径3.5 m、50〜1000μm

(2012?年打ち上げ予定)

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)


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・・・

地上30mクラス

or宇宙10mクラス望遠鏡

  • 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。


観測地と時間

earthshine

earthshine

夕方

明け方

Japan

Japan

大陸の反射光が支配的

大西洋の反射光が支配的

日本列島は最適な位置 !

植物


地球照のモデルスペクトル

N.J. Woolf and P.S. Smith, The spectrum of earthshine:A Pale Blue Dot Observed from the Ground, Hervard-Smithsonian Center for Astrophysics, p10


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

  • 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

Grism

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

Feb. 2003

March. 2003

新月前

新月後

July. 2003

April. 2003

May. 2003

June. 2003

Aug. 2003

Sept. 2003

好条件


分光器の改良

After

Before


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


スカイフレームの位置

Fmoon

FOV

Fmoon

FOV

Fsky

slit

slit

Fearthshine

Fearthshine

Fsky

After

Before


2003年4月6日の地球照スペクトル


2003年6月5日の地球照スペクトル


2003/4/5

2003/6/5


植物の反射(散乱)スペクトル

Water absorption

ベンジャミン

ポトス

ハイビスカス

Chlorophyll absorption

Red Edge

バラ


植物の反射(散乱)スペクトル


Detect! or not?


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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