1. 天文学概論（第1４回）
全体のまとめ
∼太陽系から宇宙論まで∼
東京工業大学 佐々木貴教

2. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

3. 宇宙の空間的拡がり
恒星（惑星系） 銀河群・銀河団
惑星 銀河 宇宙の大規模構造
サイズ小 サイズ大

4. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

5. 太陽系の構成メンバー
地球型惑星
水星
金星 巨大ガス惑星 巨大氷惑星
地球 木星 天王星
火星 土星 海王星

6. 各天体の軌道
短周期彗星の巣
隕石の母天体

7. さらに遠くまで広がる太陽系
天文単位（AU）
太陽から地球までの距離
（約1億5000万km）
「オールトの雲」
＝
長周期彗星の巣

8. 探査機「はやぶさ」の軌跡
2003年5月 打ち上げ
2005年夏∼
小惑星イトカワに到着
表面の観測
表面物質の資料採取
2010年6月 地球に帰還
2010年10月 資料中から微粒子を検出！
小惑星への到着＆帰還は工学実験探査機として快挙
小惑星の物質は太陽系の謎を解く鍵を与える！

9. 巨大天体衝突による月形成
原始地球に火星サイズの
原始惑星が衝突
飛び散った破片が地球の
周囲に円盤を形成
円盤中で月が誕生！

10. 生命を宿す可能性のある太陽系内天体
＝液体(水)が存在する天体
火星
エウロパ
（木星の衛星）
タイタン
（土星の衛星）

11. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

12. 星形成の流れ
星の材料：宇宙に漂うガス（星間分子雲）
（１）星間分子雲の収縮とコアの形成
星形成の
（２）原始星の形成と成長
３段階
（３）主系列星への進化
・星は1個だけで生まれることは少ない
・数10個∼数100個の星が同時に生まれること
が多い（星雲・星団）
・軽い星ほど多く生まれる

13. 様々な質量の星の一生
3
3

14. 惑星形成
原始惑星円盤内：塵 → 微惑星 → 原始惑星 → 惑星
巨大氷惑星形成
©Newton Press

15. 原始惑星系円盤
分子雲コアの収縮
!
重力と遠心力のつりあい
! 原始惑星系円盤が形成
原始星 T タウリ型星
分子雲コア 原始惑星系円盤

16. 微惑星の合体成長
数kmサイズの
微惑星が形成
↓
互いに衝突・合体
を繰り返し成長
暴走成長により
少数の微惑星が急成長
↓
火星サイズの
原始惑星が形成

17. ジャイアントインパクト
原始惑星同士の巨大天体衝突を繰り返し, 現在の惑星へ

18. 巨大ガス惑星の形成
原始惑星に円盤ガスが暴走的に流入 → ガス惑星へ

19. 巨大氷惑星の形成
円盤散逸後に原始惑星が形成 → ガスを纏えず氷惑星へ

20. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

21. 1995年 初めての系外惑星発見！
1995
51 Pegasi b
46
発見者：
M. Mayor & D. Queloz

22. 太陽系外惑星が続々と見つかる
2012年1月17日現在
発見数700個を超える！
太陽系とは全く姿の異なる
異形の惑星たち！

23. 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）

24. 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 ＆ 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

25. 理論的に予想される惑星の多様性
巨大ガス惑星
Hot Jupiter
惑星の質量 [ME]
巨大氷惑星
地球型惑星
軌道長半径 [AU]

26. 様々な Habitable Planet
g

27. 宇宙は地球であふれてる！？
理論計算
観測
地球型惑星が大量に存在していることを示唆
恒星の 23% が 0.5∼2.0 M地球 の惑星を持つ！？

28. ケプラー宇宙望遠鏡
2009年3月に打ち上げ
トランジット観測により主に系外地球型惑星を探索

29. 「第二の地球」の発見へ向けて
・巨大ガス惑星の発見（1995年）
・惑星大気の観測（2002年）
・惑星赤外線輻射（惑星の温度）の検出（2005年）
・Super-Earth系の発見（2007年）
・惑星の直接撮像（2008年）
・地球型惑星・Habitable Planet の発見（2010年）
・系外惑星リング・衛星の発見
・地球型惑星の直接検出（測光＆分光）
・地球型惑星の大気成分・バイオマーカーの同定
・地球外生命の発見！

30. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

31. • 天の川の正体
• 銀河系（天の川銀河）
星の集まり
• 銀河（天の川銀河）
太陽系が所属する銀河：約1000億個の星々からなる
棒状渦巻銀河・中心には巨大ブラックホール
前回の復習
• 天の川の正体
• 星の集まり
• 銀河（天の川銀河）
銀河中心
25000光年
銀河中心
太陽系 25000光年
太陽系

32. 1. 様々な波長でみた天の川銀河
様々な波長で見た天の川
様々な波長でみた天の川
電波
赤外線
近赤外線
可視光線
X線・γ線

33. 天の川銀河の模式図
天の川銀河の模式図
大質量ブラックホール（太陽質量の100万倍以上）
銀河バルジ（星）
円盤（星＋星間ガス）
星は1011個程度
ダークハロー（ダークマター）
ダークハローの質量は1011個程度

34. 前回の復習
銀河の種類：ハッブルの分類
• 銀河の種類（ハッブルの分類）
渦巻き銀河
楕円銀河
棒渦巻き銀河

35. 銀河衝突と爆発的星形成
銀河衝突と爆発的星形成
２つの銀河が相互作用して，爆発的な星形成(スターバースト)と星
団形成が誘発される．最終的には楕円銀河のような銀河が残る．
映像：国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U)
http://4d2u.nao.ac.jp/

36. 大質量ブラックホールの合体
大質量ブラックホール合体シナリオ
大質量ブラックホール
銀河
銀河合体
重力波放出
大質量ブラックホール合体
大質量ブラックホールが
銀河中心に落ちて行く

37. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

38. ることがわかっている。
ビッグバン宇宙論
は宇宙初期の物質分布にもわずかな揺らぎが存在し
宇宙はビッグバンから始まり、その残光が宇宙マイ
を意味している
WMAP
クロ波背景放射（CMB）である
僅かな揺らぎを核として、長い時間をかけて重力で
宇宙の大規模構造：初期の微少な揺らぎにより形成
COBE CMB
、現在観測されるような構造ができた
最新の観測はダークマターの存在を予言している
WMAP CMB
( )20
WMAP

39. 現在の宇宙像
NASA/WMAP

40. 新の宇宙モデル
最新の宇宙モデル
るもの
物質 ) 23%
© WMAP
寄与 ・バリオン 4.6%：原子など目に見えるもの
・ダークマター 23%：重力のみはたらく
・ダークエネルギー 72％：宇宙膨張に寄与
%

41. 冷たい暗黒物質に支配された宇宙の構造形成
構造形成シミュレーション
宇宙初期に存在した小さな空間スケールの密度ムラが，重力により大きな構造へと合
体成長する(階層的合体成長)．
冷たい暗黒物質に支配された
宇宙の大規模構造形成
冷たい暗黒物質に支配された宇宙の構造形成
冷たい暗黒物質に支配された宇宙の銀河形成
宇宙初期に存在した小さな空間スケールの密度ムラが，重力により大きな構造へと合
体成長する(階層的合体成長)．
冷たい暗黒物質に支配された宇宙の銀河形成
映像：国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U)
http://4d2u.nao.ac.jp/
矢作日出樹(京都大学; N体シミュレーション)
長島雅裕（長崎大学; 銀河モデル） 宇宙の銀河形成
映像：国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U)
http://4d2u.nao.ac.jp/
映像：国立天文台4次元デジタル宇宙プロジェクト(4D2U)
http://4d2u.nao.ac.jp/

42. 初代星 (Pop III)
初代星形成
© Hosokawa et al. 2011

43. 階層的構造形成

44. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

46. 宇宙図の見方
① 宇宙を見ることは、昔を見ること
遠方の天体ほど過去の姿
② 見える宇宙と見えない宇宙がある
宇宙図のしずく型の部分が見えている宇宙
③ 宇宙では、遠くの「距離」は要注意
光が到達するまでに宇宙は膨張する
④ 宇宙は「科学の眼」で見えてくる
宇宙を理解するには科学的思考が不可欠

47. 一般相対論的宇宙モデル
アインシュタイン方程式
1
Rµ Rgµ + gµ = 8 GTµ
2
時空の歪み 宇宙項 物質の分布
主要な宇宙論パラメータ
宇宙の時空間
ハッブル定数 密度パラメータ （年齢や曲率）
減速係数 曲率係数 宇宙項 についての情報

48. 距離の梯子
年周視差
H-R図
セファイド型変光星
超新星
T-F関係・F-J関係
順番に遠い距離まで
物差しを伸ばす

49. Ia型超新星
距離の梯子として非常に便利な天体
(1) とても明るい！
→ 遠くにあっても見える
(2) どれもそっくり！
→ 明るさから距離がわかる
(3) 今も昔も一緒！
→ 遠く（昔）の距離も測れる
(4) 性質がわかっている！
非常にレアな現象
→ 安心して利用できる
1個/銀河/100年

50. 2011年度ノーベル物理学賞
2011
遠方超新星を用いた加速膨張宇宙の発見

51. 本講義で扱ったテーマ
❖ 太陽系（佐々木）
❖ 星惑星形成（佐々木）
❖ 系外惑星（佐々木）
❖ 銀河系・近傍銀河（松井）
❖ 初期宇宙と構造形成（石山）
❖ 宇宙論・超新星（高梨）

52. われわれはどこから来たのか
われわれは何者か
われわれはどこへ行くのか
-Paul Gauguin