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 ホットジュピターとは?

 ホット・ジュピター(Hot Jupiter) は、木星ほどの質量を持ちながら、主星の恒星から、わずか0.015au(224万km)から0.5au(7480万km)しか離れておらず、表面温度が非常に高温になっている太陽系外惑星の分類の一つである。恒星に極めて近く、強烈な恒星光を浴びるため表面温度は高温になっていると予想されている。「ホット・ジュピター」は直訳すれば「熱い木星」となるが、このような特徴に由来したものである。この種の系外惑星は1995年頃から続々と発見されつつある。

 主星に近く、質量が大きく、高速で公転しているため、惑星に重力による、主星のわずかな揺れを検出するドップラー分光法での発見が最も簡単なタイプである。最もよく知られているホット・ジュピターはペガスス座51番星bである。ペガスス座51番星は、太陽に似た恒星を、わずか4日間で公転しており、1995年に発見された。

 他にも、離心率の大きい彗星のような楕円軌道を描き、灼熱期と極寒期をめまぐるしく繰り返す巨大惑星エキセントリック・プラネットも発見されている。両者はこれまでに発見された太陽系外惑星のうち大半を占めているが、後者の方が圧倒的に多い。いずれも、我々の太陽系の惑星からは想像もつかない惑星である。

 ホット・ジュピターの中には、様々なものがあるが、いくつかは共通した性質を持っている。定義ともいえる特徴は、質量が大きく、短期間で公転している事である。質量は0.36-11.8MJで、公転周期は1.3-111日に渡る。また、主星に近いので、重水素がほとんど含まれておらず、質量が13.6MJ以上の褐色矮星になる事はない。

 ほとんどのホット・ジュピターは軌道離心率が小さい、すなわち軌道が真円に近い。主星からの摂動、あるいは潮汐力によって、軌道が真円になっていると考えられている。

 密度が異常に低い事が多い。これまでに知られている最も低密度の惑星はTrES-4の0.222g/cm3である。ホット・ジュピターの半径が、質量の割に大きい理由は完全に分かっていないが、主星に近いが故に、大量の熱を浴び、外側の大気層が内部から膨張しているためだと考えられている。

 今回、これまでのホット・ジュピターの温度がせいぜい3,000度ほどだったのに対し、表面温度が4,300度にもなるホットジュピターが発見された。

 熱い熱い惑星を発見 4,300度で史上最高

 宇宙の天体には、太陽のように自分で燃えて輝く「恒星」と、恒星からの光と熱を受ける地球のような「惑星」がある。私たちの太陽系では、地球の気温は平均すると15度くらい。太陽にもっとも近い惑星である水星でも、その表面温度は400~500度。ところが、地球から約650光年の距離に、4,300度にもなる惑星が見つかった。東京大学大学院理学系研究科の成田憲保(なりた のりお)助教らの国際研究グループが、このほど発表した。

 新たに見つかった惑星「KELT-9b」は、表面温度が約10,000度の恒星の周りを回っている。太陽の約6,000度より、はるかに高い。しかも、恒星からの距離が、地球と太陽の距離の30分の1ほどしかないため、これほどの高温になっている。

 宇宙には、おもに水素やヘリウムなどのガスでできている木星と同じタイプだが、温度がとても高い「ホット・ジュピター」という惑星が100個以上も見つかっている。中心にある恒星の温度が7,000度を超えるホット・ジュピターも、これまでに6個、確認されている。KELT-9bは、それに続く7個目になるが、これまでのホット・ジュピターの温度がせいぜい3,000度ほどだったのに対し、KELT-9bは4,300度で格段に高い。

 成田さんによると、ホット・ジュピターの大気は、3,000度くらいまでなら「分子」の状態で存在するが、4,300度もの高温になると分解してしまう。したがって、KELT-9bは、これまでに観測されたことのない奇妙な大気をまとった惑星のはずだ。この大気の詳細を解明していくことが、これからの課題だという。

 ホットジュピターの大気

 ホット・ジュピターはガス惑星であり、いわゆる大気で覆われている。恒星に極めて近い軌道を持つため、潮汐力によって自転と公転が同期し、地球の周りを回る月と同じように、常に同じ面を恒星に向ける。すると、一方の半球面が常に恒星光で熱せられ、温度差によって常に影の半球面に向かって摂氏数百度を超える強烈な熱風が吹いていると予想されている。

 そのため、ホット・ジュピターの外観は木星のような横縞模様ではなく、恒星の光が最も強く当たる点から影の面へ向かう気流により縦方向の縞模様が形成され、スイカの模様のようになっているとも推定されていた。しかしホットジュピターは、太陽系のガス惑星と比べると遅いとはいえ、公転周期と同じ周期で自転もしているため、きれいにスイカの模様状の大気の流れが生じるかは疑問視されている。

 惑星自体の色は、あまりの高温のために水蒸気のような揮発性の高い成分は存在せず、鉄のような固体成分が蒸発して透明なガス成分のみになっているため、深い青い色に見える可能性も指摘されている。これは本来透明な海水や大気が日光の散乱によって青く見えるのと同じ現象である。また、恒星から強力な宇宙線が大気に降り注いで衝突しているため、常にオーロラが見えているだろうとされている。

サイエンスポータル: 熱い熱い惑星を発見4300度で史上最高

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