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NetScience Interview Mail 1999/07/29 Vol.063 |
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◆Person of This Week： |
【井田茂（いだ・しげる）＠東京工業大学 理工学研究科 地球惑星科学専攻 助教授】
研究：惑星系形成理論
著書：岩波講座 地球惑星科学12『比較惑星学』共著ほか
研究室ホームページ：http://www.geo.titech.ac.jp/nakazawalab/ida/ida.html
○惑星系形成理論の研究者、井田茂氏にお伺いします。現在、観測・理論両面で大きく進歩を遂げつつある惑星系の科学の現在をお楽しみ下さい。
６回連続予定。（編集部）
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[04: 太陽系はユニークか？ 〜惑星系の軌道不安定] |
■ええ。惑星系ができたときに最後にどうなるか、というのは、細かいところまで理論化されていないんですけども、系の安定性っていうのは、できあがった惑星の配置とか質量とかに、ものすごく敏感なんですね。それは最近シミュレーションで分かってきたんですが。いつブッ壊れるかというのも、ちょっと値を動かしてやると、すぐ一桁二桁、安定な期間が伸びちゃうんです。
たとえば一千万年安定だった奴をちょっといじると１００億年安定だ、というふうになってしまうんです。
○そんなに微妙なんですか。いままではどんなふうに考えられていたんでしょうか。
■よくわからないっていうのが正直なところだったと思いますが、こんなに微妙なものだとは想像してなかったと思います。なんとなく、でき上がった惑星系っていうのはずっと安定に存在し続けると思っていたのかな。しかし、その常識は破れつつあります。コンピュータシミュレーションやってみるとそうじゃなくて、安定だと思っていたモノがバンと壊れてしまうということは良くあると。そっちのほうが一般的なんだな、とだんだん分かってきたところです。
○先生方のお出しになったシミュレーションだと、木星型惑星の質量を仮想的に全て木星質量の２倍にしてやると、しばらくは安定なんだけど６００万年後くらいにいきなり離心率が増え始めて軌道が無茶苦茶になる、というのがありましたよね。あれはすごく衝撃的だったんですけど。でもそういうことが、惑星系ができていく過程ではしょっちゅうあるかもしれないということなんですね？
■ええ、あると思います。実際、木星みたいな惑星が非常にひしゃげた軌道を描いて公転しているものとかがいっぱい見つかっているんですけども、そういうのは最初は円軌道でできたんだけども、壊れちゃったのが楕円軌道で残っているんだ、という説もかなり有力だと思います。
○でも、いま見つかっている奴というのはすごく特殊な奴かもしれないんでしょう？
いまはそういう大型惑星しか見つかってないわけですし。
■ええ、そりゃそうです。選択的に見つかっているんで。いま惑星系を見つけるのに使われているドップラーシフト法だと、中心に近いところに大きい奴があるほど見つかりやすい、というバイアスがかかってるんで。
ただそれにしても、非常にひしゃげた軌道をしている奴っていうのが、サーベイした星の５％くらいに見つかっているんですね。太陽のすぐそばをぐるぐる回っているような奴も、５％くらい見つかっているんです。そうすると、５％＋５％の残り９０％は太陽系みたいな整然とした惑星系かもしれませんが──それはまだ見つかってないので分かりませんが、少なくとも全体の１０％が変な惑星系なんですよね。
○そういうことになりますね。
■ということは、つまり全体の一割もそんなものがあるということは、無視できない。偶然そうなったとは言えない。一つの選択肢として考えないといけないわけです。
○ガス円盤の質量も、観測されているものは二桁くらい違いがありますよね。大きいモノと小さいものとで。
■そうですね。
○その初期条件は、その後の惑星系の形成に大きく影響するんでしょう？
■ええ、僕はそう思ってます。
○そう思ってない人もいるんですか？
■ええ、まだいろんな人が色んなこと言っている段階なんで。他の人がどんなこと言っているかあまり知りませんが、僕は、初期質量の違いが決めるしかないと思ってるんですけどね。それにそう思っていてもまだ何の確証もないので、論文にもしてませんし（笑）。
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[05: 原始星形成時、どうやって角運動量を逃がすか] |
○ガス円盤の話が出たので伺いたいんですが、星ができるときにはガスが収縮していくわけですよね。で、それがもともと回転しているので、やがて円盤状になっていくと。落下するガスの角運動量が増してくると遠心力と重力とが釣り合うところでケプラー回転を始める。それが原始惑星系円盤だということですね。
■そうです。
○そのときに、落下してくるガスの角運動量が保存されているとガスが星にまで落ちないので、その角運動量を逃がすのが大問題だと伺っています。何とかして角運動量を逃がさないと星が成長できないと。一つのアイデアとして「双極分子流」という星から吹き出すジェットが角運動量を逃がしているのではないかと先生のご本の中にも書かれていますが、その後、この話はどんなふうに展開したんですか。
■双極分子流というのは原始星とともに回転する磁場によって駆動されているんじゃないかと考えられているんですが、磁場を通じて角運動量を外に運ぶ、っていうのはみんな思っていて、それが唯一可能なプロセスかなと。それに沿った形でシミュレーションもされていますけど、理解はあまり大きくは進歩してないと思います。
でもまだよくわかっていません。つまり、問題はまだ解決していないんです。
○双極分子流だけで大丈夫、というわけではないんですか？
■双極分子流のメカニズムがまだきちんと解明されていないですからね。
○じゃあまだまだ問題点があるんですね。
■というか分からないんですよ。惑星形成論というのが始まったのが最近のことなんで。ある種の骨組みができたのが７０年代、８０年代というところなんで（笑）。分からないことが多いんです。
○その頃はどういうモデルだったんですか。
■骨組みは同じです。やっぱりガスの円盤ができて、その中で、最初に固体の惑星ができる。そこに周りのガスが張り付いて、木星型惑星ができる、と。
○よく理科の教科書に出ているマンガですね。
■ええ。それができあがったのが７０年代、８０年代です。
○でもあれほど簡単にできるわけじゃないんでしょ。
■ええ、そうですね。そういう風に作ってみるとさっきもいったことですが、天王星や海王星が太陽系年齢ではできないとか、木星型惑星の場合、まず芯ができて周りにガスが張り付くんですが、できたときにはもうガスがなくなってないとおかしいとか（ガス円盤の存在時間は１０００万年程度と考えられている）、様々な問題はいっぱいあります。
でも、大きな枠組みが否定されるということはないですね。どっちかというと観測的にはサポートされてきてます。モデルを考えたときには観測結果というのはなかったんですが、８０年代、９０年代になって観測が進んでくると、モデルで想定していたようなガス円盤が実際にあるということが分かってきたんですね。なおかつ想像していたような重さ、大きさだった。だから出発点、初期条件はサポートされてきているんです。
○問題は、そのあとの過程が分からないということですか。
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[06: 系外惑星の奇妙さのインパクト] |
○95年、96年からの最近の観測で、ああいう変な惑星系が見つかったときの理論の人の印象というのはどうだったんですか。本来だったら、綺麗な円軌道を描いている奴が見つかってもいい、とお考えだったんじゃないかと思うんですが。
■ええ、そう思ってました。理論家の人はまずみんなそう思ってて、ああいう発表がボンボン出てきたときはまず「そんな馬鹿な」って感じでしたね。「それは観測の誤差じゃないの」とか「そんなこと言ってるけど別のもんじゃない？」っていうのは当然の反応でした。いっぱい出ましたね。こういうのを見間違えて惑星と言ってるんじゃないかとか、褐色わい星じゃないのかとか、そういう反応はいっぱい出たんですけども、全部否定されていっちゃって、いまはもう惑星と考えざるを得ない認識になってるんですね。
そうなってくるともう、自分たちが持っている知識でどうやって説明するか、ということに考えが移ってきますね。最初はただびっくり、でした。
○「びっくり」っていうのはどういう感じだったんでしょう？
■最初のぺガスス座５１番星の惑星発見のとき、追試はアメリカのリック天文台が成功して、初の追試成功した惑星候補天体になったわけですが、僕はそのときちょうど、リック天文台に滞在していました。
この報告はいきなりプレスリリースされて、当の研究者以外リック天文台の内部の研究者も全く寝耳に水という感じで、大騒ぎになりました。はじめて追試成功したのだし、発表した研究者は非常に高い観測技能をもった信頼できる人だということを皆よく知っていたので、「これは本当かもしれない」ということになったのです。
○へー…。
■理論系のある教授は、リック天文台の観測所からおりてくる追試成功者を待ち伏せして、詳しい情報収集をしたりしてました。そして情報収集をするな否や猛然とその変な惑星の起源に関する説の論文を書き上げ、「ネーチャー」誌に投稿したのですが、はじめは「そんな変な天体が惑星のわけがない」と「ネーチャー」誌に拒否されました。だんだん傍証があがってくると、「ネーチャー」誌も態度を急展開させ、「新惑星発見！」の解説記事を載せたりしはじめ、その教授の論文も急遽受理しました。こんな感じで、科学者たちはてんやわんやといった感じでした。
○ふーむ、そりゃーいろいろな意味で凄い話ですね、また。
■ええ。まあみんなびっくりだったんですよ。
でもそれが確実になってくると、じゃあということで自分たちが持っている知識を点検していかなければいけない。そうすると、あれ待てよ、というところがあるんですね。本当に太陽系みたいに綺麗に惑星が並んでできないといけないのかというと、今までの我々は太陽系しか知らなかったんで、太陽系を説明できるように理論を組み立てていったところがあるんですね。
○と、仰いますと？
■太陽系のどの部分が普遍的な性質か分からなかったんですよ、今までは。太陽系形成論の標準モデルは太陽に似た恒星の周りには太陽系に似た惑星系ができるだろうと考えられていたところがあるんですが、それは本当にそうなのかどうかは分からないわけです。
実はあるプロセスから次の段階に移るときに、Aへ行く可能性もあればBへ行く可能性もあるのに、Bは捨ててたりするんですね。Aへ行くのかBへ行くのか今の知識ではよく分からないところがあるんだけれども、太陽系がいまこうあるんだから、たぶんAへ行ったんだろうという形で、枝分かれする道を恣意的に選んでる部分が、自己点検すると出てくる。
そうなると今となってはBへ行ったらどういうことになるんだろうかという風に考え出すと、うん、いろんな惑星系ができてもおかしくはないのかな、という気がみんなだんだんしてきているんです。
○なるほど。
■ただ枝分かれする道は、ガス円盤ができて固体惑星ができて、という惑星形成ステージの前半では見つからないんですね。かなりもう惑星系ができあがったあとで、こっちへ行くかあっちへ行くか、という選択肢があり得る、とだんだん分かってきたわけです。
○ふむふむ。惑星系の進化にもバラエティがありうるというわけですか。
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[07: 小天体の運動から、どこまでが必然でどこからが偶然か探る] |
○先生は小惑星やカイパーベルト天体の研究もなさっていらっしゃるんですよね。どんなご研究なんでしょうか？
■そういう小天体の何が良いかというと、数がいっぱいあるということなんですね。小惑星はもう一万個くらい見つかってますし、カイパーベルト天体ももう１００数十個見つかっています。数がたくさんあると何がいいかというと、統計的な意味を考えられるんです。たとえばいま、地球型惑星は水星、金星、地球、火星とありますが、いまの位置関係がどのくらい必然性があるものなのかということが、分からないんですね。
○そうなんですか？
■ええ、どこまでが偶然で、どこまでが必然なのかが分からないんですよ。でも小惑星みたいに一万個も数があると、こういう軌道の確率がこのくらい、こういう軌道の確率がこのくらい、ということが一目瞭然なわけです。この辺に固まっているとか、ここにはギャップがあるとか。一万個もあったら、たまたまギャップが開いているなんてことは考えられないですからね。意味があると考えざるを得ない。
なおかつ、小惑星やカイパーベルトっていうのは太陽系ができたときの情報を残しているはずなんです。その後あまり変化していない、というのが分かっているので。統計的に意味があって、こういう軌道の集まりができたりとか。そうすると、なんでそういう軌道の集まりができたのかと考えることによって、太陽系ができてくる最後の情報が引っぱり出せるんじゃないかと、そういうモチベーションで僕はずっとやっ
てます。だからある種の「化石」みたいなもんだと。
○どういうことが分かったんでしょうか？
■たとえばびっくり仰天するようなことなんですが、カイパーベルトの軌道を見るとやっぱり変なところに集まっているんですが、なぜそんなところに集まったのかということは最近ずいぶん計算されて分かってきたんです。太陽系の一番外の惑星は海王星ですね。海王星っていうのは、今くらいの大きさになったあとで、かなり長い距離を動かなくちゃいけないということになったんです。
○外に動いた？ どうしてですか？
■いやそれが難しいんですけど（笑）、とにかく状況証拠として動いた、と。いま30AUのところにあるんですけど、少なくともいまのカイパーベルト天体の軌道を説明しようと思ったら、海王星が23AUってところから動かなくちゃいけないんです。海王星が動いたことによる重力の影響を考えないと、現在のカイパーベルトの軌道を説明できないんです。海王星が外に動くときにある種の共鳴関係になるような場所があって、そこでは非常に重力が強いんですよ。つまりほうきで掃くような感じで、海王星がずーっと動くと、ちょっと離れた場所にかき集めていくことができるんですね。
で、海王星が止まった場所からちょっと離れたところに、天体がものすごく集められているんです。そしてその内側にはほとんどない。だからきれいに掃き集められちゃってるんです。なおかつ掃き集められているときには天体の軌道がどういう風に歪んでいくべきかということは分かっているんですが、そのゆがみをぴったり説明することができるんです。
で、他の方法でそれだけ掃き集めようと思っても、いろんなことをみんなが考えたんですが、どれもうまくいかなくて、唯一合理的に説明できるのが、海王星が外へガーッと動く、というものだったんです。
なぜそういうふうに動いたのかということに関してはまだ議論している最中なんですけど。
○ふむ。
■だから理論的必然から外へ動いた、というわけではなくて、カイパーベルト天体の軌道の構造を調べると、そういうことがあったと考えざるを得ない、ということなんです。
○先生はどんな風にお考えなんですか？
■そうですね、まあいろんな可能性があると思うんですが…。一番よく言われているのが、木星型惑星──天王星、海王星、みたいな奴は間にある小天体を吹っ飛ばして拡散させていくんですよ。お互いがこっちの天体をあっちや押しやったりこっちへ押しやったりして、ある種の拡散みたいな形になるんです。
○拡散…。
■拡散になると、木星は一番大きいんで、あんまり動かない。内側にちょっとだけ動いたと。土星も、まあ真ん中あたりにあるんで、あんまり動かない。天王星は割と軽いんで結構外へ動いたと。そして海王星ももっと外へ押しやられてしまったと。そういう、ある種の拡散みたいなもので説明できるんじゃないかな、というアイデアはあります。
○どうしてそういうことが起こるんですか？
■重力が支配している系、これは銀河系みたいなものとか球状星団みたいなものでも同じなんですけど、そういうところでエネルギーをやりとりしたりしてある種の最終状態に行き着くんです。で、行き着く先は拡散だというのが分かっていて。ガス円盤でもそうなんですけど、やっぱり「拡散」しているんですね。エネルギーのやりとりをした結果、内側にあるものはより内側に動き、外にあるものは外へ動くと。で、広がっていって、エントロピーが増大して、消えていくと。そういうのが多分、重力が支配している統計力学の示すものだと思うんです。まあ要するに、秩序があるものがだんだんぼやけていって、消えていってしまうと。そういう風に考えると、数が少ない木星、土星、海王星、天王星でも同じことが言えて、お互いにエネルギーをやりとりできれば、できたところからふっと広がっていくということは可能であろうと。
○角運動量をやりとりしていく、ということですよね？ どういう形でエネルギーのやりとりが行われていくのか教えて頂けますか。
■はい。天体というのは基本的に重力を介するしかないわけです。こういえば良いですかね。
太陽の周りを回っている天体は、ケプラーの三法則どおりで、内側ほど早く回る。内側のほうが早く回っているとですね、重力による相互作用があるとすると、外側のよりゆっくり回っている天体を、振り回すような形になるわけですね。振り回すということは、内側の奴が外を回すわけですから、外は加速しなくちゃいけない。内側はその反作用で減速しないといけない。外の奴が加速されるということは、角運動量をより多く持つということだから、外へいかないといけない。で、内側の奴は内側へいかないといけない。
○ははあ、なるほど。
■で、その外に天体があったとすると、同じことが起こるわけです。内側の奴が外の奴を振り回す。そして角運動量を外の奴に渡して、外側へ押しやる。自分は落ちてしまう。そういうことを順繰りにやっていくとほとんどの湯奴は内側へ落ちていって、最後に溜まり溜まった奴が外の奴に渡されて、結果としては広がってしまうと。
○しなりをある程度持った伸縮する釣り竿に適当に印をつけて振り回して、その勢いでのばしてやるようなものですか。
■ああ、ほとんど似たようなものです。重力が支配しているシステムならどこでも同じです。基本的にそういうことが起きてます。
○地球-月系でもそういうことが起こった…。
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[08: 月と地球 地球生命にとっての月の意味] |
○では月の話をお伺いしたいと思います。
○次号へ続く…。
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[◆Information Board：イベント、URL、etc.] |
■イベント：
◇静岡県立大学環境科学研究所 一般公開 8/21（土）10：00-16：00
http://133.33.73.63/environ/OPEN/openinst99_2.html
◇恐竜ナイトツアー１ 7/28〜7/29 岐阜県博物館
http://www.museum.pref.gifu.jp/gifu1map/guid_evt/kouza/night_k.htm
■URL：
◇くすりと副作用（萬有製薬）
http://www.banyu.co.jp/health/fukusayou/index.html
◇月探査機ルナ・プロスペクター、最後のミッション
http://www.ae.utexas.edu/~cfpl/lunar/
◇Women's Achievements in Aviation and Space （NASA）
http://www.hq.nasa.gov/office/pao/women_gallery/sitemap.htm
＊ここは、科学に関連するイベントの一行告知、URL紹介など、
皆様からお寄せいただいた情報を掲示する欄です。情報をお待ちしております。
基本的には一行告知ですが、情報が少ないときにはこういう形で掲示していきます。
なおこの欄は無料です。
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発行人：田崎利雄【科学技術ソフトウェアデータベース・ネットサイエンス事業部】 編集人：森山和道【フリーライター】 |
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