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高校1~高校2年生 (15-17歳)

地学基礎 系外惑星と銀河 わかりやすく

Exoplanets & Galaxies

銀河は数千億個の恒星とガスやちりが重力でまとまった巨大な集団で、太陽も天の川銀河に属する恒星の一つです。 ハッブルは銀河を形によって楕円銀河、渦巻銀河、棒渦巻銀河、不規則銀河に分けました。形がちがうと、星間物質の量や恒星の年齢もいっしょに変わります。 ほかの恒星をまわる系外惑星は暗すぎて直接見るのが難しいので、惑星のせいで恒星がゆれたり、星の光が少し暗くなったりする現象を測って見つけます。 図で銀河の種類を切りかえると、四つの銀河の形とともに、年老いた星、若い星、星が生まれる領域がどこに多いかを見ることができます。

星の都市、銀河

🌌 銀河とは何か
①銀河は、数千億個の恒星と星間物質（ガス、ちり）が重力でまとまって、いっしょに運動する集団である
②太陽は天の川銀河に属する約 2000 億個の恒星の一つで、晴れた夜空に見える天の川は、天の川銀河の円盤を内側から見た姿である
③観測できる宇宙には、数千億をこえる銀河がある
④銀河と銀河のあいだはほとんど何もなく、もっとも近い大きな銀河であるアンドロメダ銀河でも約 250 万光年はなれている

銀河の種類（ハッブルの分類）

棒渦巻銀河（SB）
💡 種類ごとのちがい
①楕円銀河（E）：球やラグビーボールのような形で、星間物質がほとんどなく新しい星があまり生まれないため、年老いた赤い星が大部分である
②渦巻銀河（S）：年老いた星が集まった中心のバルジを渦巻腕がとりまき、渦巻腕には星間物質と若く青い星が多い
③棒渦巻銀河（SB）：中心をつらぬく棒状の構造の両端から渦巻腕がのびる。天の川銀河はこの種類である
④不規則銀河（Irr）：決まった形がなく、星間物質が多いので星がさかんに生まれる。大マゼラン雲が代表的である
⑤ハッブルの分類は形による分け方で、楕円銀河が渦巻銀河に進化する順序を表すものではない

天の川銀河

天の川銀河の大きさと太陽の位置
円盤の直径 約 10 万光年・太陽は中心から約 2 万 6 千光年
棒渦巻銀河で、恒星は約 2000 億個、中心には太陽の約 400 万倍の質量をもつ超大質量ブラックホールがある

天の川銀河の構造

天の川銀河をつくる部分

系外惑星の探し方

系外惑星の探査

おもな探査方法
方法原理特徴
視線速度法（ドップラー法）惑星に引かれて恒星が小さくゆれると、星の光の吸収線が青方偏移と赤方偏移をくり返す質量が大きく恒星に近い惑星ほど見つけやすく、惑星の質量がわかる
トランジット法惑星が恒星の前を通るとき、恒星の明るさが周期的に少し下がる暗くなった割合から惑星の大きさがわかるが、公転面が視線の方向とほぼそろっている必要がある
直接撮像明るい星の光をさえぎって、惑星からの光を撮影する恒星から遠くはなれた大きな惑星しか撮れないほど難しい
重力マイクロレンズ法手前の恒星の重力が奥の恒星の光を集めて明るくするとき、惑星があると明るさの変化に小さな山が加わる遠くの小さな惑星も見つけられるが、同じ現象は二度と起こらない
視線速度法のしくみ
恒星がこちらに近づくとき青方偏移 → 遠ざかるとき赤方偏移 → この変化が周期的にくり返される
恒星と惑星は共通重心のまわりをいっしょにまわる。惑星が見えなくても、恒星の小さなゆれの周期と大きさから、惑星の公転周期と質量がわかる

例題と過去問で確認

例題 1
渦巻腕がなく球のように丸く、年老いた星が大部分でガスが少ない銀河は、ハッブルの分類で何か。
1
渦巻腕がはっきりしていれば渦巻銀河、丸くなめらかで年老いた星が大部分なら楕円銀河である。
2
ガスやちりが少なく、新しい星がほとんど生まれないことも楕円銀河の特徴である。
▸ 楕円銀河
図の楕円銀河は赤っぽい光が一様に広がり、ピンクの星形成領域がない。渦巻銀河と不規則銀河にはその領域がある。
例題 2
惑星が恒星の前を通るとき、恒星の明るさが周期的に少し下がることを利用する系外惑星の探査方法は何か。また、この方法で何がわかるか。
1
惑星が恒星の前を通ると、恒星の表面の一部がかくれて明るさが下がる（トランジット）。
2
この明るさの変化を利用するのがトランジット法で、暗くなる割合が大きいほど惑星は大きい。
▸ トランジット法で、惑星の大きさがわかる
視線速度法では惑星の質量が、トランジット法では大きさがわかる。二つを合わせると惑星の密度まで求められる。
学力テスト類題
銀河と系外惑星の探査についての説明として正しいものはどれか。
①天の川銀河は楕円銀河である
②トランジット法は、惑星が恒星の前を通るときに恒星が暗くなることを利用する
③視線速度法では惑星の大きさを直接測る
④太陽は天の川銀河の中心にある
⑤直接撮像は系外惑星を見つけるもっとも簡単な方法である
▸ ② トランジット法は、惑星が恒星の前を通るときに恒星が暗くなることを利用する
1
惑星が恒星の前を通ると星の光の一部がさえぎられて明るさが周期的に下がり、その割合から惑星の大きさがわかる。
2
天の川銀河は棒渦巻銀河で（①）、視線速度法は惑星の質量を求め（③）、太陽は中心から約 2 万 6 千光年はなれており（④）、直接撮像は技術的にとても難しい（⑤）。

まとめ

銀河と系外惑星の要点
ハッブルの分類：楕円（E）・渦巻（S）・棒渦巻（SB）・不規則（Irr）／天の川銀河：棒渦巻銀河、直径約 10 万光年
系外惑星は、恒星の視線速度の変化、トランジット、重力マイクロレンズ、直接撮像で見つける
🎯 試験ポイント
①ハッブルの分類は楕円銀河（E）、渦巻銀河（S）、棒渦巻銀河（SB）、不規則銀河（Irr）で、楕円銀河には星間物質と若い星が少ない
②天の川銀河は直径約 10 万光年の棒渦巻銀河で、太陽は中心から約 2 万 6 千光年はなれた円盤の中にある
③視線速度法は、星の光のドップラー効果から惑星の質量を求める
④トランジット法は、恒星が暗くなった割合から惑星の大きさを求める
⑤ハビタブルゾーンは、恒星から受けるエネルギーで水が液体の状態でいられる距離の範囲である
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最終更新

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