6_191 多様な系外惑星 2：特異な惑星

　今回発見された系外惑星は、直接撮影という話題だけでなく、特異な特徴をいくつかもっていました。特異性は、これまで惑星形成モデルでは説明できないもので、新たなモデルを考えなければなりません。

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　ガイドス（Gaidos）の論文では、スバル望遠鏡を3年かけて使用したデータを用いて、直接撮影された系外惑星であることは、前回紹介しました。この系外惑星は2M0437bと名付けられています。
　観測された惑星が属する恒星（主星といいます）は、おうし座の2M0437で、地球から420光年ほど離れています。この主星は小さな質量（太陽の0.15～0.18倍ほど）しかありません。また、この主星のある領域は、星が形成されているところに位置し、2M0437も形成されたばかりの若いＭ型矮星だと考えられています。形成後、200 〜 500 万年ほどしかたっていません。ですから、この主星の周辺を回る系外惑星の年齢も、似た若いものになるはずです。
　2M0437bは、できて数100万年ほどの惑星となり、これまで発見された系外惑星の中では、最も若いものになります。2M0437bは、木星の3～5倍ほどの質量があると見積もられ、「スーパージュピター」（大きな木星という意味）と呼ばれる系外惑星のタイプになります。1100～1200℃ほどの高温になっています。恒星からの位置は、118AU（天文単位：太陽と地球の平均公転距離を1としたもの）となり、非常に離れたところで見つかりました。
　この惑星は、特異です。質量の小さい主星であること、遠く離れた位置の軌道であること、さらに短時間で巨大惑星が形成さたこと、がこれまでにない特異性となります。
　巨大惑星が遠く形成されるには、コア降着による惑星形成過程をたどることになり、かなり時間かかると考えられていました。恒星の質量が大きければ、ディスクの不安定性で大きな惑星を短期間で形成できますが、今回の恒星は小さいもので、その効果は働きません。
　非常に若く、非常の低質量の恒星の周りで、遠く離れた位置での巨大惑星（スーパージュピター）の発見は、これまでのモデルでは説明できないことになります。新しい形成モデルを考える必要がでてきたことになります。

・雪・
今週はじめ、北見に校務出張しました。
一気に寒波が来て、寒くなる時期でした。
山は白くなっており、雪も降りそうでした。
幸い、行きも帰りも、
路面が雪や氷になることはありませんでした。
冬道の心配をする時期になりました。
自家用車ででかけたのですが、
新しい冬タイヤにしていました。
それでも、シーズンはじめの雪道は気を使います。

・校務出張・
校務出張が続きます。
来週は青森です。
あと道内4箇所が別日であります。
青森は公共の乗り物と一部レンタカーになります。
不便なところへ行く必要があるので
2泊3日の出張になります。
休みになる講義への対処がなかなか大変です。
11月になっても校務出張が続きます。
コロナ禍が終わったことになるのでしょうかね。

1_201 火星の隕石衝突 3：クレータ

　火星探査機インサイトは、音を記録し、地震も記録していました。両者を合わせることで、隕石の衝突を検証できます。さらに、軌道からの画像と比べることでクレータとも照合できます。

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　火星探査機インサイトは、火星の赤道近く（北緯4度、東経136度）に着陸しているのですが、そこはかつてキュリオシティ（南緯4.6度、東経137度）が調査した近くです。現在、パーサヴィアランス（北緯19度、東経78度）が探査をしているところも近くになっています。このように調査されているところが、集中しています。
　インサイトは、音を記録し、地震も記録もしていることから、隕石の衝突を特定できることができると前回しょうかいましました。本当に、このような現象を捉えることができるのでしょうか。インサイトの地震計は、15か月間の観測で、数百回の地震を観測しています。その中で、4回の衝突の振動を記録していました。それらを解析して衝突による振動だと確定しています。さらに、軌道上から観測された画像によって、衝突によって形成されたクレーターも限定されています。
　そのような成果は、フランス、トゥールーズ大学のガルシアと共同研究者による報告で、2022年9月19日のNature Geoscience誌に掲載されました。タイトルは、
Newly formed craters on Mars located using seismic and acoustic wave data from InSight
（インサイトの地震と音波データを用いて位置決定された火星に新しくできたクレータ）
というものです。
　これまで地震計は天体の内部を調べるためのものだと考えられてきました。しかし、同じ装置の同じデータであっても、解析することで、別の意味をもった情報が見つかってきました。
　クレータの位置が確定されたことが重要です。なぜなら、地震計が多数あれば、地震が起こった場所（震源）は特定できますが、ひとつだと場所がよくわかりません。そうなると天体内部を正確に推定することが難しくなります。しかし、今回クレータから震源の位置が確定していますので、より正確に内部を推定することできます。今後、天体観測にも役立ちそうですね。

・初冠雪・
最近、一気に秋めいてきました。
北海道では、先週には初冠雪が各地でみられまた。
通勤中に見える山並も白くなっていました。
我が家でも、朝夕のストーブが当たり前になってきました。
今週末に野外調査にでかけます。
これが、今年最後の野外調査になりそうです。
そろそろ峠道での雪が心配になってきました。
いつ冬タイヤに変えるかが悩みどころです。

・まだらな紅葉・
秋の連休はいかが過ごされたでしょうか。
私はいつもと変わらない生活をしていました。
先日の晴れたい日に少し雪虫が飛んでいました。
まだ少し早い気がします。
今年の紅葉はまだらなので、
秋の深まりも、
いきつもどりつしているのでしょうか。

1_200 火星の隕石衝突 2：地震、月震、火震

　このシリーズは、火星の隕石衝突のテーマです。なかなか話題に入りません。前提となる知識があったほうが、よりよくわかるからです。ということで、今回も、火星の隕石衝突には、まだ入れません。

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　探査機は、天体の外側からか、あるいは着陸すれば天体の表層を、直接調べることができます。着陸する予定の探査機には、地震計が搭載されること多いです。なぜなら、地震計は、地震を観測し、地震のデータで天体内部を様子を推定することができるからです。
　地震計は、月にもアポロ計画で5台が置かれ、そのうち4台が長期わたって観測しました。8年10月間で、12558回もの月震を観測しています。地球では地震（earthquake）ですが、月なので月震（moonquake）と呼ばれています。
　地震の観測が重要なのは、地震は地中を伝わってくるので、その波形を測定することで、内部の構造や構成物を知ることができます。多数の地震を観測できれば、より内部を詳しく知ることができます。
　月震は、いくつかの原因で起こることもわかってきました。深発月震（1100～800km）、浅発月震（300km）、熱月震（昼夜の温度差で岩石が破壊された時に起こる）などが主なものとされています。アポロ計画では人工月震も11回起こしています。
　月震の原因として、隕石の衝突ではないかと考えられているものが、100回ほど観測されています。しかし、残念ながら、実際の衝突によってできたクレータは見つかっていません。また、他の証拠がないので、隕石の衝突と検証されていません。
　さて、火星です。火星では、1976年にはバイキング2の地震計が観測して、いくつかの地震を観測しました。その後、いくつかの探査機が着陸、観測をしました。
　現在は、NASAの探査機インサイトが活動中です。2018年11月に到着して約2年（728日）を予定されていました。4年ほどたっているのですが、現在でも、活動中です。いろいろトラブルがあったのですが、ホコリのためソーラーパネルで発電ができなくなりました。一度はアームで砂を吹き付けることで、ホコリを払って対処したことで、少し回復しました。しかし、現在ではホコロが多すぎたので対処できなくなったようです。
　2022年5月には省エネモードになっています。予定では、2022年末までの運用を考えています。省エネモードでは、火震（marsquake）の観測だけをしています。
　また、インサイトでは、音を記録するともできました。地震計と音で、隕石の衝突であることを、検証することができます。その詳細は、次回としましょう。

・地震計・
探査機が、天体に送り込まれるたびに、
新しいデータから
これまでに知られていないことが
次々とわかってきます。
特に映像で示されるニュースは
市民にもその新しさが直感的に理解できます。
地震は、体感しない限り、直感的には理解できません。
見えること、直接体験できることだけが
本質を知るための情報ではありません。
見えないもの、感じないものでも
重要な情報がいろいろあります。
地震計もそのような情報を収集しています。

・秋の足音・
10月になりました。
9月には一旦涼しくなったのですが、
9月下旬から10月の最初も
暖かい日が続きました。
今週から急に涼しくなってくる予報です。
（10/2日曜に、このコラムを書いています）
紅葉も進んでいるのですが、
どうも足並みが揃ってないように見えます。
まあ、本当に紅葉ははじまるのは
10月下旬から、秋が深まってからですから。
雪虫はまだ見かけませんから、
初雪もまだまだ先になりそうです。

1_199 火星の隕石衝突 1：天体の観測

　自分のことを知りたければ、類似のものを参照することは、重要です。地球を知りたければ、金星や火星が、類似の参照に適しています。金星は、大気が厚く、表層も環境の過酷です。火星が類似参照のターゲットになります。

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　地球を知るために、地球外の天体を調べることは重要です。なぜなら、他の類似物と比較することで、似ている点、異なる点がわかります。似ている点からそれらの天体のでき方がわかれば、地球へもその形成過程が適用できるかもしれません。異なる点がわかれば、地球固有の特徴、個性が明らかにしたことになりるので、その個性が、いつ、どのようにできたかについて調べれば、地球固有性の形成過程がわかってくるはずです。
　地球外の天体の観測は、地球から望遠鏡で見るのが、手軽で便利です。多くの天体を、いつでも、だれでも、何度でも観測できるからです。しかし遠くにあるので、詳細な情報はえるためには限界があります。
　近づけば、情報量も増えてきます。探査機を天体に向けて飛ばし、近づく時から離れる時まで、観測をしていければ、近くで観測できます。探査機のコースをうまくとると、複数の天体を同じ探査機で観測できます。しかし、通り過ぎるだけでは、観測時間は限られています。
　ある天体にだけを調べることにすれば、天体を周回する軌道に投入すれば、近くで観測を続けることができ、精度を上げることができます。それでも、やはり軌道上からの観測では限界があります。
　実際の試料（大気や海洋、大地などから）をとって、測定、分析できる観測装置をもった探査機を天体に下ろせば、詳細な情報をえられます。ただし、ゆっくりと天体を下ろすのは、燃料も大量に必要になり、技術的にもなかなか難しいものになります。でも、天体の大気であれば、落下中に急いで分析してデータを送ることができれば、ガス惑星のような大気の濃い天体でも、情報をとることできます。硬い地面には衝突して探査機は壊れるので、ハードランディングと呼ばれています。
　ゆっくりと天体表面に降ろすソフトランディングでれば、複雑な観測・分析装置も使えます。天体の表層で、一定期間、データを取ることができます。もし、探査機が自走できれば、天体の表層の多様な情報をえることができます。そのような情報がえられているのは、月と火星だけです。月は、人類が一緒にいっていますので別格です。月以外では火星が、その舞台となります。

・腰痛への対処・
先週から、また腰痛がでてきました。
今回は、何もした記憶がないのに
じわじわと痛みがでてきました。
痛みが数日かけて進行してきました。
このような状態も以前にもありましたので、
対処の方法もわかっています。
無理せずに、ひどくならないようにして
自然治癒を目指することにしています。

・人間ドック・
先日、人間ドックにいきました。
毎年いっているのですが、
今年は通常の検査に加えて
脳ドックも加えることしました。
高齢者は、脳梗塞と心筋梗塞が心配になります。
心臓の検査もしたかったのですが、
そこでは、心臓の検査はしていないようです。
高齢になると無理できないので、
1年に一回の検査ですが
体のメインテナンスにも注意が必要ですね。

3_202 海と大気の起源 5：系外惑星での検証

　原始地球の大気の形成に関する別の報告があります。その報告は、これまで紹介してきたシミュレーションと似た結果がでてきました。これは、地球でも起こっていた現象の有力な傍証になるでしょう。

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　原始地球から、小天体の衝突によって地球表層の揮発成分が剥ぎ取られたというシミュレーションにより、現在の地球の成分と材料の隕石との違いが説明できるという報告を紹介しました。
　この報告の目標は、過去の地球での出来事に関する「検証の確かさ」で、言い換えると「検証の検証」することができるかということです。シミュレーションとして答えが出たとしても、「本当に起こったか」どうかは不明です。地球の出来事は過去に起こっているので、過去の出来事を本当かどうかは、「時間の不可逆性」により、検証はできません。シミュレーションが扱った出来事の「検証の検証」は不能です。
　しかし、全く別の方法で同じような結果が示されれば、「検証を検証」することはできませんが、「検証の確かさ」を増すことができます。この小天体の衝突によって、大気が剥ぎ取られるという現象が、別の天体の観測で確認されてきました。
　シュナイダーマン（Schneiderman, L.）らの研究で2021年10月にNature誌に報告した
Carbon monoxide gas produced by a giant impact in the inner region of a young system.
（若い恒星系の内惑星領域における巨大衝突による一酸化炭素ガスの形成）
という論文です。これは、恒星HD17255という系外惑星（太陽系外の惑星）の観測によるものです。
　惑星形成の状態にある惑星での観測です。地球や太陽系のシミュレーションとは、まったく異なった方法である、他の天体の観測によるなので、独立した方法による検証となります。
　論文タイトルでは、衝突により一酸化炭素ガスができるという意味なので、そこから大気が剥ぎ取られたということをどう説明していくのでしょうか。次回としましょう。

・近場の調査・
今週も野外調査にでかけました。
9月中旬になると、通常の校務の大変になってきて
下旬からは、後期の講義がはじまります。
今後、調査の日程があまりとれません。
2泊3日での短期での調査になります。
近場でじっくり見たいところを調査します。
今年の夏、最後の調査となります。

・夏の仕事が一段落・
論文の査読の修正、投稿も終わりました。
科研費の書類も先週末に提出しました。
2冊の本の原稿も先週、印刷屋さんに渡しました。
夏に予定していた大きな仕事を
すべて終えることができました。
次なる論文の準備も必要なのですが、
一段落となるので、調査で気分転換しました。
10月以降も調査ができればと思っていますが
講義が続きそうなので、どうなるでしょうか。

3_201 海と大気の起源 4：後期天体集積

　現在の地球と材料の違いを、初期のいくつかの事件を想定して、シミュレーションで検討されました。ひとつの事件では解決できなかったのですが、次の事件で課題を解決することができました。諦めない努力の結果です。

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　材料の炭素質コンドライトと比べて、地球の成分が枯渇していたことがわかり、その原因をシミュレーションで探究されました。シミュレーションでは、マグマオーシャンでの出来事に注目されました。
　炭素質コンドライトに含まれていた水の成分が、気体として大気中に放出され、マグマオーシャンに含まれていた水が、岩石に固化するとき大気中に放出されていきます。マグマオーシャンが固化すると、表層も冷えてきて、大気中の水蒸気が凝縮して水となり、海を形成します。大気中の二酸化炭素は、水の溶け込み、岩石から溶け出したイオンと結びついて、炭酸カルシウム（方解石という鉱物）や炭酸マグネシウム（ドロマイト、苦灰石）などになり、炭素は使われていきます。
　マグマオーシャンでの過程を想定しても、地球の成分の枯渇の様子をすべてを説明できませんでした。地球の初期に起こった別の出来事を考えなければなりません。月など、形成初期の状態を残している天体から、マグマオーシャンが固化した後、再度、小天体が激しい衝突した時期があることがわかってきました。後期爆撃（あるいは天体集積）事件と呼ばれるものです。
　この後期天体爆撃事件を想定してシミュレーションが進められました。衝突によって、既存の窒素に富んだ大気を、大半（7割）を剥ぎ取ることで、現在の比率になることがわかってきました。大気を効果的に剥ぎ取るためには、天体サイズが重要な要因になり、サイズの小さい天体が多数衝突することで、現在の枯渇状態が再現できました。これで問題は解決できました。
　この研究の方法論は、次のようなものでした。現在の天体（この論文では地球）と材料（炭素質コンドライト）を比べたところ、天体の成分には違いが見つかりました。その違いは、天体の進化過程によると想定されます。天体の進化でもっとも変化の激しい時期は、形成期だと考えられます。最初の大事件（マグマオーシャン形成、核と揮発成分の分離）で起こる成分の再配分を考えました。しかし、それでも違いが説明できない時は、次の事件（後期天体爆撃事件）を想定して検討を進めていきました。その事件で起こる元素の再配分（剥ぎ取り）を考え、解決に至りました。それぞれの事件の検証ではシミュレーションを手法として用いていました。
　結果がでる（現在の状態が説明できる）まで、次々と条件を変えて研究（シミュレーション）を続けていきました。求めるものがえられるまで、諦めない気持ちが、研究では大切だと思いました。

・夏の終わり・
北海道は涼しくなってきました。
この時期になる、すべての前期の校務が終わり、
一段落して、ホッとしている時期です。
例年この時期に、
1週間程度の調査をすることが
多かったのですが、ここ2年間のコロナ感染で、
道内だけで調査をすることになりました。
道内だと、移動距離は長いですが、
3、4泊の調査になります。
この程度の期間だと、
繰り返し各地で調査ができます。
また、講義の合間を縫って調査も可能です。
自家用車でいくので
荷物も好きなだけ詰めるので気軽です。
でも、道外でも調査をしたいですね。

・サバティカル・
来年4月から半年間、
サバティカルをとることになっています。
半年間、以前にも滞在した四国で過ごします。
この期間には講義や校務を気にせず
心置きなく、研究と調査に専念できます。
今回は、家内も同伴なので、
老夫婦でのんびりと過ごしたいと思っています。
そのまであと半年、後期も校務に
励まなければならないですね。

3_200 海と大気の起源 3：マグマオーシャン

　現在の地球の表層の揮発成分は、材料と比べて、いくつかの成分で枯渇していました。地球初期のマグマオーシャンを考えると、想定されると揮発成分とは全く異なったものとなりそうです。どう解決すればいいでしょうか。

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　櫻庭さんたちは、BSE（Bulk Silicate Earth）を用いて検討しています。BSEとは、一般に岩石学で用いられるもので、マントルの珪酸塩の平均値としても用いるので、始原的な岩石組成を想定するものです。しかしこの論文では、地球の核の成分を除いた大気、海洋、地殻、マントルを含んだものにしており、少々異なった意味で用いられています。このBSEを初期地球の組成として考察が進められています。
　BSEをもとに、隕石がもっていた揮発成分が、どのように枯渇していったかを検討し、その原因を考えています。地球が形成されているときを想定していきます。
　原始惑星が成長しているときは、小天体がいっぱい衝突しているので、衝突の時に放出されたエネルギーと、原始大気の温室効果とあいまって、地表は高温になっていきます。表層の岩石も融けマグマになるほどの高温が、維持されていきます。その結果、ある程度成長した原始惑星では、マグマの海「マグマオーシャン」が形成されます。
　金属の鉄は密度が大きいので、マグマオーシャンから分離し沈み、核と形成します。その時、液体の鉄に溶け込みやすい炭素、窒素、水素はある程度、核へと持ち込まれます。ただし、水は、マグマにも溶けこみやすいため、マグマオーシャンに残ります。小天体の衝突が収まってくると、マグマオーシャンは固化していきます。水は岩石にはあまり入らず、やがて海となります。
　また、窒素は、鉄には少し取り込まれますが、マグマオーシャンにはあまり取り込まれません。この状態で、地球表層には、窒素は固体内に取り込まれることなく、表層に残ります。ですから、最終的には大気に多く残ります。
　マグマオーシャンが固化した後、この時期の地球表層では、炭素質コンドライトと比べて、炭素、水素、窒素の順に枯渇していきます。現在の窒素、炭素、水素という順の枯渇とは、全く逆になっていたと推定されます。
　このような問題を解決するために、いろいろな条件を考えて、シミュレーションがなされ可能性が検討されました。その結果は、次回としましょう。

・出張続き・
先週末に1泊2日で校務で出張しました。
この時は大学の教職員が大勢が出張するので
大学バスで一緒でかけます。
宿泊も移動も気にせず、
校務だけを気にすればいいので
精神的には楽にいけます。
一日おいて、同じ場所へ別件の校務があります。
今度は一人で自家用車での出張です。
前泊しなければならないので、探すのは面倒なので、
同じホテルを予約しました。
2日目、午前中の校務が終われば、
そこから連続して研究出張で
さらに3泊4日でかけます。
このエッセイは出張前に予約配信しています。

・リフレッシュ・
先週は、4日間、前期最後の集中講義がありました。
翌日に成績評価、その他の校務書類を、
処理して提出しなければなりませんでした。
終わったときの充実感はありましたが、
心身ともに疲れました。
ですから、その後の連続の校務出張も研究出張も
大変ですが、精神的はリフレッシュできそうです。