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1 天の川の地図を描く 京都大学職員組合ミニ講義 理学部支部物理分会 物理第二教室助教山田良透

2 関連するミニ講義 2013 年 10 月 15 日 ( 火 ) 宇宙の果ての銀河を見たい 太田耕司氏 ( 理 ) 太田先生の話は宇宙の果てを見る話ですが 私の話は我々に近いところを見る話です 2012 年 5 月 18 日 日食のお話 - 金環日食と金星の太陽面通過 - 平田龍幸氏 ( 京大職組 OB/ 京大理学研究科宇宙物理学教室元教員 ) 金星の太陽面通過は 位置天文学にとっても重要なイベントの一つでした

3 位置天文学の過去 現在 未来

4 位置天文学とは? 星の位置や運動を精密に測定する天文学 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? 固有運動 (m a, m d ) ある時の星の位置 (a 0, d 0 ) 星の軌跡 年周視差 ( )

5 宇宙の階層構造と 遠くの天体までの距離 レーダー レーザー 年周視差 直接的 10,000km 主系列星の色 => 絶対等級 ( 本当の明るさ )=> 距離 ケフェウス変光星の周期 => 絶対等級 => 距離 3,000,000,000km 20AU 銀河系の回転速度と明るさの関係 超新星 (Ia 型 ) の明るさはほぼ同じ 間接的 Wikipediaより 1,000,000AU 15 光年 国立天文台水沢 VERA プロジェクトのホームページより 2,000,000,000AU 30,000 光年 10,000,000 光年 200,000,000 光年

6 古代の ( 位置 ) 天文学 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? 中国では 棒の影を使って冬至の時期を知った SAS_DOCTRINAS/template.php?nm= &rsp=1 古代エジプトでは シリウスが日の出直前に出現する時期にナイル川が氾濫することから 農業の指標とした 1 太陽年 ( 日 ) と 1 朔望月 ( 日 ) の関係も 紀元前 400 年頃の古代エジプトでは数百年に 1 日程度の誤差で正確に知られていた

7 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? 年周視差の発見 (1838) 天動説 地動説 BC400 AD0 AD500 AD1000 AD1500 AD1900 アリスタルコス ( BC) アリストテレス ( BC) ヒッパルコス ( BC) 太陽中心説 地動説 天動説 プトレマイオス (83-168AD) コペルニクス ( ) チコブラーエ ( ) ケプラー ( ) ガリレオ ( ) ニュートン ( )

8 年周視差の測定 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? 年周視差が見つからない => ニュートン以後も 地動説は間違っているのでは? という主張が残る シミュレーション 1838 ベッセル 61Cyg の年周視差 秒 ( 最新の値は 秒 ) 太陽や月の直径に比べ 1 秒角は約 1/ 秒は 1/ 秒 秒

9 運動の推定精度 0.3 ミリ秒角 ~5.4m ~ ミニバン 星像中心 星像の大きさ月から見て 1 秒角 ~1.8km

10 地球の動き 大陸の動き 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? 高精度測定 測定装置と測定対象を同時に測る 地球の運動をもとに星の運動を測る 星の運動をもとに地球の運動を測る 電波望遠鏡による高精度観測 (VLBI) で天体を観測して地球の回転を測定している スマトラ大地震の時には μ 秒のオーダーで一日の長さが変わったことを 水沢のグループが確認 大陸移動説 (1912 年 ) の直接証明 (1980 年代後半 )

11 地球の大きさ 太陽までの距離 α=87 ( 正解は 89.5 ) 岡村定矩氏 2007 年研究会 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? アリスタルコス (~310?-230? BC) プトレマイオス 地球 - 太陽 地球 - 月の距離を求めたが かなり誤差がある 金星太陽面通過 1639/12/4 エレミア ホロックスが初めて金星太陽面通過を観測 太陽までの距離は約 1 億キロと計算 ( 正解は 1 億 5 千万キロ ) 1761/6/6 1769/6/3 大航海時代 ( キャプテンクック タヒチから観測 ) 1874/12/9 日本に多くの観測隊が訪れた ( 横浜 神戸 長崎 ) 1882/12/6 2004/6/8 イギリスで位置天文 暦 天文学史合同の国際会議開催 2012/6/6 日本で観測 2012 年 IAU( 国際天文連合 ) 総会で 1AU( 天文単位 ) は 定義 になりました m 1 天文単位は距離の単位であって 地球と太陽の距離ではない

12 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 船の位置 人工衛星の位置 我々の住む天の川の構造は?

13 日本での位置天文観測 天文観測を用いた日本全土の測量 ( 伊能忠敬 ) 1874 年の金星太陽面通過は世界各国から観測隊が来日 ( 横浜 神戸 長崎 ) 水沢緯度観測所で地球回転を観測 => 月の地形と内部構造を測定 ( かぐや衛星 ) 子午環による世界ネットワークの一局として観測を行う (1982~1997)=> スペースへ 子午環 ( 国立天文台ホームページより ) 伊能忠敬 :Wikipedia より 長崎記念碑 :Wikipedia より

14 位置天文専用望遠鏡 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? 写真天頂筒 ( 国立天文台ホームページより ) ウィーン オーストリア 子午環 ポルト ポルトガル

15 スペースへ 今の季節は? 地球や大地はどう動いているのか? 太陽までの距離は? 自分はどこにいるのか? 遠い星までの距離は? 我々の住む天の川の構造は? Hipparcos 衛星 1989~1993 ESA ホームページより Nano-JASMINE 衛星 Gaia 衛星 ESA ホームページより 2013/12/19~2020 頃

16 330 光年 30,000 光年 国立天文台水沢 VERA プロジェクトのホームページより 地上観測で精度よく距離が測られた範囲 10 光年 現在衛星観測で精度よく距離が測られている範囲 330 光年 現在正確に距離を測ろうとしている範囲 約 30,000 光年

17 位置天文学 歴史は紀元前にさかのぼり 世界で最も古い天文学である 精密測定であり 写真天頂筒 子午環などの専用測定装置が開発された 天体の動きを知る手段であり 逆に地球の動きを知る手段でもある 1989 年 スペースに出ることで より高精度の測定を可能にした 今は距離の測定は銀河系内でも太陽系のごく近傍に限られるが 距離梯子の原点を決めるものとして重要 近い将来 我々の銀河系サイズの距離が測れるようになる

18 Nano-JASMINE 計画 : 日本初の位置天文衛星工学と理学の融合学生さんによる大国際協力

19 超小型衛星 学生さんの手作りによる小さな衛星がブーム 最先端研究開発支援プログラム : 1 山中先生 50 億 2 中須賀先生 40 億 ( 金額では約 30 件中 4 位 ) 世界で百機を越える打ち上げ実績 10cm 10cm 10cm

20 小さい衛星のラインアップ 350ml カンのサイズ :can sat 地上数 km 程度まで小さなロケットで打ち上げてもらい 目標点近くに戻ってくる精度等を競う 東洋経済 ONLINE 小野雅裕君の記事 Pico satellite 1kg 以下 Cube sat 10cm/10cm/10cm 地球周回軌道まで打ち上げて 地球の写真を撮ったり通信するなどの単一ミッションを行う 宇宙ステーションからの放出も行われた Nano satellite: 10kg 以下 Micro satellite: 50kg 以下 いくつかの天文観測衛星 地球観測衛星が打ち上げられている

21

22

23 Dec 2014 Nano-JASMINE Data analysis Science using ultra small satellite Satellite gg ゼミ 2013/6/21 23

24 Nano-JASMINE 計画 SDO Yuzhnoye 科学成果 単独では 3mas および 3mas/y (Hipparcos は 1mas 1mas/y) Hipparcos と組み合わせると 固有運動は 0.1mas/y 長周期 (10~40 年 ) 連星の軌道要素も決定 zw<7.5 の 20 万個の星で達成予定 Gaia は G>5.7 の星だけを観測予定 カタログは zw<9 の 50 万個の星を含む Gaia との協力 データ解析チームと協力 Gaia の calibration に必要 カタログ公開予算獲得 7 月に joint meeting 日本でもチーム拡大中 2015 年の場所が正確に決まると固有運動が正確に定まる Beam-combiner 17 cm M1 12 cm 1991 年 2015 年

25 Cyclone 4 news 1 号機 :3 rd Q 2015 NJ 打ち上げは Jul 2015 の可能性が高い ( ウクライナ問題以前のニュース ) 2 号機 :1 st Q 2016 QB50 打ち上げ契約は既に済ませている (Jan ) NJ 打ち上げは遅くとも Nov に完了する Google との Lunar XPRIZE 打ち上げ MOU 締結も進めている (Jun ) ブラジル ( 射場 ) ワールドカップは一部スタジアム未完成のまま 2014/6 に実施 NJ 打ち上げは 2015 の予定 射場は 現在で 70% 完成 2016 年予定のオリンピックがどうなるかは不透明 ウクライナ ( 打ち上げ機 ) ソチオリンピック 2014/2/3~2/23 の直後 2/24 にヤヌコビッチ政権が崩壊 内戦状態 未だ不安定 ほどよし衛星の作業は内戦と関係なく進んでいる (3 月 ) 上空を通過する民間機が撃墜される事件が 7 月に起こっている AGIS 20 Dresden 25

26 launcher company at Дніпропетровськ Eastern 3 states are still unstable kiev Kharkiv Luhansk Donetsk Crimea AGIS 20 Dresden 26

27 まとめ 超小型衛星が注目を集めている Nano-JASMINE は 50kg 級の衛星で 高精度位置天文観測を計画している 衛星は 2010 年 10 月に完成している ブラジルの経済状況 ウクライナの政治情勢に翻弄され 衛星はまだ東大に置かれたまま 打ち上げを待っている 大型衛星 Gaia のチームからも期待を寄せられている

28 これからの位置天文学

29 SDO Yuzhnoye

30 JASMINE 計画 AGIS 20 Dresden 30

31 世界の位置天文学 Gaia 衛星,2013/12/19 打ち上げ ESA ホームページより URAT USNO robotic telescope VERA 国立天文台 VERA プロジェクトホームページより 小型 JASMINE TMT 国立天文台ホームページより SKA プロジェクトホームページより

32 固有運動 (m a, m d ) ある時の星の位置 (a 0, d 0 ) 星の軌跡 年周視差 ( ) この距離を精度よく決めるための年周視差精度 ~10μ 秒角 星間塵が多い銀河面に沿った領域 ~ 赤外線での観測

33 回折限界 運動の推定精度 10μ 秒角 ~2cm 星像中心 星像の大きさ月から見て 0.5 秒角 ~900m

34 地上技術への貢献 地球の運動をもとに星の運動を測る 星の運動をもとに地球の運動を測る 位置天文観測では 星の運動と望遠鏡の変動 衛星の姿勢等を同時に測る 望遠鏡の変動 衛星の姿勢を測る => システム同定 システム同定 : ロボットや機械の自律動作に必須の技術

35 まとめ 銀河系の全体像 可視光で見通せる範囲 : ヨーロッパの Gaia 衛星が 7 年後にカタログを出版 星間ガスの影響などで可視光で見えないところ : 日本の JASMINE 計画が補完する => イプシロン搭載宇宙科学ミッションに応募 電波でなければ見えないガスの濃い領域は 日本の VERA 計画で測定する 将来 大型計画のキープロジェクトには Astrometry( 位置天文 ) が入っている TMT ALMA SKA 今後の位置天文観測の方向性 赤外線でのサーベイ ( 日本への期待は高まっている ) 狭領域の高精度測定 ( 惑星系探査など )

4 ( ) (1 ) 3 ( ) ( ) ( ) 3) () α 0.75 ( 8 pc 2 7 ) 10 pc ( 3 3 ) % 10 pc 10 1 (10 ) km ( ) 1 1/ ( ) ( )

4 ( ) (1 ) 3 ( ) ( ) ( ) 3) () α 0.75 ( 8 pc 2 7 ) 10 pc ( 3 3 ) % 10 pc 10 1 (10 ) km ( ) 1 1/ ( ) ( ) JASMINE 2-21-1 JASMINE Project Office, National Astronomical Observatory of Japan, 2-21-1 Osawa, Mitaka, Tokyo, Japan E-mail: naoteru.gouda@nao.ac.jp (astrometry) (infrared), (satellite), (Milky Way Galaxy).

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