佐々木 貴教 (2017) 「惑星」の話 — 「惑星形成論」への招待

  • 佐々木 貴教, 2017: 「惑星」の話 — 「惑星形成論」への招待 (I/O Books)。工学社, 143 pp. ISBN 978-4-7775-2019-0.

2019年11月、地学概論の惑星に関するところの教材を更新しようと思って、新刊書を複数リストアップしたうちに、これがあった。出版社は(むかし)パソコン雑誌を出していたところだ。店頭で実物をみると、紙面のつくりかたは、この出版社ではいつものように しろうとくさいが、著者は専門家で、内容は大学の教材のように書かれているようだ。地学概論の教材の参考にしたり学生にすすめたりするのにはよさそうだと思った。

著者は地球物理のコースで学び、(読書案内で『生命の星の条件を探る[読書メモ]を出しているところでわかるのだが) 阿部豊さんの指導をうけた人で、現在は宇宙物理のコースの教員になっている。

本の題名からはじまって、かぎかっこを多くつかいすぎている。好意的にとれば、学術用語として、日常用語の感覚から類推せずに読んでほしいということなのだろう。用語の定義が明示されているとはかぎらず、文章の理屈の中から語の意味がわかってくることが多いが。

第1章は「現在の太陽系の姿」。役者の紹介のような感じ。太陽系を構成するものには、太陽、惑星、衛星、小天体(小惑星、太陽系外縁天体)がある。太陽は重要なのだがその説明は本書では(別の本を紹介するかたちで)省略している。惑星を、地球型惑星(水星、金星、地球、火星)、巨大ガス惑星(木星、土星)、巨大氷惑星(天王星、海王星)にわけている。衛星については、地球の月、木星のガリレオ4衛星、土星のタイタンとエンケラドスについて説明している。

第2章「太陽系形成論」。本の副題からもわかるように本書の重点だ。われわれの太陽系は、どのようにしてできてきたのか。林 忠四郎ほかによる「京都モデル」にしたがって説明する。まず「原始太陽系円盤」ができた。そのなかで、「ダスト」(dust、塵)から「微惑星」、「原始惑星」そしてそれぞれの惑星や衛星などへの成長がおきた。事実の証拠は、隕石や月・惑星探査などからえられているが、まばらなので、研究者のしごとは、理論の構築がおもで、証拠とつきあわせて説明できなければ理論を考えなおす、ということになる。わたしの印象として、1980年代に研究者からきいたことと基本はかわらないが、話がだいぶ具体的になった(衛星の形成など)。地球型惑星とガス惑星・氷惑星とのちがいは、微惑星の段階で、H2Oの氷が固体でのこったか揮発してしまったかによる。ガス惑星と氷惑星のちがいについては、木星ができたときにはまだ原始太陽系円盤のガスがあったが、天王星ができたときには散逸してしまっていた、と説明されている。

第3章「系外惑星の観測」と「汎惑星形成理論」。太陽系の外の恒星が惑星をともなっている数千の例が知られるようになった。惑星が直接観測されたわけではなく、恒星からの光の波長の振動型の変化がドップラー効果と判断されて視線方向の速度がもとめられたり、明るさの変化が恒星が惑星によってさえぎられたと判断されたりする。多様な惑星系の形成を説明する理論がつくられはじめた。われわれの太陽系を説明するようにつくられた太陽系形成論ではできないと考えられてきたことが、別の惑星系では実現していることがあるので、太陽系形成論にもみなおしが必要になっている。

第4章 「生命を宿す惑星の作り方」。地球の生物は、液体の水がある環境を必要とする。それとちがった物質による生命もありうるかもしれないが、その確実なしくみは知られていないので、ここでの議論は、液体の水の存在条件に集中する。それには、水の量と、温度条件がある。温度条件には下限(氷ばかりにならない)と上限(水蒸気ばかりにならない)がある。それはおおまかには太陽にあたる恒星の出す放射の強さと、恒星からの距離によるのだが、本書ではもうすこしていねいに、下限は(地球大気にある成分を前提とすれば)二酸化炭素が気体でなくなる条件、上限は暴走温室状態の条件できまるだろうとしている。水の量の条件は、地球が全質量の1万分の2の水をもつのは適度なのだが、こうなったのが偶然なのか、汎惑星形成理論のうちである条件をみたすと必然的なのかは、まだ研究者にとっても未解決の課題だそうだ。

各章のとびらに文学作品からの引用がある。第1章のばあいは『源氏物語』の冒頭だが、その意図はよくわからない。(単に、ものがたりがはじまる、ということなのだろうか?)

折りかえしのあとに くわしい目次をつける。

== 目次 ==
Color Index [口絵]
CONTENTS
はじめに
プロローグ — 人間中心の宇宙観からの脱却
第1章 現在の太陽系の姿
– 1-1 惑星(系)について
– – 「太陽系内天体」の発見
– – 「太陽系内天体」の探査
– 1-2 「太陽系」の構成メンバー
– – 太陽
– – 惑星
– – 衛星
– – 小天体
– – – 小惑星
– – – 太陽系外縁天体
– – – オールトの雲
– 1-3 地球型惑星
– – 水星
– – – 地表面温度の極端な温度差
– – – 固有の「磁場」
– – 金星
– – – 高温の地表面温度
– – – スーパー・ローテーション
– – 地球
– – – 「液体の水」をもつ天体
– – – 地球の内部構造
– – – プレート・テクトニクス
– – 火星
– – – 火星の表面地形
– – – 火星上の流体
– – – 火星上の「原始生命」
– 1-4 巨大ガス惑星・氷惑星
– – 木星
– – – 木星の内部構造
– – – 大赤斑
– – 土星
– – – 環 (リング)
– – 天王星
– – – 「横倒し」の自転軸
– – 海王星
– – – 消失した「大暗斑」
– 1-5 衛星
– – 月
– – – 潮汐力
– – 木星の衛星
– – – イオ
– – – エウロパ
– – – 「ガニメデ」と「カリスト」
– – 土星の衛星
– – – タイタン
– – – エンケラドス
第2章 太陽系形成論
– 2-1 「太陽系形成論」とは
– 2-2 原始惑星系円盤
– – 「原始惑星系円盤」とは
– – 「原始惑星系円盤」の証拠
– – 「原始惑星系円盤」の具体的な構造
– 2-3 「ダスト」から「微惑星」へ
– – 「ダスト」のスケールアップ
– – 「微惑星」の形成メカニズム
– – – 重力不安定説
– – – 直接合体成長説
– – 「微惑星」に至るまでの障壁
– – 各障壁を乗り越えるための「アイデア」
– 2-4 「微惑星」から「原始惑星」へ
– – 「微惑星」の「衝突合体」
– – 「微惑星」の成長モード
– – 多体問題
– – N体計算
– – 多体問題専用計算機「GRAPE」
– – 「暴走的成長」と「寡占的成長」
– 2-5 「原始惑星」から「地球型惑星」へ
– – 原始惑星同士の衝突
– – ジャイアント・インパクト
– – – 「ジャイアント・インパクト」の定性的解釈
– – 「火星」の形成
– – 「水星」の形成
– – 「金星」と「地球」の形成
– 2-6 「原始惑星」から「巨大ガス惑星・氷惑星」へ
– – 「原始惑星系円盤ガス」の捕獲
– – タイムスケールの大小関係
– – 「原始惑星」成長のタイムスケールの矛盾
– 2-7 「衛星系」の形成
– – 「月」の形成
– – – ジャイアント・インパクト説
– – – SPH法
– – – N体計算
– – 「ガス惑星」周りの衛星形成
– – – 周惑星円盤
– – 「海王星」の衛星形成
– – 「火星」や「天王星」の衛星形成
第3章 「系外惑星の観測」と「汎惑星形成理論」
– 3-1 太陽系外惑星
– 3-2 「系外惑星」の観測手法
– – 「系外惑星」の明るさ
– – アストロメトリ法
– – 視線速度法 (ドップラー法)
– – トランジット法
– 3-3 汎惑星形成理論の構築
– – 多種多様な「系外惑星」
– – – ホットジュピターの仲間
– – – エキセントリック・プラネット
– – – 大小さまざまな系外惑星
– – 汎惑星形成理論
– – – 原始惑星系円盤の多様性
– – – 軌道不安定による惑星系の変化
– – – 形成途中の惑星の移動
– 3-4 「太陽系形成論」の再考
– – 惑星の移動
– – ニース・モデル
– – グランドタック・モデル
第4章 生命を宿す惑星の作り方
– 4-1 生命を宿す惑星の見つけ方
– 4-2 ハビタブル・ゾーン
– – 「生命」とはなにか
– – 「水」の特徴
– – 「ハビタブル・ゾーン」と「ハビタブル・プラネット」
– – 「ハビタブル・ゾーン」の内側境界
– – 「ハビタブル・ゾーン」の外側境界
– 4-3 多様な「ハビタブル・プラネット」
– – 不充分な量の水しかもっていない惑星
– – 地球とは異なる成分の大気をもった惑星
– 4-4 地球は奇跡の惑星か
– – 水の惑星
– – 適度な量の水
– – 「偶然」の産物
– – 「普遍的なプロセス」があったなら
エピローグ — 我々はどこから来たのか、我々は何者か、我々はどこへ行くのか
– – – 我々はどこから来たのか
– – – 我々は何者か
– – – 我々はどこへ行くのか
参考文献
図出典一覧
索引

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