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2020年05月10日17:56

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白色矮星のハビタブル惑星を考える(3)まとめ

ここまで白色矮星を周回するハビタブル惑星について、自分の知識で考えられることを一通り考えてきた。

白色矮星のハビタブル惑星を考える(1)
https://mixi.jp/view_diary.pl?id=1975623885&owner_id=62927979

白色矮星のハビタブル惑星を考える(2) 潮汐力を考える
https://mixi.jp/view_diary.pl?id=1975625119&owner_id=62927979&org_id=1975623885

しかしこれらは長すぎて不便なので、結論だけを箇条書的にまとめておくことにした。

ソース記事である、
新型宇宙望遠鏡は、地球外生命体の痕跡を発見できるかもしれない
https://sorae.info/astronomy/20200503-habitable-zone.html
の要点はだいたいこうである。

・1 近年、白色矮星の周囲にも惑星が存在するとみられる観測結果が得られている。
・2 もしも白色矮星のハビタブルゾーンを周回する地球に似た惑星が見つかった場合、その惑星の大気を通過してきた白色矮星の光を分析することで大気組成を調べることが可能であり、オゾン、メタン、亜酸化窒素(一酸化二窒素)等から生命の兆候を捉えられる可能性がある。
・3 平均的な白色矮星は誕生から20億年後には、当初の表面温度約10万Kから6000Kまで低下し、さらに80億年かけて4000Kまで温度が下がる。
・4 そのため、表面温度が太陽程度まで下がった白色矮星の周囲では数十億年の間ハビタブルゾーンが維持される。
・5 白色矮星のハビタブルゾーンは白色矮星のすぐ近くになり、大きな惑星ほど潮汐力によって破壊されやすい。ハビタブルゾーンに地球サイズの惑星が存在し得る確率は統計上28パーセント未満と見積もられている。このような惑星は発見されていない。
・6 白色矮星は小さく、トランジットの時間も短いため、惑星をトランジット観測で発見することは困難である。
・7 ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡JWSTや欧州超大型望遠鏡ELTが稼働すれば、大気組成を観測できるようになると期待されている。


 これらの論点のうち、主に(5)について計算して確かめてみた。

 典型的白色矮星は質量が太陽の0.6倍、半径は太陽の0.01倍(地球とほぼ同じ)である。さらに表面温度を太陽と同じとした場合を考えたところ、以下のようになった。

・この白色矮星の明るさは太陽の1万分の1になる。表面温度が同じなので、白色矮星は太陽と同じ色になると考えられる。
(ソース記事には「白色矮星を周回する系外惑星の地表を描いた想像図」があり、白色矮星が青白く描いてある。そこからすると、白色矮星の色についてはこちらの間違いという可能性もある。この件については調査を継続していきたい)
・惑星の表面温度が地球と同じになる公転軌道半径は0.01天文単位(150万辧法8転周期は約0.5日になる。
・惑星は潮汐ロックされていると考えられるので、自転周期は公転周期と同じく0.5日になる。
・白色矮星の大きさが太陽の1/100、白色矮星までの距離が地球-太陽間距離の1/100なので、白色矮星のハビタブル惑星からは、白色矮星が太陽と同じ明るさ、同じ大きさ、同じ色に見える。つまり「ほとんど太陽と見分けがつかない」と思われる。
・地球と同じ質量の惑星を考えた場合、白色矮星のロシュ半径は約47万劼砲覆襦したがって惑星はロシュ半径より約3倍遠い軌道を回っていることになり、潮汐力で破壊される心配はない。
・ただしロシュ半径は惑星の半径にも比例するので、惑星が地球の3倍大きく、かつ地球と同じ質量であれば潮汐力で破壊される可能性がある。(惑星が小さくて密度が高ければそれだけ潮汐力で破壊されにくくなり、白色矮星の近くでも存在できる可能性が高くなる)
・惑星は地球が月から受ける潮汐力の27万倍の力を白色矮星から受ける。その結果惑星は長球状に引き延ばされているかもしれない。
・ただし惑星はいつも同じ面を白色矮星に向けているので潮汐力は時間的に変化せず、惑星上に海があっても干満は生じない。
・惑星上で潮汐力が最大になる地点(太陽の直下になる地点と、その反対側)では最大で惑星の引力が3%小さくなる。
・これは自転の遠心力によって地球の両極と赤道の間に生じる引力の差と比べて約10倍大きい。しかしこの程度の引力の差は惑星全体の大気循環には大きな影響を及ぼさないと思われる。
・人体程度のサイズの物体が受ける潮汐力は2万分の1G程度であり、惑星が白色矮星から受ける潮汐力の1000万分の1程度でしかない。人間の受ける力は±5g重程度である。人体には何の影響もないと思われる。
・ただし人間の100倍くらいのサイズの生物、たとえば樹木などは、潮汐力が生体活動に影響を及ぼすかもしれない。
・この惑星の自転角速度は地球の2倍だから、コリオリ効果が2倍強く表れる。そのため、昼の側から夜の側に大気が流れる昼夜循環はコリオリ効果で東向きに偏って流れると思われる。したがってよくある想像図のようなスイカ型の雲のパターンにはならず、木星のような横縞になるのではないか。


とまあこんな感じであるが……まとめだけでもかなり長くなってしまったな。

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