【理科】太陽が3つ存在する惑星発見!高校物理的・地学的に考える

恒星3つの惑星発見!この惑星では昼と夜はどうなるの?

世界の天文学者が集う国際天文学者チームが、2016年7月7日(木)の七夕の日に、自ら光を放つ天体である太陽のような「恒星」が3つ存在する惑星を発見したと発表しました。これはアメリカの科学誌サイエンスに掲載された論文で発表されたもので、宇宙でも非常に珍しい発見でそうです。

地球は太陽系の惑星で、恒星である太陽を中心としてその周りを1年かけて公転しています。地球の他にも水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星も太陽系の惑星で、太陽の周りを公転しています。太陽系には自ら光を放つ「恒星」は太陽1つしか存在しません。ですから、地球上で太陽がある側に自分がいるときは昼、太陽と反対側に自分がいるときには夜になります。地球の場合は、その場でコマのように回る自転が24時間周期ですので、赤道付近ですと約12時間ごとに昼と夜が入れ替わる形になります。

しかし、今回発見された、「恒星」が3つ存在する惑星では、昼と夜はどのようになるのでしょうか?宇宙広しといえども、恒星を3つもつ恒星系はなかなか存在しないようです。2つ存在する恒星系は多数発見されているようですが。

天文学チームを率いた米アリゾナ大学によると、「一日中太陽が沈まない沈まない季節と、太陽3個の日の出と日の入りを楽しめる季節ががあり、その季節は人間の寿命よりも長く続く。」ということだそうです。なかなか想像しづらいですが、地球とは恒星のまわりを1周公転する時間である公転周期と3つの恒星の位置によって、日の出や日の入りの時間がそれぞれ変化するようです。そのため、3つの恒星が地平線から顔を出している時間が変化し、昼と夜の時間が変化していくのです。

今回発見された惑星は「HD131399Ab」と命名されています。地球からの距離が約340光年のケンタウルス座の中に位置しています。1光年とは、光の速さ(秒速30万km)で進んで1年かかる距離ですから気が遠くなるような距離ですが、宇宙で考えるとほんとにご近所のことです。この惑星が形成されたのが約1600万年前と、比較的若い天体と考えられていて、これまで太陽系の外で発見された中で最も若い惑星の一つとされています。HD131399Abの質量は、太陽系最大の惑星である木星の4倍と考えられていてかなり大きな惑星に分類されます。

まだまだ宇宙には未知の存在が多く存在しそうです。これからの天文学に期待したいですね!

宇宙

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高校生で学習する『』『物理』で今回の記事を見てみよう!

天体の運動に関する研究が天文学者によって日進月歩の研究によって明らかにされてきています。高校では天体に関するテーマは「地学」と「物理」で学習することになります。今回の発見に関連付けて、物理と地学の学習内容を復習しておこう!

高校地学『恒星までの距離』

今回発見された惑星は「HD131399Ab」。地球からの距離が約340光年という計算が出ていますが、どのように計算しているのでしょうか?

それは年周視差を使って計算することができましたね!年周視差とは、地球の公転軌道上で最も離れた2地点で見た恒星の見える角度の違いのことです。下の図を参考にしてください。

出典:www.nao.ac.jp

出典:www.nao.ac.jp

ここで、恒星Aは地球の公転半径にくらべて非常に大きい距離のところにあるので、B、Cの各点はAを中心とする円周上にあるとしても差し支えありません。中心角の大きさと弧の長さは比例しますので、

年周視差2

となります。年周視差と公転半径が分かれば、恒星までの距離rが計算できることになります。この式に公転半径や光年の概念を導入すると、恒星までの距離は以下の式で求めることができます。

年周視差3

3.26光年を1パーセクという単位に置き換えて使うこともありましたね!

高校物理『ケプラーの法則』

物理の内容でも天体の運動に関する出題が見られます。「万有引力」の単元で学習したケプラーの法則です。第一法則から第三法則までありましたので復習しておきましょう!

  • 第一法則(楕円軌道の法則)
    全ての惑星は、太陽を1つの焦点とする楕円状を運動する。
  • 第二法則(面積速度一定の法則)
    太陽と惑星を結ぶ線分が一定時間に描く扇形の面積は、惑星によって一定になる。
  • 第三法則(調和の法則)
    惑星の公転周期Tの2乗と軌道楕円の長半径aの3乗の比は、全ての惑星で一定になる。

宇宙速度に関する問題に付属して出題される場合がありますので、しっかりと復習しておきましょう!

出典:https://kotobank.jp/

出典:https://kotobank.jp/

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