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「恋する小惑星」を検証してみた 第11話後半

さて、昨日に引き続き、第11話の後半戦です。前半パートを未読の方はこちらへどうぞ。
hpn.hatenablog.com


後半はいよいよみら達が小惑星探索に乗り出します。またしても天文ネタが山盛り満載なので、果たしてどれだけの分量になるか……。さっそく見ていきましょう。



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みら達が到着時の石垣島天文台。南~南西方向の空です。


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星図と突き合わせるとこんな感じで、おそらく8月13日の19時30分~20時頃の空ではないかと思います。この時期、関東では18時半ごろには日没を迎えますが、日本の西端近くにある石垣島では日没時間が遅く、19時20分にならないと日が沈みません*1。天文薄明が終わるのは、なんと20時40分のことです。


ともりん『食後にアレはキツイわ…』
みら『結構なクネクネ道だよね…』
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石垣島天文台は標高197mの前勢岳の山頂にありますが、そこまで行くためには3km以上にわたる細くて険しい山道を行かなくてはなりません。ここに限らず、天文台の多くは山頂にある*2ので、アクセスはなかなか大変です。


ひと息ついたら、新小惑星の探索を目指すグループのディスカッション開始です。ここではチューターの指導の下、グループ内で観測方針を決めていきます。


花島『さて、私たちが狙う小惑星はどこにあるかというと…』
みら小惑星帯』 マッキー『アステロイドベルト』
ともりん『おー!デュエット…』
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みらとマッキーが対象にすると言った小惑星帯(アステロイドベルト)は、火星と木星の軌道の間。小天体が密集している領域です。


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上の図は太陽系内の小惑星の分布をプロットしたものですが、まさに火星と木星の軌道の間に無数の小惑星(紫色の点)が群れているのが分かります。これが小惑星帯(アステロイドベルト)」です。プロットされているのは、当然、今までに発見された小惑星ですが、未発見のものもまだまだ同領域に多数存在するものと考えられ、新天体発見のチャンスは大いにあります。地球からの距離が比較的近く、動きが大きくて検出しやすいのも利点です。


なお、木星の軌道上にも、木星を挟み込むように小惑星の群れがありますが、これは「トロヤ群」と呼ばれる小惑星の一団です。これも面白い対象ではあるのですが、ひとまず今回は対象外です*3


未踏の領域と言えば、海王星以遠のエッジワース・カイパーベルト天体EKBO)」も現在非常にホットな対象です。しかし地球から遠いために暗いものが多く、また動きがゆっくりなので短期間では動きの検出が難しいという問題があります。少なくとも今回の趣旨には合わないでしょう。


花島『そうだね。じゃあ、夜空のどのあたりを観測すればいいかな?』
みら・マッキー『衝の位置』
ともりん『今度はユニゾンか』
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みら『地球からの距離が一番近くなる場所ですよね』
花島『そう。堀口さん、お願いします』
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堀口『はい。木ノ幡さんの言う通り、ここが衝。小惑星は太陽の光を反射してるから、衝にあるときが一番明るく大きく見えるんだ』
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国立天文台水沢VLBI観測所の堀内貴史 特任研究員の名前をもじったと思われる、堀口正美さん登場です。


「衝」というのは、惑星などの天体が地球を挟んで太陽のちょうど反対側に位置する時期のことです。このとき、天体と地球との距離は最も近くなり、また天体の全面が太陽に照らされる*4ため、最も明るく大きく見えます。


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ちなみに、この年(2018年)の「美ら星研究体験隊」の実施報告書を見ると、まさに同じような内容について話している写真が載っています。


花島『世界中の天文台や宇宙望遠鏡の全天サーベイで明るいものはほとんど見つかってるから未知の小惑星は20から21等級より暗いものが多いんだ』
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とはいえ、明るい小惑星はすでにPan-STARRSに代表される全自動掃天システムによって発見されつくしていますから、狙うのは衝でも20~21等級以下という暗くて小さい天体になります。ちなみに、Pan-STARRSで使われる望遠鏡の場合、口径は1.8m。視野が3度もあり、わずか30~60秒の露出で24等級までの天体を撮影することが可能という化け物です。こんなのと対抗していくのはなかなか大変です。


花島『今回は、一辺が0.2度角の範囲を1領域として、衝の周辺を撮影していきます』
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あお(月の大きさが0.5度角だから…これくらい)
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花島『1領域につき5回、各6分露出で写真を撮影して30分。こんな感じで時間の許す限り観測を繰り返します』
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天体の探し方ですが、基本的には時間をおいて写真を撮り、その間に恒星に対して動いている天体を探すというやり方になります。ただ、ここでは6分露出×5回と言っていますが、6分も露出すると小惑星などは線を引いて写ってしまうので、あくまでも「1回の撮影ターンが6分」で、正味の露出はもっと短いのではないかという気がします*5 *6。実際のところは分かりませんが。


【追記 2020/03/26】
下記の撮影システムだと、1分露出での検出限界が18~19等(「石垣島天文台の観測報告9」より)とのことなので、20~21等以下の小惑星を狙おうとすれば、もっと露出を伸ばす必要がありそうです。本当に6分露出かもしれません。



今回の場合、1回の撮影で撮れる範囲は一辺0.2度角の正方形の範囲。あおがメモっている通り、月の大きさより小さな範囲です。本当は上で触れたPan-STARRSのように、もっと広い範囲を一気に撮影できれば新天体を捉える確率は上がるのですが、焦点距離の長い大望遠鏡の場合、なかなかそうはいきません。むりかぶし望遠鏡の場合、焦点距離は実に12600mmもあります。いわば超望遠レンズで撮影するようなもので、どうしても狭い範囲しか写せないのです。


そこで、少しでも広い範囲を写せるよう、一般向けの望遠鏡で言うところの「レデューサー」を用います。


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「石垣島天文台の観測報告9」より)


むりかぶし望遠鏡のカセグレン焦点には「MITSuME 3色同時撮像カメラ」と呼ばれるシステムが取り付けられています。3台の冷却CCDカメラを用いてg'(緑)、Rc(赤)、Ic(近赤外)を同時に撮影できるもので、元々はガンマ線バーストを素早く観測するために開発されたものです*7。このシステムには「F変換レンズ」が搭載されていて、これを用いることで焦点距離を6825mmまで短縮することができるのです(F12→F6.5)*8


カメラ本体は冷却CCDカメラApogee ALTA U6で、撮像素子はKodakのKAF-1001E。画素数は1024ピクセル×1024ピクセルで、素子のサイズは24.6mm×24.6mmです。これらの組み合わせにより、1回で0.2度角四方の領域を撮影することができます。


また、ここでは説明されていませんでしたが、小惑星帯小惑星を探す場合は、主に黄道近辺を撮影することになります。小惑星を含む太陽系の天体の大部分は、ほぼ同一平面(黄道面)上を公転しているので、黄道近辺を探すのが最も探索効率が良いのです。中には黄道面を離れた軌道を回る小惑星もありますが、それらは大抵、EKBOのように地球から遠く離れていて、今回の探索プログラムの対象にはなりません*9



花島『撮影したデータはノイズを除去して小惑星探査ソフトで解析。5枚の画像を恒星が重なるようにして連続表示すると…』
みんな『『おお~!』』
花島『動いてるのが小惑星
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昔は、動いている天体を見つけても、それが未知のものであるかどうかを確認するのが本当に大変だったのですが、今ではデータベースと連動することで比較的簡単に未知の移動天体を同定することができます。


ここで見えているのは、(330179)という小惑星番号の天体です。小惑星は発見されると最初に「仮符号」というものが発行されます。これは発見年月を元に付けられるものですが、その後、観測が重ねられて軌道が確定すると、正式登録されて小惑星番号」が与えられます。小惑星番号は、初めて発見された小惑星である(1)ケレスから始まる通し番号になっています。


(330179)は、キットピーク国立天文台のSpacewatchプロジェクトによって2006年2月20日に発見された小惑星です。直径は3.2kmで、小惑星としてはありふれたサイズです。


(330179)の軌道要素はMinor Planet CenterJPLで公開されているので、これをステラナビゲータに入力して表示させてみると……


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2018年8月13日の23時30分~14日0時ごろの小惑星の位置がおおよそ一致します*10。みなさん、かなりの夜更かしさんのようです。


マッキー『それにたしか、新しい小惑星は最低2夜以上の観測が必要なんだよね』
みら『え!?』
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これは彗星を含め、新天体発見時の鉄則です。こうしておかないと、何かの理由で誤検出した、というケースを排除できません。実際、見つけたはずの新天体が2夜目以降に行方不明になるケースは昔からしばしばあります。今回の「きら星チャレンジ」の場合、2夜目以降の観測は天文台のスタッフが引き継いで行ってくれることになっています。


マッキー『観測の難しさは他にもあるよ』
あお『あ…天気モニター』
花島『心配はしてたけど確かに雲行きが怪しくなってきたなぁ』
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天文台には、たいてい空模様を監視するための全天モニターや降雨モニターが装備されていて、観測室に居ながらにして空の様子を監視することができるようになっています。現在の天文台では、望遠鏡からのデータもパソコンに取り込んでから処理するので、実際のところ、天文学者は昼夜問わず観測室や研究室にこもりきりで、星空を眺める時間よりもパソコンに向き合っている時間の方が圧倒的に長かったりします(^^; 星を眺める優雅でロマンチックな仕事だったのははるか昔の話です。


みら『観測4回目…はぁ…』
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ともりん『全部既知の星だねぇ…』
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天文台の外の星空が写りましたが、星図と突き合わせてみると2018年8月13日の21時ごろの空とおおよそ一致します。


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先ほど、小惑星探索をやっていた写真は2018年8月13日の23時30分~14日0時ごろのものでしたので、この作品にしては珍しく、時空が歪んでいるようです。おそらくは夏の南国の雰囲気を出すために、さそり座が見える時間帯をあえて選んだ演出かと思います*11。もし時刻通り正確に描写すると、空にあるのはやぎ座やけんびきょう座など暗くて地味な星座ばかりになってしまい、あまりに華に欠けます。


ここで注目はさそり座の位置が高いことで、また、さらに南側にあって本土での観測が難しい、じょうぎ座やさいだん座も見えています。緯度の低い石垣島ならではの星空と言えるでしょう。


そして小惑星探索の方ですが、残念ながら写っていたのは既知の小惑星ばかりでした。表示されている小惑星番号を見ると、(31632)(170056)の2つです。


(31632)は1999年4月7日に、全自動掃天システムLINEAR(Lincoln Near-Earth Asteroid Research)によって発見された小惑星で、Stephaying*12命名されています。直径は6.7km。(170056)は2002年11月7日に同じくLINEARによって発見された小惑星で、直径5.1km。小惑星帯にある小惑星の中で「ヒギエア族」*13と呼ばれるグループに属しています。


先の場合と同じく、軌道要素を入力してステラナビゲータで表示してみると……


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2018年8月14日の午前2時ごろの小惑星の位置がおおよそ一致します。


なお、彼女たちが撮影していた領域は、星図で示すと下の図の四角で示したあたりの位置になります(黄色のラインは黄道)。黄経で示すとおおよそ321°付近です。


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一方、この時の太陽の位置は黄経で示すとおおよそ141°付近で、ちょうど撮影領域の正反対に位置しています。つまり、事前の計画通り、衝の位置を撮影していたわけですね。



その後、雲の量が増えてきて解析は中断。休憩に入ります。お互いに「きら星チャレンジ」に参加した理由を聞いていくのですが……


ともりん『私は!ねおんに会いたくて!』
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みら『ねおん?』
ともりん『天文好きアイドルの天音ねおんー!』
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『きらチャレ後に星祭りあるじゃーん。今年のゲストなんだー』
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……うん、君は「推しが武道館いってくれたら死ぬ」世界線に行った方が幸せそうな気がします(笑)


ポスターにある「石垣島星祭り」は、実在の「南の島の星まつり」がモデルですね。
star-festival.amebaownd.com


2001年から続くお祭りで、石垣島天文台も深くかかわっています。星空観望会や講演会、フォトコン、ライブなどが大々的に催されるようです。


ちなみに2018年の星まつりのポスターはこちら。


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ライブは18日なので、なるほど「きら星チャレンジ」が終わってからでも*14十分間に合いますね。


「天音ねおん」が夏川りみになってるあたりはご愛敬(^^; 逆に、Skoop On Somebodyが「Sputnik」という、そこはかとなく音が似ていて、かつ天文に関係ありそうな名前のお笑いコンビ(?)になってるあたり、芸が細かいです。



花島『みんな申し訳ないけど…天気が回復しそうにない。今夜はここまでにしよう』
みら『え!そんな…』
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花島『その代わり過去の撮影データで探索の練習をしてみようか』
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ここまでの時刻の同定が正しければ、午前2時に最後の解析を行って休憩、ときていますから、この時点ですでに午前3時近いはずです。ここからさらに、過去データを使った探索の練習ですから、おそらくプラス1~2時間は作業したのではないかと思われます。この日の石垣島の天文薄明開始は4時57分、日出が6時17分なので、ほぼほぼ徹夜と言っていいでしょう。


実際、2018年度の「美ら星研究体験隊」実施報告書に掲載されているスケジュール表では、「29時」(!)まで観測が入ることになっています。翌日、みらが眠そうだったのも無理はありません。


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石垣島の夜明け。おそらくは14日の6時ごろでしょうか。中央に見えている輝星はシリウスです。8月と言えども、明け方にもなると冬の星座が昇ってきています。


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カットのつなぎ方からすると「翌朝」という印象ですが、みら達の活動時間を考えると、むしろ「観測終わり」のカットと捉えた方がいいのかもしれません(^^;



マッキー『時間帯に左右されない電波観測はいいよね~』
ともりん『今日は日中勉強会か~。コーヒー多めに飲まなきゃかな』
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当然、電波は太陽光や雲の有無には影響されませんから、昼夜や天気を問わず、理屈の上では24時間フルタイムで観測が可能です。また、電波望遠鏡に人が貼りついている必要もないため、「美ら星研究体験隊」では25時以降は無人観測となっています。ただし、その分データ量は膨大なはずで、VERA班もそれはそれで大変だったのではないかと思います。



ともりん『うおー!眠くない!眠くないぞー!』
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みら達が宿泊する「石垣青少年館」のモデルとなっている「石垣青少年の家」は東西方向に長い建物です。



みらたちが出てきたのが午前中であれば、このカットは逆光になるはず。木の影を見るとほぼ真下に落ちているようですし、時間帯としては昼頃と思われます。14日の石垣島で太陽が南中するのは12時48分なので、ざっくり13時ごろでしょうか?「美ら星研究体験隊」の場合、12時から活動再開だったので、「きら星チャレンジ」はもう少し余裕がありそうです。



……やれやれ、どうにかこれでほぼ全てのネタを拾い切りました。11話でこれなので、最終話はどうなることやらorz


お話はいよいよ「小惑星の発見なるか!?」というところに焦点が集まってきました。ここまで見てると、Quro先生はなかなかリアル志向の作家さんですし、アニメの制作陣も意図をよく汲んでいるので、そう簡単に夢をかなえさせたりはしなさそうな気もしますが……。ともあれ、最終回まであと数日。楽しみに待ちたいと思います。




※ 本ページでは比較研究目的で作中画像を使用していますが、作中画像の著作権は©Quro・芳文社/星咲高校地学部に帰属しています。また、各星図はステラナビゲータ11/株式会社アストロアーツを用いて作成しています。

*1:厳密に言うと、日出・日没時間の変化は経度だけでなく緯度の影響も受けます。

*2:それでも、石垣島天文台は市街地に近い分はるかにマシです。

*3:後述しますが、衝の位置から離れているのが一因です。

*4:月でいう満月に相当

*5:実際、このあとの小惑星検出画面では、小惑星は断続的に動いており、決して線は引いていません。

*6:1分露出の5分休憩とかだとキリが良さそう。

*7:MITSuMEについては、こちらの資料などが詳しいです。http://www.icrr.u-tokyo.ac.jp/prwps/infomation/workshop/2007/kyodoriyo/Dec.14.Part3/2.Mori-Kawai.pdf

*8:参考:http://oister.kwasan.kyoto-u.ac.jp/meeting/WS2018/pdf/OISTERWS2018_Horiuchi.pdf しかし、地味に色々とトラブルが発生してますね(^^;。

*9:ただし、黄道から離れた領域は探索の手があまり及んでいないので、新天体を見つけるチャンスは十分あります。例えば、準惑星のエリスは19等とかなり明るい天体ですが、軌道傾斜角が44度と大きく傾いていて、黄道面から離れたところを移動していたため、つい最近まで発見されませんでした。

*10:アニメ内のソフトウェア上で表示されている写真は(倒立像ではなく)上下が反転しているため、ここでは星図も上下反転させています。MITSuME 3色同時撮像カメラには波長分割のためのダイクロイックミラーが内蔵されていて、これで光路分割を行うため、ここでの反射により像が反転するのです(望遠鏡の像は倒立像で、ここにミラーによって奇数回の反射が起こると左右が反転するため、上下反転像となります)。

*11:加えて、石垣島より少々緯度が高いところの星空になっていますが、これも画面内にさそり座を収めるための演出なのでしょう。

*12:ニューヨークのManhasset高校に通うStephanie Yingという女学生の名前にちなんでの命名https://www.minorplanetcenter.net/db_search/show_object?object_id=31632

*13:(10)ヒギエアと似通った軌道を描いている小惑星の一群で、天体の衝突でヒギエアから飛び散った破片からなると考えられています。

*14:モデルである「美ら星研究体験隊」は8月13日~15日の日程で行われました。