Micha クラシック&リュートの楽しみ

クラシック音楽とリュート、自然・科学の話など

月の地下空洞  

自然の空洞のような所を見つけると、中を覗いてみたくなるのは本能で、人間も猫ちゃん達も同じようだ。月探査機「かぐや」が月の表側のマリウス丘という場所に直径、深さ、いずれも50mほどの縦孔を発見し、ただの縦孔じゃなさそうだ、というのは予測されていた。m
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縦孔の位置を通る、やや陥没した道筋のような地形も見られる、
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もともと地下に空洞があり、落盤でできた入口のように見える。
その後、NASAの月探査機「ルナー・リコナサンス・オービター」のカメラで縦孔の底に数十m以上の空間が広がっていることが確認された。東海大学およびJAXA宇宙科学研究所の郭哲也さんらの研究チームは「かぐや」の機器「月レーダサウンダー(LRS)」によって得られた、マリウス丘の縦孔付近の反射波データを詳しく調べた、
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LRSは地下からの反射波も受信していたため、そのデータから月の地下構造まで調べることができた、この反射波が月面より深い位置で減少する部分(空洞を示す)、また再び強くなる部分(天井か床を示す)、といったパターンが見られ、横孔の地下空洞が予測される。
この結果はさらにNASAの月探査機「グレイル」の重力場観測で発見された、マリウス丘の縦孔を東端として、西に数十kmに及ぶ低密度地域と一致していた。
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縦孔から西へ約50km延びる未崩壊の地下空洞の位置。T1~T4に沿って地下に同規模の未崩壊の空洞があることが示唆されている(資料:JAXA/SELENE)
この空洞は月が過去に溶岩に覆われた時代、地下の溶岩の流れが終息し、流れ道だけが残った(溶岩チューブ)と考えられる、

マリウス丘以外にも縦孔はいくつも見つかっている、
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拡大→Lunar caves

地下空洞があれば月面基地として有力、内部の地形はどうなのか、また鉱物資源や水の存在は?考えると、すぐにでも中の詳しい様子が知りたくなる;
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探査車など送って覗いてみたいところ、縦孔の外に台座を置いて、ケーブルで降ろすとか^^

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中性子星合体による重力波  

初めての重力波観測の功績にノーベル物理学賞が贈られたところだが、また初の貴重な観測結果が発表された。
これまでに観測された重力波はブラックホール同士の合体によるものだったが、今度は中性子星同士の合体によるもので、観測されたのは8月17日、米のLIGOと欧州のVirgo(ともに重力波研究所)が捉えたそうだ、発表されたのは10月16日、うみへび座の方向1億3000万光年の距離で起きた、2つの中性子星は太陽質量の1.1倍と1.6倍と見積もられ、互いに高速で廻り合った末、壊れながら合体したとみられる。
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重力波とガンマ線バースト:想像図(資料:米カリフォルニア州立ソノマ大学)
8月17日の観測通報で、国際チームが各種の追観測を行った、日本の重力波追跡観測チーム「J-GEM」はすばる望遠鏡などを用い、重力波天体の出す光の初観測に成功した(重力波の伝播は光速と同じ)、重力波天体は「GW 170817」と名付けられている。
爆発の規模はキロノヴァ級で、鉄より重い元素を合成するrプロセスを伴うキロノヴァ放射の理論予測と一致したそうだ、(キロノヴァ:高密度の天体が融合する際に起こる大規模な爆発現象で超新星と比べると10分の1から100分の1程度の明るさ)
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GW 170817の光による観測、8月18-19日は可視光が強く、24-25日は赤外線が強くなった(国立天文台)
J-GEMでは赤外線の変化などから、中性子星合体で、金、プラチナ、レアアースなどの重元素が作られたと推定、今回もこれまでの理論予測が実際の観測で確かめられたことになる。
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you tube:「中性子星」合体の現象 重力波で初観測(NHK)

先日のIa型超新星もそうだが、宇宙のどの方角で起きるかわからない天体現象を重力波、あるいは高性能広視野カメラ等でいち早く検知し、国際チームが各種の追観測を行う体制を作った成果でもある、発見ラッシュが続きそうな予感。

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Ia型超新星の爆発メカニズム  

太陽の8倍以上の大質量星が一生を終えると単独で超新星爆発をおこすが、爆発の規模(明るさ)はその質量によって違ってくる、超巨星なら極超新星という規模になる。一方、太陽のような星が寿命を終えると白色矮星となるが、宇宙の大半の星は連星を成しており、先に寿命がきた白色矮星は相方の星からガスを引き寄せて質量を増していく(質量転移)、その質量がある一定量(チャンドラセカール限界:太陽の1.26倍)に達したとき爆発するのがIa型超新星で、その明るさは全てがほぼ同じになる。
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esa想像図:大きな星ほど寿命が短かいので、かつては白色矮星のほうが大きな星だった
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ケプラーの超新星(SN1604)の残骸、これもIa型だったらしい
Ia型超新星が現れるのは1つの銀河で100年に1度の確率だが、広い視野で多くの銀河を観測し続ければ短期間にいくつも発見できる、東京大学の姜継安氏らチームは、すばる望遠鏡の超広視野主焦点カメラ:HSCを用い、2016年4月にIa型超新星の爆発を初期時点で発見し、各地の望遠鏡も爆発の経緯を詳細に追観測した。研究チームは白色矮星の表層にあるヘリウムが核融合反応を起こした結果であると考え、超新星爆発の明るさと色の変化を天文学用スーパーコンピューター「アテルイ」でシミュレーションしたところ、すばる望遠鏡で観測された爆発最初期の急激な増光と色が説明できることが確かめられた。
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すばる望遠鏡が撮影した銀河のはずれで爆発した直後のIa型超新星(矢印)、(左)2016年4月4日、(右)2016年4月5日、(資料:東京大学/国立天文台)
ヘリウム層での核融合反応ではカルシウムやチタンが作られると予測されるが、この超新星が最大光度に達したときに観測したスペクトルにカルシウムやチタンによる吸収線が強く見られたのも、初期の増光がヘリウム核融合反応によることを裏付ける。(超新星が"Ia型"である、とわかるのも、このスペクトル分析による)
初期増光の後、この超新星はIa型超新星としては平均的な明るさの時間変化を示した。これはヘリウムの核融合反応が起爆となり衝撃波が白色矮星の中心に伝わり、中心部で炭素の核融合反応が生じて星全体が爆発したと考えて説明できる。ヘリウム層の爆発がどのように観測に現れるのかを理論で示し、観測で実証したのはこれが初めてとなる。
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白色矮星の表層にあるヘリウム層で核融合反応が起こり、中心に衝撃波が伝わって炭素の核融合反応が始まった直後を描いた想像図(資料:東京大学)

Ia型超新星は遠方天体までの距離を測定する距離梯子の重要な1つだが、爆発メカニズムの解明によって距離測定の精度が高まることが期待される。
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距離梯子:各測定法の線が重なった部分で梯子が繋がる、年周視差が全ての土台となる

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宇宙の氷は液体  

冷凍庫で作る氷は水分子が規則正しく並んだ結晶で、まさしく氷と言えるものだが、水を急速冷却すると、分子が並ぶ暇もなく凍り、分子がランダムに集まった非結晶氷(アモルファス氷)になるそうだ、きちんと並んだ結晶氷に対し、非結晶氷は熱の伝導性が非常に低い、彗星があれだけ太陽に接近しても溶けて無くならないのは非結晶氷で出来ているためらしい。m
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太陽に12万km(太陽直径の約10分の1)まで接近して生き残ったラブジョイ彗星

極低温の宇宙を漂う水(星間氷)もこのような非結晶氷だと考えられる、この非結晶氷は密度の違う2種類があり、高密度アモルファス氷、低密度アモルファス氷と呼ばれる。
じつはアモルファス氷は温度域によって、固体ではなく、粘性の高い液体となることがわかってきた。この性質は惑星形成の始まりである塵の集積の働きをしている可能性もある。

北海道大学の実験室では、-263℃~-258℃まで冷やした基板に水・メタノール・アンモニアの混合ガスを蒸着させ、紫外線をあてて星間氷を模擬的に作ったそうだ、いくつかのステップを踏んだ実験で、詳細は省略するが、結果として、この氷は-210℃~-120℃の間で液体が沸騰したようになり、水素ガスが放出された、これは紫外線照射により、メタノール、アンモニアの分子が分解され、発生した水素ガスと考えられる。
こうした現象から、星間氷の中で、高分子有機物や糖、アミノ酸といった生命の素が化学反応で出来る可能性を示している。これには十分な紫外線照射が必要とされる。
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低温透過型電子顕微鏡で観察された紫外線照射非晶質水氷の変形(温度上昇中、-248℃, -203℃, -177℃, -153℃で撮影)。島状に分布する非晶質氷(写真中で暗く見える部分)が変形し、液体が濡れるように基板上に広がっている(像がぼやけていく)。(下)非晶質氷の変形(濡れ)の模式図 資料:北海道大学

原始惑星系円盤が周囲の恒星から照らされるような環境では円盤中の氷が短時間に十分な紫外線照射を受け、液体状の氷が現れる可能性がある。
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オリオン大星雲に多く見つかっている原始惑星系円盤、これらも先に生れた明るい星々が星間氷に十分な紫外線を照射しているのではないか。

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サンプルリターン  

2016年9月にNASAが打ち上げられた小惑星探査機「オシリス・レックス」は地球でのスイングバイを終え、目的の小惑星:ベンヌ(直径560m)に向け飛行中だが、
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オシリス・レックス
その後、地球や月を振り向いて撮影した画像が公開された、
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17万kmから捉えた地球
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地球と月:これは地球から130万km、月から120万kmの位置から撮影、よってほぼ、地球と月の大きさ比較と離れ具合が実感できる実写画像となる。拡大
オシリス・レックスの計画は炭素質の小惑星であるベンヌ本体の観測とサンプルリターン、それにヤルコフスキー効果の観測が主なところだ。
関連過去記事:小惑星を塗装?
サンプルは円盤形状の装置を小惑星の表面に押し付け、窒素ガスで表面物質を吹き飛ばして採取する方法をとる。ベンヌへの到着は2018年、地球への帰還は2023年の予定。ヤルコフスキー効果は地上からの観測でも検出されているが、詳細なプロセスがわかるのを期待したい。
*小惑星ベンヌは1999年、カナダの宇宙望遠鏡:NEOSSatが捉えた動画が公開されている、
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you tube:Alien Pyramid Structure found on asteroid 101955 Bennu
「Alien Pyramid」? ちょっと意外なものが映っていると、オカルト系がネタにしだすのが困りもんだ^^;まあ、この黒いものが何なのかも探査でわかるだろう、ヤルコフスキー効果のプラスになっていたり?^^

一方、JAXAが2014年12月に打ち上げた「はやぶさ2」も2018年に目的の小惑星:リュウグウ(直径700m)に到達し、サンプルを採取し、2020年末頃に帰還する予定。
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はやぶさ2
リュウグウも炭素質の小惑星だ、サンプル採取は先代と同じ「タッチダウン」方式だが、改良を加え、今回は事前に衝突体を撃ち込み、直径数mのクレーターを作って、深部の試料を採取する方法だ。(*衝突体は重さ2kgの純銅製衝突体を爆圧によって変形させつつ小惑星に衝突させ、クレーターを作る、この様子も撮影される予定)

このような太陽系内の探査は近未来の宇宙開発の基盤となるだけに結果は楽しみだが、どこも予算の獲得が難しいようだ、
両プロジェクトは互いのサンプルを共同利益とする協定を結んでいる、異なる採取法でトライすれば有効性を探ることにもなるだろう。

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晩年の星を囲む泡  

太陽の8倍以下の恒星は超新星爆発は起こさないが、一生の終りが近づくと赤色巨星となり、星の"中心の周囲"にあるヘリウム原子核の層が周期的に激しい核融合反応を起こすことがある、この爆発的な反応で大量の物質が放出され、星を包むガスと塵の殻のような構造が作られる。
9月21日、アルマ望遠鏡が捉えた、2700光年にある、ポンプ座U星に拡がるガスの様子が公開された、これもアルマだからこそ可能な高解像度である。m
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ポンプ座U星
ガスの泡の半径は太陽-地球間の距離の1万倍だそうで、きれいな球状に拡がっているのは周囲でぶつかる星間物質が均一なためだろう。
ポンプ座U星は炭素星に分類され、HR図でいう漸近巨星分枝星になる、
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漸近巨星分枝:右下から左上に繋がる黒線が示す主系列星が年老いてくると、右上に向かって分枝した線の方に向かい低温で明るい赤色巨星となる。
ガスの放出を繰り返して質量を喪失し、元の質量の50~70%を失い、最後は白色矮星となる。

同じくアルマ望遠鏡が以前に捉えた、ちょうこくしつ座R星(距離1500光年)には拡がるガスに渦巻き構造が見られる、
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ちょうこくしつ座R星
これは中心星を見えない惑星か褐色矮星が公転していて、放出したガスを横切って疎密の渦を作ったと考えられる。

なお、過去に取り上げたバブル星雲:NGC7635(11000光年)もよく似た形だが、
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NGC7635:HST撮影
こちらは晩年の星ではなく、まだ若い大質量星から出た恒星風が周囲に元々あったガス雲を掃き寄せて濃縮させ、泡状の構造を作っている様子。

なお人間の文明に不可欠な"鉄"は太陽の8倍以上の星で作られ、超新星爆発で次世代の惑星系に供給される。

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高速自転するレグルス  

我々の太陽含めて、恒星は誕生時の原始惑星系の回転を残していて、大なり小なり自転している、中には超高速で自転し、遠心力で飛び散る寸前の恒星もある。
しし座のα星、レグルスは自転速度が秒速約320kmで、崩壊する速度の96.5%に達している。
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Regulus_1.jpg
レグルス:距離約79光年、3.8太陽質量の準巨星で、白色矮星、赤色矮星を従えた4つの連星系の主星でもある
レグルスの高速自転は過去にも米・ウィルソン山天文台の光学干渉計施設で観測されていた。高速で自転する恒星からは偏光の生じた光が出てくると予測されていた。
レグルスは高速自転のため、赤道方向に30%も引き伸ばされた形をしているらしい、
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概ねこんな形だろうか、この歪みが偏光を起こすとのことだ。

9月19日、豪・ニューサウスウェールズ大学のDaniel Cotton氏らが、サイディング・スプリング天文台の高精度偏光計を用いてレグルスを観測し、上述の自転速度と光の偏光を初めて検出したそうだ。
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*偏光:普通の光は電場および磁場があらゆる方向に振動する波が混合しているが、偏光は特定の振動方向のみに絞られること。

2017年8月21日(現地時間)アメリカ合衆国で観測された皆既日食。
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太陽左下の光点がレグルス(撮影:Astro Arts)
レグルスの自転軸もわかっていて、固有運動の向きと一致するそうだ。

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世界の星空環境マップ  

奇士さんのブログで良いサイトを教えてもらいました。
世界中の光汚染マップです、衛星画像から夜の明るさをもとに作られたものと思います。m
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リンク→Light pollution map
拡大して各地の詳細が見られます、
任意の場所をクリックすると、光汚染のレベルが表示される、
Light_Pollution_Visualization.jpg
class 1~9の目安
あくまで光害の多い少ないを表すようで、元々の気象条件による良否は別だと思います、ただ光害さえ少なければ、空気の澄んだ夜にはとてもよく星は見えるはずです。
さらに高地へ行くと大気の影響も少なくなり、最高のclass 1になりますが、南米のアンデス山脈沿いの高地がこのクラスです。(標高は3000m以上)*Ratioの値も低いほど良いそうです。
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この地に住む人々には星が多く見え過ぎて、星座を結ぶという文化が生まれず、そのかわり天の川の塵で暗くなった部分に動物などの姿を想像したそうです。
あと、太平洋のド真ん中もclass 1^^;

このマップで日本国内も詳しく見られますが、まず拙宅の付近をみると、class 5でしたが、実際はもっとよくないと思います、6~7の感じ;地域のおよその目安と思ったほうがいい、
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近場で観測に良い場所を探ってもclass 4くらいです、でもclass 6よりは大幅に良くなるでしょう、class 3となると、クマさんが出てきてもおかしくなさそうな所で、ちょっと怖い^^;
天の川はclass 4からよく見えそうです、class 5でも存在がわかるでしょう、一見何もない感じだが、空を見て頭を左右に廻すと、うっすらと帯が横たわっているのに気付きます。
良く晴れた夜、海岸に行くのも手でしょう(港町以外で)、海側に光害はないので、過去に若狭湾に海水浴に行った夜、天の川がclass 4くらいには見えていました、こういう機会に限って望遠鏡が手元にないんです;

アンドロメダ銀河もお隣なのに意外と見辛いんです、class 6程度では中心のバルジ以外は空の明るさに埋もれてしまう、おおぐま座のM81,M82などは観測しやすいので、class 4くらいの所ならよく見えるでしょう、これらもご近所の銀河です。
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すべて月の出ていない夜が前提です。
"class 0"を求めると、宇宙空間でしょう^^;

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人類の痕跡を残すもの  

日本時間の15日夜、土星探査機「カッシーニ」は20年間の活動を終え、土星の大気に突入して蒸発、土星の物質の一部と化した、非常に多くの成果をあげたが、もう影も形もない、
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探査機:カッシーニ
you tube:NASA at Saturn: Cassini's Grand Finale

もし太陽系に異変が起きて、地球も月も火星も破壊されたら、人類が居たという痕跡も消えてしまう、今のところ唯一、我々の痕跡を宇宙に残せるのは太陽系を抜けだし、やがて星間空間を飛行して行く、探査機「ボイジャー」と「ニューホライズンズ」くらいか、
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探査機:ボイジャー
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探査機:ニューホライズンズ
(*長い期間に、高エネルギーの銀河宇宙線でダメージを受けたり、宇宙の塵との衝突で、やがてボロボロになってしまう?としたら永遠のものではない)
最も速いボイジャー1号でも時速62140km(秒速17.26km)で、この速度になれたのも、惑星の重力でスイングバイ効果を得たからで、それでも宇宙スケールからはとても遅い、隣の恒星リギル・ケンタウルスの距離でも8万年かかる、
何百万年~何億年とかかって、偶然どこかの高度な異星人に捕獲され、自然には絶対あり得ない物体を見た彼らは大いに興味を示すだろう、
(むこうでもロズウェル事件のように隠蔽されるかも^^;)

我々が百年ほど前から使い出した電波も、自然の電波と区別できる高感度の受信システムさえあれば数十光年?くらい先でも受信できるだろうか、
USA NM VeryLargeArray
電波も人類の痕跡と言える、電波は光と同じく、距離の二乗に反比例して弱まっていくので限界はあるだろうが、これをどこかの異星人が、人類初期の電波からキャッチしたとする、初めは単純な信号だったのが、時を経るごとに信号パターンが高度化していき、地球人の進歩の様子がわかるだろう、(ある日、ぷっつり電波が途絶えたり・・;)

PS.ご存じの方も多いが、ボイジャーには人類のメッセージを刻んだアナログ盤が、ニューホライズンズには冥王星の発見者、クライド・トンボーの遺骨が乗せられている。

今日は思い切り空想めいた話;
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系外惑星から地球を発見?  

これまでもよく取り上げた、系外惑星の発見法として、恒星の前を惑星が横切る際の減光で発見する、「トランジット法」があるが、m
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球体が横切る減光パターン
英・クイーンズ大学のRobert Wells氏ら研究チームは、逆に今わかっている系外惑星側から(観測者が居たら)、我々太陽系の惑星を同じくトランジット法で発見できる条件にある惑星を割り出した、太陽系の惑星のどれかを発見できるのは68個で、さらに地球を見つけられる系外惑星は9個となった。しかし、地球を見つけてくれる人類並みの生命が居そうな候補となると今は1つもないらしい。これはあくまで、"こちら側"で発見している系外惑星に限ってのことで、未発見の惑星も多数あると思われる。
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拡大画像
太陽系の惑星のトランジット現象を観測できる系外惑星の位置(必然的に、黄道に沿った位置になる)、線1本ずつは8惑星のうち1つのトランジットを見ることができる位置、青い線は地球のトランジットを見ることができる位置、つまりこの位置にある系外惑星上の観測者からは地球の検出が可能になる。(資料:2MASS/A.Mellinger/R.Wells)

トランジット法はいわゆる"食"の現象を見ることで、良い具合に惑星の公転面が観測側から水平に近いことが条件になる、しかし、"ぴったり水平"という確率は低い、仮に系外惑星から太陽系を見るとして、僅かに惑星公転面が傾いているとすると、
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*惑星は一部省略
太陽に近い金星、地球などは"食"を起こす範囲に入って発見される確率が高いが、海王星など外惑星は"食"の範囲から外れる、様々な傾きから見ても、中心星に近い惑星が発見しやすい。

系外惑星の発見法はほかに「ドップラー分光法」がある、惑星が周る重力の影響で中心星がわずかに揺れる、
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観測側からみて、視線方向への揺れにより、光のドップラー効果が周期的に観測され、惑星の存在と公転周期がわかる、この方法は惑星の公転面が水平である必要はなく、傾いていても揺れが観測できればよい、ただし惑星の質量は下限値を知るだけとなる。

ご覧いただき、ありがとうございました。

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