この実験について
腕を伸ばして指を一本立て、片目、次にもう片方の目で見てみましょう。背景に対して指が動いて見えます。天文学者は地球の公転を利用して同じことをします。近くの星を1月と7月に観測すると、はるか遠くにある星々を背景に、ごくわずかに位置がずれて見えます。そのずれの大きさから、星までの距離がわかります。最も近い星でさえ、ずれは1秒角未満なので、その測定ができるようになったのは1838年のことでした。異なる観測機器で写真を撮り、実際の星までの距離を求めてみましょう。
学習目標
- 遠くの背景に対して近くの物体が見かけ上ずれて見える現象として、視差を説明する
- パーセクを定義し、d = 1 / p を使って距離を求める
- 写真を約6か月間隔で撮影しなければならない理由を説明する
- 視差が比較的近くにある星にしか使えない理由を説明する
- 地上望遠鏡と、ヒッパルコスやガイアなどの宇宙ミッションの精度を比較する
使い方
- 1望遠鏡の視野を1年間観察しましょう。動いて見える星と、動かない星はどれですか？それはなぜでしょう？
- 2プロキシマ・ケンタウリを地上望遠鏡で撮影し、6か月待ってからもう一度撮影します。距離を計算し、真の値と比較してください。
- 31か月しか間隔を空けずに2枚だけ撮影します。なぜ結果の信頼性が低くなるのでしょうか？
- 4地上望遠鏡でポラリスに切り替えてみましょう。その年周視差を測定できますか？次に、ヒッパルコスとガイアを試してください。
- 5肉眼で試してみましょう。望遠鏡が登場する前の天文学者は、なぜ恒星の年周視差を検出できなかったのでしょうか？
- 6ベガとプロキシマ・ケンタウリを比べてみましょう。なぜベガの描く楕円のほうが丸いのでしょうか？
モデル
前提条件
- 地球の軌道は半径1天文単位の円です。恒星は、軌道面からの角度をβとすると、半長軸がp、半短軸がp·sin βの楕円を描きます。
- 距離はガイアおよびヒッパルコスの値を丸めたものです。恒星の天球上での動き（固有運動）は考慮していません。
- 各写真には、その測定器に典型的な大きさのランダム誤差が加わります。目視では60″、地上望遠鏡では0.05″、ヒッパルコスでは0.001″、ガイアでは0.00002″です。
- 写真から求める距離は、測定された視差の変位を、同じ2つの日付の間に1 pcの距離にある星が示す変位で割って算出します。
授業で試してみましょう
- Q1ある星の年周視差は0.25″です。この星までの距離は何パーセク、また何光年ですか？
- Q2天文学者はなぜ、地球上の2地点ではなく地球の公転軌道を使って年周視差を測定するのでしょうか？
- Q3ガイアは20マイクロ秒角を測定できます。精度10%で測定できる最も遠い距離はどれくらいですか？
- Q4遠方の星ほど距離の誤差が急速に大きくなるのはなぜですか？
- Q5天文学者が火星から観測したとしたら、火星は1.52 AUの軌道を公転していますが、星の年周視差はどう変わりますか？
よくある質問
なぜこの単位はパーセクと呼ばれるのでしょうか？
これは「視差秒（parallax second）」の略で、星の年周視差がちょうど1秒角となる距離を指します。約31兆キロメートルです。
恒星の年周視差を初めて測定したのは誰ですか？
1838年、フリードリヒ・ベッセルははくちょう座61番星について、約0.3秒角の視差を測定しました。長い間視差が観測されなかったことは、かつて地球は動いていないという主張の根拠として使われていました。
より遠くにある恒星はどのように測定するのでしょうか？
視差は、さらに遠くまで測定できるセファイド変光星やIa型超新星の明るさなど、ほかの方法の較正に使われます。こうした方法の連鎖は「宇宙の距離はしご」と呼ばれています。