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zoom RSS 恒星サンザーとイスカンダル〜宇宙戦艦ヤマトが旅する世界

<<   作成日時 : 2012/03/03 06:27   >>

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【付記】「宇宙戦艦ヤマト2199」では恒星の名前は「サレザー」、イスカンダルとガミラスはその第4惑星になっています。なお、第6章現在、イスカンダル-ガミラス系と恒星サレザーの距離は不明です。

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宇宙戦艦ヤマトが目指すイスカンダル星は、宇宙位置1836-M、大マゼラン雲にある恒星サンザーを公転する第8惑星で、恒星からの距離は3億キロ(約2天文単位)、大きさは地球の1.3倍とされています(第23話)。ここから、恒星サンザーやイスカンダルの物理諸量を考えてみます。別記事「星系リスト(と、恒星のスペクトル型)〜『彷徨える艦隊』(The Lost Fleet)」(http://masamich.at.webry.info/201110/article_4.html)、「宙図(星図、コーバス星系)〜彷徨える艦隊」(http://masamich.at.webry.info/201111/article_2.html)と基本的に同じ手順を踏んでいます。

○サンザーのスペクトル型

イスカンダルは居住に適した惑星なので、サンザー太陽系におけるハビタブルゾーン(惑星表面に水が存在しうる領域)にあるはずです。イスカンダルがサンザー太陽系におけるハビタブルゾーンの中心距離にあるとすると、サンザーとイスカンダルの距離は、太陽と地球の距離の2倍なので、サンザーの輻射光度は太陽の4倍となります。星の光度等級差(m-n)は光度比(Lm/Ln)とm-n=2.5log(Lm/Ln)という関係があります(ポグソンの式)。太陽の輻射絶対等級は4.76なので、サンザーの輻射絶対等級は3.25となります。

 サンザーが主系列星と仮定し、理科年表の「恒星の物理諸量」表から、サンザーの輻射絶対等級をスペクトル型別に補正した曲線と、主系列星の実視等級曲線を求め、その交点を求めると、サンザーのスペクトル型はF4V、実施絶対等級は3.3等となります。

表1 恒星の物理的諸量(理科年表)
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図1 サンザーのスペクトル型(国立天文台岡山天体物理観測所サイトのHR図にプロット)
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○サンザー太陽系

 惑星は恒星に近い方から数えるとすると、サンザー太陽系は、わずか半径3億キロ(2天文単位)の範囲に9つの惑星がひしめいています(うち2つはガミラスとイスカンダル)。イスカンダル人が国際天文学連合の2006年の定義に従うとは限りませんが、これほど混みあっていて、なおかつ数十億年にわたって安定しているとなると、内側の七つの惑星はかなり小型と考えた方がいいかもしれません。惑星系の形成論では、原始惑星系円盤の質量が中心星に対して(太陽系の場合と比べて)ある程度小さいと、太陽系のようにガス巨大惑星が形成されず、岩石質の小型の惑星ばかりになるといいます。

図2 原始惑星系円盤の質量と、形成される惑星の分布(井田茂「異形の惑星」から)
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○イスカンダルの公転周期

 理科年表によると、F5型の星の質量は太陽の1.3倍、半径は1.2倍、温度は6600K(太陽は5800K)なので、サンザーはこれより若干小さめ・低めの星ということになります。とりあえず、以下では、理科年表のF5型の値を用います。

 恒星サンザーの質量が太陽の1.3倍、イスカンダル(というか、イスカンダル-ガミラス系)の公転軌道半径が3億キロ(2天文単位)とすると、ケプラーの第3法則(軌道長半径の2乗/公転周期の3乗は一定)から、2.5年となります。


○ガミラスとの公転周期、潮汐など

 作中に登場するイスカンダル-ガミラス系の外観は、おおよそ下の図のようなものです。

図3 イスカンダル-ガミラス系外観略図
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 作中の絵に基づいた公転周期、潮汐などについては、こちら(http://homepage3.nifty.com/hirorin/yanagida03.htm)で考察されています(「空想科学読本」の検証・反論として書かれているものです)。

 イスカンダルとガミラスは、潮汐固定により互いに同じ半球を向け合ったまま、共通重心を公転しているというのは納得できます。

 作中の絵に基づくと、両者の距離はわずか4万7千キロで、公転軌道の離心率によっては大きな干満を生じるといいます。あまり潮位差が大きいと、港湾を建設するのが難しいと思いますが、作中のイスカンダルには港が登場するので、外観図は作図上の誇張で近く描かれている(大気の一部を両者が共有しているように見えるのがネックですが)とするか、大きな干満を生じない程度の離心率と考える必要があります。

 イスカンダルとガミラスの誕生については、やはり地球と月のようにジャイアント・インパクトによるのでしょうか。その場合、衝突直後にいずれか一方のロシュ限界のすぐ外側(恐らく数万キロ)で他方が形成され、潮汐摩擦によって自転の減速と公転の加速が起こり、互いに同じ半球を向けあうようになったところで、公転軌道も確定するという経過をたどるのでしょう。地球-月系の場合は、そのような状態になるにはあと50億年程度かかり、距離50万キロ、自転周期=公転周期40日程度で落ち着くといいます。冥王星-カロン系では、すでに両者の自転は互いに潮汐固定されているので、イスカンダル-ガミラス系のように両者がほぼ同じ大きさの惑星同士であれば、潮汐固定されていると考えて不都合はないと思います。

○イスカンダルの密度と組成

 イスカンダルは地球の1.3倍の大きさだといます(ここでは半径が1.3倍とします)。作中の描写から、イスカンダルの表面重力は地球と大差ないようです。表面重力は重心からの距離の2乗に反比例するので、半径が1.3倍で、表面重力が地球と同じなら、イスカンダルの質量は1.69倍なければなりません。一方、体積は1.3の3乗=約2.2倍で、イスカンダルの平均密度は地球の1.3分の1=約0.77倍となります。地球の平均密度は約5.5g/cm3なので、イスカンダルは約4.2であす。太陽系の惑星では、火星の平均密度3.9(地球の0.71倍)に近い値です。

 こちら(http://wwweprc.eri.u-tokyo.ac.jp/CSS/earth.html)の図から、地球のマントルと核の密度を拾って平均密度をそれぞれ約4、約10とすると、イスカンダルの核の体積比は0.04となります。半径の比では0.34なので、核の半径は約2800キロとなり、地球の3500キロに比べて小さくなります。マントル-核境界面は、地球では深度2900キロなのに対して、イスカンダルでは深度5500キロです。

図4 PREM(地球モデル)の密度・圧力・剛性率(地震火山噴火予知研究推進センター)
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 イスカンダルの平均密度が小さいとして、惑星の形成論からは、前述したジャイアントインパクトの過程で、鉄やニッケルなどといった金属を失ってしまった(月形成になぞらえるなら、その鉄はガミラスに取り込まれたはずだ)可能性が考えられるでしょう。また、惑星系の形成理論からは、サンザー太陽系におけるイスカンダルの形成位置では、鉄、ニッケルが乏しかったということも思い付きます。もっと大きな話では、大マゼラン雲の恒星は、天の川銀河の星に比べると金属量(この場合はヘリウムより思い元素の量)が大幅に少ないので、そもそも原始惑星系円盤に鉄質が乏しかったのかもしれません。

 最近、相次いで発見されている「スーパーアース」では、仮に組成が地球と同じでも、地下深部の圧力が大きくなることから、流体核が存在できず、地磁気が存在しない可能性があるといわれています。この項で推定したイスカンダルのマントル-核境界は、地球の外核(液体)-内核(固体)境界(約5200キロ)よりも深いところにあります。図4は地球モデルなので単純には当てはめられませんが、圧力の曲線のマントル部分を延長してみると、深度5500キロでは内外核境界深度の圧力に匹敵するように見えます。イスカンダルでは流体の外核、ひいては地磁気が存在しないのかもしれません。地球の磁場は太陽からの荷電粒子が地表に到達するのを防いでいますが、それか生命の進化に不可欠な条件なのかどうかは、まだよくわかっていないそうです。

 「スーパーアース」は現在のところ天体の組成によらず質量だけで定義されています。質量の上限は、地球の10倍程度と定義するのが一般的のようですが、下限については地球程度から地球の5倍程度まで幅があるようです。イスカンダルは、「下限の下限値」に近く、スーパーアースという言葉から連想するイメージ(地球の数倍以上)に比べるとはるかに地球に近い惑星ですが、内部構造や地質活動は異なったものになるかもしれません。


○イスカンダルの地勢とテクトニクス

 作中に登場するイスカンダルの外観は、その時々で微妙に変わっていますが、おおよそ下の図のようなものです。

図5 イスカンダル外観略図
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 この配置は、作中でイスカンダルとガミラスが並んで描かれている場面(図3のアングル)でも、ガミラスからイスカンダルに向かうヤマトから見た場面でも、さほど変わりがありません。図3の場合、実はガミラスがイスカンダルの手前側にあり、両者を十分遠方から描いた図(惑星探査機が捉えた「地球と月」の写真と同様)と考えれば、イスカンダルの自転が潮汐固定されていて、図3も図5もガミラス側半球を描いたものと考えて差し支えないでしょう。

 この半球は、陸地が帯状に分布しているので、並行してプレート境界が存在するかもしれません。

 図5の上側を北としたとき、半球を北東から南西に横断する列島(以下、主要列島)の配置は、地球のマレー半島からボルネオ島に至る「大スンダ列島」に似ています。その北西側にも陸地が描かれていますが、大スンダ列島との対比でいえばフィリピンに相当すると思われます(以下、北西列島)。そのように考えたとき、主要列島の南東側(図の右下側)には、列島に沿って海溝(スンダ海溝に相当)があり、海洋プレートが主要列島に向かって沈み込んでいるでしょう(以下、主要海溝)。主要列島と、北西列島の間には海盆(南シナ海、セレベス海に相当)があり、北西列島の北西側に沿って、やはり海溝かトラフが存在し(フィリピン海溝に相当)、海洋プレートが南東向きに沈み込んでいるかもしれません(以下、北西海溝)。

 ※北西列島に相当する陸地が描かれていない場合もあります。

 この場合、二つの列島が乗る大陸性プレートとそれを両側からはさむ、二つの海洋プレートの、最低3つのプレートで構成されていることになります。海洋プレートどうしの境界には中央海嶺があり、そこから両側に向かってプレートが拡大しているでしょう。生産された海洋プレートは、最低限、主要海溝で消費されて入れば帳尻があうので、主要列島の反対側には海溝(北西海溝を含む)は存在しないかもしれません(地球の大西洋の両岸と同じ)。

 陸地そのものがかなり少ないのは、惑星そのものがまだ若く、大陸地殻の形成が進んでいないのかもしれません。地球上の水は、火山からの放出という形で深部から供給される一方、大気上層で分解され水素は宇宙空間に散逸し、またプレートの沈み込みに伴って含水鉱物の形でマントルに取り込まれているので、長期的には減少しています。イスカンダルが地球より若いとすれば、海水量そのものが多いのかもしれません。これらは前述の恒星サンザーの年齢とも矛盾しません。

○イスカンダルの気候

 イスカンダルの陸地は南北方向の連続が途切れており、低緯度を東西方向に一周する「環赤道海流」が存在できます。環赤道海流は、地球においては中生代白亜紀に存在したといいます。低緯度で暖められた海水が高緯度に循環しないため海水全体の温度が上がり、これにより白亜紀の地球は温暖だったといいます。

 一方、新生代の地球が寒冷化した原因としては、大陸移動により環赤道海流が消滅したことに加え、南極大陸の分離により南半球高緯度を一周する「南極環流」ができたことが挙げられています。イスカンダルにおいては、極域に陸地が見られないため、環赤道海流と同時に、極域環流が存在する余地もありそうです。どちらが優勢になるかですが、イスカンダルは全般的に海の面積が大きいため、直感的には温暖になりそうな気がします。

 ガミラスとの潮汐固定の関連では、イスカンダルの自転が地球に比べて遅い場合、自転速度の差が大気循環や海流パターンにも影響するかもしれません。大気については、自転が遅い金星やタイタンでは、自転速度を上回る東西方向の循環「スーパーローテーション」が目立ちますが、イスカンダルの大気や海流についてはどうでしょうか。

図6 白亜紀の地球の大陸の配置(Paleomap Projectより)
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○イスカンダルの環境の変遷と「寿命」

 恒星の寿命は、質量の2乗〜3乗に反比例します。前述の理科年表の表より、サンザーの質量を太陽の1.3倍、太陽の寿命を100億年とすると、サンザーの寿命は半分程度、46億〜60億年程度となります。

 「彷徨える艦隊」作中の惑星については、植民星であることから、いま現在居住可能(ハビタブル)であればよく、母恒星の寿命まで考慮しませんでした。しかし、イスカンダル人が土着生物だとすれば、そういうわけにもいきません。

 地球は誕生してから約46億年で、太陽の寿命の半分程度ですが、太陽は成熟するにしたがって光度が少しずつ増しており(ハビタブルゾーンが太陽系の外側にずれていくことに相当します)、地球では、あと何億年か(6億年程度から10数億年程度と予想に幅があります)すると海は干上がり、生物が住める環境ではなくなるといいます。地球の位置で生命を保てる時代は、終わりに差し掛かっているといえるかもしれません。もしサンザー、イスカンダルが同様の時期にあたる(恒星の寿命の半分程度)とすると、作中のサンザーの年齢は20〜30億歳ということになります。地球では、まだ先カンブリア時代に相当する時期であり、生命の進化もそれなりにスピーディな必要があります。

 作中では、イスカンダル、ガミラスは星としての寿命を迎えようとしているとされています。何を持って星の寿命というのかが問題ですが、作中では、予期せぬ火山活動が描かれていて、地質学的に不安定(活発)になっているように見受けられます。

 現実の惑星の進化は熱的な進化、つまり次第に冷えていく歴史なので、寿命が近づけばむしろ地質活動は不活発になるでしょうし、惑星表面の居住環境の寿命という点では、惑星固体部分よりも、母恒星の光度上昇の影響の方が大きいように思います。

■参考サイト

・ウィキペディア日本語版
 ハビタブルゾーン http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8F%E3%83%93%E3%82%BF%E3%83%96%E3%83%AB%E3%82%BE%E3%83%BC%E3%83%B3
 金属量 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%87%91%E5%B1%9E%E9%87%8F_(%E5%A4%A9%E6%96%87)

・国立天文台岡山天体物理観測所http//www.oao.nao.ac.jp/
 H-R図 http://www.oao.nao.ac.jp/stockroom/extra_content/story/ippan/hr/hr.htm

・山賀 進のWeb site http://www.s-yamaga.jp/index.htm
 第3章 地球の構造 http://www.s-yamaga.jp/nanimono/chikyu/chikyunokozo-02.htm
 第4章 大気と海の歴史 http://www.s-yamaga.jp/nanimono/chikyu/taikitokaiyonorekishi.htm
 第5章 恒星 http://www.s-yamaga.jp/nanimono/uchu/kousei-4.htm

・山本弘のSF秘密基地 http://homepage3.nifty.com/hirorin/index.htm
 ガミラスとイスカンダルの正しい天文学 http://homepage3.nifty.com/hirorin/yanagida03.htm

・日経サイエンス
 地球進化の謎を解くマントルD”層 http://www.nikkei-science.com/page/magazine/1009/201009_072.html
 惑星の顔を決める大気流出 http://www.nikkei-science.com/page/magazine/0908/200908_052.html
 スーパーアース 別の太陽を回る地球 http://www.nikkei-science.com/page/magazine/1011/201011_050.html

・「知ってる限り天文計算を書くスレ」

最終更新 2012/03/17 

Keywords: "Star blazers", Iscandar, Sanzar system

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コメント(4件)

内 容 ニックネーム/日時
初めてここに書き込みさせて頂きます。
ヤマト2199のガミラスの社会について考察していて、完成した一つの文章を最近とあるブログに投稿しました。
http://movieandtv.blog85.fc2.com/blog-entry-468.html
ガミラスの工業水準を考察するのにサレザー恒星暦の一年が地球の何年に相当するのか考える必要があると思っていたのですが、この記事の内容が大変参考になりました。ガミラス人の1歳は地球人の2.5歳に相当すると考える事ができそうですね。ガミラスの考察文にこの記事のリンクないし引用をさせて頂いてもよろしいでしょうか?
T.N
2014/02/23 22:20
T.Nさま
コメントありがとうございます。
引用はしていただいて結構です。
ただ、ガミラスとかイスカンダルの設定は、ここに書いてある旧作準拠と2199は別のようなので、その点お気を付けください。
MASA(管理者)
2014/02/28 07:52
MASA様こんばんは。
またもや思う所ありまして、この記事を参考させて頂きました。
http://z-ryoshin.asablo.jp/blog/2014/03/05/7238004
私の方は間違えてるかも知れませんけどね。

なんにせよ、イスカンダル・ガミラス間は距離近いのでお互いの星は眩しく見えるはずですね。
そうすると、かえって夜空の天体観測が難しくなってしまうので、宇宙進出前の天文学があんまり発展しないかも知れないっと思ってしまったわけです。
RIBON-Y
URL
2014/03/05 22:05
RIBON-Y さま
コメント遅くなりすみません。後続記事もあわせて拝見しました。設定をもとにあれこれ考えるのは楽しいですね。
2199と1974の設定は分けて考える必要があるのと、2199は定量的な設定があんまり出されてない?点に注意が必要ですよね。2199のバレラスの描写から潮汐固定されてるのは間違いないっぽいですけど。
それでは
MASA
2014/03/20 06:29

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