第21章星の誕生と太陽系外惑星の発見The Birth of Stars and the Discovery of Planets outside the Solar System

Give several reasons the Orion molecular cloud is such a useful “laboratory” for studying the stages of star formation.

星形成の段階を研究するうえで、オリオン分子雲がこれほど役立つ「実験室」である理由を、いくつか挙げよ。

Why is star formation more likely to occur in cold molecular clouds than in regions where the temperature of the interstellar medium is several hundred thousand degrees?

星間物質の温度が数十万度の領域より、冷たい分子雲のほうが星形成が起こりやすいのはなぜか。

Why have we learned a lot about star formation since the invention of detectors sensitive to infrared radiation?

赤外線に感度を持つ検出器の発明以来、星形成について多くのことがわかるようになったのはなぜか。

Describe what happens when a star forms. Begin with a dense core of material in a molecular cloud and trace the evolution up to the time the newly formed star reaches the main sequence.

恒星ができるときに何が起こるかを説明せよ。分子雲中の高密度の物質のコアから始め、生まれた星が主系列に達するまでの進化をたどれ。

Describe how the T Tauri star stage in the life of a low-mass star can lead to the formation of a Herbig-Haro (H-H) object.

低質量星の一生のおうし座T型星の段階が、ハービッグ・ハロー（HH）天体の形成へどうつながるか説明せよ。

Look at the four stages shown in Figure 21.8. In which stage(s) can we see the star in visible light? In infrared radiation?

図21.8の四つの段階を見よ。可視光で星が見えるのはどの段階か。赤外線ではどの段階か。

The evolutionary track for a star of 1 solar mass remains nearly vertical in the H–R diagram for a while (see Figure 21.12). How is its luminosity changing during this time? Its temperature? Its radius?

1太陽質量の星の進化トラックは、しばらくHR図でほぼ鉛直になる（図21.12参照）。その間、光度はどう変わるか。温度はどうだろうか。半径はどうだろうか。

Two protostars, one 10 times the mass of the Sun and one half the mass of the Sun are born at the same time in a molecular cloud. Which one will be first to reach the main sequence stage, where it is stable and getting energy from fusion?

太陽の10倍の質量と、太陽の半分の質量の二つの原始星が、分子雲の中で同時に生まれた。核融合でエネルギーを得て安定する主系列の段階に、先に達するのはどちらか。

Compare the scale (size) of a typical dusty disk around a forming star with the scale of our solar system.

形成中の星を囲む典型的な塵の円盤の大きさを、太陽系の大きさと比べよ。

Why is it so hard to see planets around other stars and so easy to see them around our own?

ほかの恒星の惑星を見るのは非常に難しいのに、太陽の周囲の惑星を見るのは容易なのはなぜか。

Why did it take astronomers until 1995 to discover the first exoplanet orbiting another star like the Sun?

太陽に似た別の恒星を回る最初の系外惑星を発見するまで、1995年までかかったのはなぜか。

Which types of planets are most easily detected by Doppler measurements? By transits?

ドップラー測定で最も検出しやすいのは、どのような惑星か。トランジット法ではどうか。

List three ways in which the exoplanets we have detected have been found to be different from planets in our solar system.

検出された系外惑星について、太陽系の惑星と異なるとわかった点を三つ挙げよ。

List any similarities between discovered exoplanets and planets in our solar system.

発見された系外惑星と、太陽系の惑星との共通点を挙げよ。

What revisions to the theory of planet formation have astronomers had to make as a result of the discovery of exoplanets?

系外惑星の発見によって、天文学者は惑星形成理論をどのように修正する必要が生じたか。

Why are young Jupiters easier to see with direct imaging than old Jupiters?

直接撮像では、古い木星型惑星より若い木星型惑星のほうが見やすいのはなぜか。

A friend of yours who did not do well in her astronomy class tells you that she believes all stars are old and none could possibly be born today. What arguments would you use to persuade her that stars are being born somewhere in the Galaxy during your lifetime?

天文学の授業でよい成績を取れなかった友人が、恒星は全部古いもので、今日新たに生まれることなどありえないと思う、と話している。あなたが生きている間にも、天の川銀河のどこかで星が生まれていると納得してもらうには、どんな論拠を使うか。

Observations suggest that it takes more than 3 million years for the dust to begin clearing out of the inner regions of the disks surrounding protostars. Suppose this is the minimum time required to form a planet. Would you expect to find a planet around a 10-M_Sun star? (Refer to Figure 21.12.)

観測によれば、原始星を取り巻く円盤の内側から塵が取り除かれ始めるには、300万年を超える時間がかかる。これが惑星形成に必要な最小時間だとする。10太陽質量の恒星の周囲に惑星が見つかると予想するか。図21.12を参照せよ。

Suppose you wanted to observe a planet around another star with direct imaging. Would you try to observe in visible light or in the infrared? Why? Would the planet be easier to see if it were at 1 AU or 5 AU from its star?

ほかの恒星の周囲の惑星を直接撮像で観測したいとする。可視光と赤外線のどちらを使うか。なぜか。惑星が主星から1 AUの場所と5 AUの場所では、どちらが見やすいだろうか。

Why were giant planets close to their stars the first ones to be discovered? Why has the same technique not been used yet to discover giant planets at the distance of Saturn?

最初に見つかったのが主星に近い巨大惑星だったのはなぜか。同じ手法で、土星ほどの距離にある巨大惑星がまだ発見されていないのはなぜか。

Exoplanets in eccentric orbits experience large temperature swings during their orbits. Suppose you had to plan for a mission to such a planet. Based on Kepler’s second law, does the planet spend more time closer or farther from the star? Explain.

離心率のある軌道の系外惑星は、公転中に大きな温度変化を経験する。そのような惑星への探査を計画するとする。ケプラーの第二法則によれば、惑星がより長い時間を過ごすのは、主星に近いところか、遠いところか。説明せよ。

When astronomers found the first giant planets with orbits of only a few days, they did not know whether those planets were gaseous and liquid like Jupiter or rocky like Mercury. The observations of HD 209458 settled this question because observations of the transit of the star by this planet made it possible to determine the radius of the planet. Use the data given in the text to estimate the density of this planet, and then use that information to explain why it must be a gas giant.

公転周期が数日しかない巨大惑星を初めて見つけたとき、天文学者には、それらが木星のようなガスと液体の惑星か、水星のような岩石惑星かわからなかった。HD 209458の観測がこの問いを解決した。惑星が恒星の手前を通過するのを観測することで、惑星の半径を求められたからである。本文のデータを使って惑星の密度を見積もり、その情報から、巨大ガス惑星であるはずだと説明せよ。

An exoplanetary system has two known planets. Planet X orbits in 290 days and Planet Y orbits in 145 days. Which planet is closest to its host star? If the star has the same mass as the Sun, what is the semi-major axis of the orbits for Planets X and Y?

ある系外惑星系には、既知の惑星が二つある。惑星Xの公転周期は290日、惑星Yは145日である。主星に近いのはどちらか。主星の質量が太陽と同じなら、XとYそれぞれの軌道長半径はいくらか。

Kepler’s third law says that the orbital period (in years) is proportional to the square root of the cube of the mean distance (in AU) from the Sun $(P\propto a^{1.5})$. For mean distances from 0.1 to 32 AU, calculate and plot a curve showing the expected Keplerian period. For each planet in our solar system, look up the mean distance from the Sun in AU and the orbital period in years and overplot these data on the theoretical Keplerian curve.

ケプラーの第三法則によれば、公転周期を年、太陽からの平均距離をAUで表すと、周期は平均距離の3乗の平方根に比例する。$(P\propto a^{1.5})$。平均距離0.1〜32 AUについて、予想されるケプラー周期を計算し、曲線を描け。次に太陽系の各惑星について、太陽からの平均距離をAUで、公転周期を年で調べ、理論曲線の上へデータを重ねて描け。

Calculate the transit depth for an M dwarf star that is 0.3 times the radius of the Sun with a gas giant planet the size of Jupiter.

半径が太陽の0.3倍のM型矮星を、木星サイズの巨大ガス惑星が通過するとき、トランジットの深さを計算せよ。

If a transit depth of 0.00001 can be detected with the Kepler spacecraft, what is the smallest planet that could be detected around a 0.3 R_sun M dwarf star?

ケプラーが0.00001のトランジットの深さを検出できるなら、半径0.3 R_sunのM型矮星の周囲で検出できる最小の惑星の大きさはいくらか。

What fraction of gas giant planets seems to have inflated radii?

巨大ガス惑星のうち、半径が膨らんでいるように見えるものは、どれほどの割合か。