京都産業大学神山天文台と国立天文台の研究グループは、地上からの観測としては初めて、パンスターズ彗星（P/2016 BA₁₄(PANSTARRS)）の彗星核表面に含水ケイ酸塩鉱物があることを発見し、この彗星が現在の軌道で予想されるよりも高い温度に加熱されていたことを明らかにしました

リリース日：2021-04-06

• 京都産業大学と国立天文台からなる研究グループは、すばる望遠鏡による中間赤外線観測を行い、その結果、地上からの観測としては、初めて彗星核（彗星の本体）の表層成分を調べることに成功しました。
• 本研究により、彗星核の直径は約800メートルであることや、彗星核表面の温度が摂氏80度程度であったことに加えて、彗星核表面は複雑な有機物や含水ケイ酸塩鉱物に覆われていることを明らかにしました。
• 含水ケイ酸塩鉱物が彗星で見つかったのは今回が初めてで、その特徴を詳しく調べたところ、パンスターズ彗星の現在の軌道で予想されるよりも高い温度に加熱されていることが明らかになりました。今回の成果は、「太陽系の化石」と呼ばれる彗星の進化や小惑星との関係を探る上で重要な成果です。

太陽系小天体は、太陽系が誕生した46億年前の情報を今現在でも保持していると考えられています。過去の情報を保持すると言う意味で「始原天体」や「太陽系の化石」とも呼ばれます。そのため、これまで様々な研究の対象となってきました。最近では、日本のJAXAが行った「はやぶさ２」による小惑星リュウグウからのサンプル採取／帰還が記憶に新しいところです。
リュウグウなどの小惑星は主に岩石質な小天体ですが、彗星は氷を主成分とする小天体です。彗星は、氷と塵（ダスト）から成る「核」が、太陽に近づくことで氷が昇華（氷から直接ガスになること）し、ガスやダストを周囲に撒き散らします。これらのガスやダストの広がりが「コマ」と呼ばれる部分です（図1）。普段、私たちが太陽に近づいて明るくなった彗星を観測すると、コマに隠されて「彗星核」を直接見ることができません。しかし、研究者たちが本当に観測して明らかにしたいものは、この彗星核にこそ秘められているのです。そのため、研究者たちはこれまで、彗星に探査機を送り込み、近くから彗星核を観測・研究する数少ない機会を待つしかありませんでした（1986年にはハレー彗星で世界初の彗星探査が行われ、近年では、欧州宇宙機関ESAが2014年-2016年に実施した彗星探査Rosetta計画が有名です）。

今回、京都産業大学神山天文台と国立天文台の研究者から成る研究チームは、2016年3月に地球に接近したパンスターズ彗星（正式名称は、P/2016 BA14 (PANSTARRS)※1）を、ハワイにある国立天文台のすばる望遠鏡を用いて観測しました。今回、コマの影響をほとんど受けずに、彗星核から放射されたシグナルを直接捉えることができ、同彗星の彗星核表面にみられる成分の分析に成功しました。このような観測に成功したのは、パンスターズ彗星を地球との再接近時に近くから観測できた（拡大して見ることができた）ことと、同彗星が比較的活動度の低い（あまりガスやダストを放出していない）彗星であったことが、大きな理由です。
研究チームが得た、中間赤外線と呼ばれる光（波長8-13ミクロンおよび18ミクロン付近）の分析から、(1)彗星核の大きさは約800メートルであること、(2)彗星核表面の温度が摂氏80度程度（絶対温度350ケルビン程度）であったことが判明しました（図2）。また、(3)彗星核表面には、含水シリケイト鉱物（同様に岩石の中に水を含む鉱物にはオパールなどがある）や複雑な有機物が存在していることが明らかになりました。特に、中間赤外線で彗星核表面に含水シリケイト鉱物の存在が示唆される結果が得られたのは、世界で初めてのことです。また、こうした彗星核表層の観測を、探査機によらず地上の望遠鏡で達成できたのも初めてのことです。

同彗星は、京都産業大学神山天文台の研究者が参加して推進している、彗星探査計画「コメット・インターセプター※2」のバックアップ・ターゲットの候補にもなっています。将来、探査機がパンスターズ彗星に訪れ、その彗星核の姿を直接見る機会があるかもしれません。また、今後、さまざまな進化段階の彗星の核を赤外線で観測して、含水ケイ酸塩鉱物が、彗星に普遍的に存在するのか、あるいは加熱された履歴を持つ進化した彗星にのみ存在するのかを、鉱物の生成機構とともに明らかにし、さらに太陽系小天体の誕生と進化について解明していくことが期待されます。

※1：パンスターズ彗星（正式名称：P/2016 BA14 (PANSTARRS)）
2016年1月に小惑星として発見され、その後、彗星活動が確認された彗星。木星族短周期彗星と呼ばれるグループに属しており、木星との重力相互作用によって軌道が大きく影響を受けています。同彗星は、2016年3 月22.6日(UT)には、地球に0.024天文単位（地球・月間の約9倍の距離）まで近づきました（図3）。また、同彗星は地球との再接近付近の可視光線の観測から比較的活動度が低いことが判明しており、過去に何度も太陽に接近し、彗星の中心にある「核」からガスやダストを放出して次第に枯渇しつつある、進化した彗星である可能性が示唆されていました。

※2：彗星探査計画「コメット・インターセプター」
欧州宇宙機関とJAXA宇宙科学研究所などが実施する彗星探査計画。あらかじめ探査機を打ち上げ、観測対象となる天体が現れるまで宇宙空間に待機させるという新たな手法で、太陽系で最も始原的な天体の一つである力学的に新しい彗星あるいは2017年に太陽へ接近した恒星間天体「オウムアムア」のように太陽系に一度しか接近することのない希少な天体を、3つの探査機で同時にフライバイ探査するという計画。

タイトル    Mid-infrared Observations of the Nucleus of Comet P/2016 BA14(PANSTARRS)
「P/2016 BA14（パンスターズ）彗星の核の中間赤外線観測」
著者    大坪 貴文（国立天文台）1、
河北 秀世（京都産業大学）2
新中 善晴（京都産業大学）（主著者1、責任著者2）
雑誌    惑星科学誌「Icarus（イカルス）」
発行年月    2021年3月15日（日本時間）（オンライン）
DOI (英語)    10.1016/j.icarus.2021.114425
※本研究は、日本学術振興会 科学研究費補助金 (課題番号：JP17K05381, JP19H00725, JP20H01943, JP20K14541)の助成を受けて行われました。