惑星分布と地球内部構造との相関関係に就いて
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(2) . 昭和28年7月. 2 北 海道 学整大学 紀要( .第 部). 第 4巻 第2号. 惑星分 布と地球内部構造との相関関係に就 いて 武. 田. 司. 女・. 北海道学塾大学函館分校物理学研究室. ibー io f pl 七 ts t io t s を ul c l r ー l 1o Bulリi Takeda ; MutuaI Relat 、 I Di l vec l bc i l i t tut c Earth l oft ・ ・ ol lmI CO 1 S er and lnt .. ’ .. 1 1OL‘ .=3x2n- 十4. 序. 772年 BODEによって 太陽系惑星間の分布に関しては1 見出された有名な BODE法則がある。 該法則はみ迄m仙彬. 及び遠距離惑星に適用されない経験法則であり、 其 の物 理的意味に就いては未解決と云うよりも本来意味を有し ないと云える。. ) DE法則に換る新分布式を次の諸事項 本研究は斯る Br. 考慮のもとに求め提起する ものである, i) 遠距離惑星 PZ ‘ o迄適用されねばならぬi % 他 2) 分布式の物理的意味付に可能性を興えるため、 .. の宇宙物理現象と関連させる。 3) 太陽系惑星群の物理的性質による分類上に於ける. 二大群を示す因子が分布式に示される事が惑星生成 過程研究上望ま しい。 4) 惑星軌道半長径に関してはf 活動等に依る軌道変化 が過去に あった事を考慮に入れるべきである。. 5) BODR 法則では基準惑星として 』霊r c 彰彬 を用いた. が、 軌道変化を老慮せば、 変 化の最も少い基準惑星 を 見出さね ばならない。. )の発見によりその鱈値 を認め e s r 本法則は小惑星 (Ce f U o の 発見よ り ・ o 2 ‘ s られたのであるが mt , . Ne匝碗 PZ. 該法則は遠距離惑星に適用されない事が判明 した。BODE による L ・ ・ と観測による Ln 及びその喰違いは第一表に 6% は本来式 示す通りであるが、』迄mmり に就いての 2 . a の持つ意味より 42% とするのが妥当であり、 対e〆mz. P卿o とnの増加にっれ喰違いは増大し P卿o の如きは 100% に近い 第一図に示す如く BODB 法則は太陽系領 域を P卿o迄とするならばその適用は牛領域に限られ、. 更に太陽系半径を 加0天女単位とするならば 尚 と云う 且外部惑星に於て其の喰違いを増 大する方向にある。 これ等の事は BODR法則の適用が 一 場系全 体としての法則の意義を有しない 部分に限られ太i 』左mow てよい 事を示すと云っ 。 亦式 (B) に於て 4は ”伽K 〕 第一表 BODB 及び観測値 L と BODE の喰違. 局部的なものとなる. n 一 観測 り値. 」1喰 違 % ,n 虚 伽 L ,. 6) 軌道変化に関 して は、 該惑星が天体力学上より充 分な可能性 が輿えられるものであるべ きである。. ワのも と t s . 2 . BODB 法則の批判. GB ・ B S ′. 772年 BODE によって み卿cmリ BODE法則はー , yけ励も. . i 亙の仇,み如r z ぬけ e ‘ } もの六惑星の平均軌 道半長径 s r p ,孟る ,S( から見出された軌道要素に関する経験法則である。 即ち. . 0 とし、 各惑星を内側より順次 地球平均軌道牛長径を 1 .. 1とするとき各惑星 0 ,2 , …… と番号を附し、 これを1 ,1 熊田 は次式で輿えられ の平均軌道半長径 Ln(天文単位) ると云う。. (B). 但し み蛇mow は例外であって n=0 であるが 1‐1=0 とせねばなら ぬ。 3x2 1. Z¥u r o. o. 04. ー. 07. 2. ・0. 3. ー6. 4. 28. 5. 52 ‐ 100 1. 7. 6 191. 8. (88 ). 9. 2 77十. 387 ! 0 . 0 723 … .. , 。。o 1 .. 1 524 : ・ . 2・ 767 i 5. 203 1. 9 .540 i 191 ! ー9 . i 30 071 1 . 39 457 1 .. 2 6 . 2 8 .. 0 0 ・ 5 3 . l l .. O 0 . 8 4 . 2 l .. 0 29 . 9 95 .. の平均軌道半長径に近似させたものであるが、 他の数値. - 14 一.
(3) . 惑星分布と地球内部構造との相関関係に就いて 1 ) ・ c は何等の物理的意味を有しない。 以上の理由より Bol. 法則は物理的には無意味 であると考えられ、 惑星分布の. 物理的意味付に関しては、 物理的意義を持つ数 値を用 い、 他の物理現象に関連させねば其の解決は得られない と思われる。 4 95 0xーoskm 脚註 1)、天女単位=1 ,. ー‐. 第三表. 観測値 Ln及び不連続域による Ln. . 月をr cmy . 587 0 . 8 0 . 12 i .237. 五な凋ん . (地球平均軌道牛長樫). . 地球内部構造に関しては古く純理論的考察による連続 I )の 研 IELTJES もととする密度分布に就いての Sr 構造を. 究、 地震波の研究より密度分布に不連続構造を導入した 2 )の研究がある, 其の後 Kws N- sル\N I ; Wmml n r ‘ r ,GUT 3 ) B H R G U L - の より第二表の如き内 L K BR , L N 研究 , 、 ^へ c 部構造を持つと考えられて おる。. 7 .746 15 .583 24 418 .. びγmmR. 考. 508 1 . 836 2 . 199 ・5 . 459 10 .. 389 16 . 美 8 3 32 0 9 2 1 504 . .. P卿Z o. v) 刀α溜る{ 法 “垣r s より算出されない が、 平均値とし. て近似的に一致する。. vi) ▽) に よ りTをmo s は 鳶 馴れ より算出されない。. 545 城に 虐げ i i) T翻る sの 0 l o c ▽ t o r y が奥 .えられる。 .. 第二表 地球内部構造. 第 一. -主 成 分 深度 l on 平 r比 一. 層. 備. 394 0 . 545 0 . 0 8 . 30. 247 2 . 225 4 .. . 3 , 惑星分布と地球内部構造. 」 o 545 .. 牌. 図. 60~foo迄 1200. 中間層 内. 核. 矧 ” 4 雛鵠. 中. 96. 心. Ni , Fe. 第二表の四層分割に於て最も注目される事は中間層と 内核の境界即ち深度 2900km の層で、 著しい不速読性を 持ち、 P波は此の内部に於て著 しい屈折を受ける。 該不. 連続域は境界の内外に於ける構成物質の物性が異なる事 に依る ものと考えられておるが、 原因に関しては量子統 4 ) の研究・ ;ある。 該不連続. R 1 ク \ 計的取扱を試みた KOTHノ 城より顕著ではないが、1200km の深度即ち.外套圏と中 間層との境界にも不連続城が存在する。 63 000 とすると 78km を ! 各不連続城は地球半径 ( , .. 1m) 中心より第ー不連続域 (深度 !200 、 第二不連続減 545 の点に存在する。 各惑 okm) は 0.812,.0 ( } (深度29 . 81 545 の値を第三表に 2 星 L, . . ,0 . の観測値に対する 0 示す。 第三表より次の諸点を見出し得る。 812 近傍に Ne国伽eが存 f i z t oの0 ) 最外部惑星 PZ .. 4 ・ 第三表の吟味、 修正. ・. 在 する。. 秘 sが存在する。 i i も ) P籾o に対する 0.~45 城に Uゲの i i i) ▽ ,m m8 は 亦. 一札. ,の両値の平均域に存在す. 刃epmz e と. る。 545 城に次の内 / iv), て s 迄各惑星の 0 ” ’ 7 1 6 8 以下 a超r . ? ,. 部軌道惑星が存在する。. 第三表計算値 美ー ーと観測値. Ln の喰違い (%) を第. 四表に示す。 Bo l ) E 法則に依る喰違いと第三表による喰違いを比較 s 迄は BOD E の場合総体と ow よ り ,Ummo すると 川鍋z lmz e して遥かに良い近似を示すと云えるが 刃e p , P卿o. 一 15 一.
(4) . 武. 田. 女.‐司 第五表 S破か ’ z .を基準とせる修正計算値 L。. 第四表 美】 iの喰違 Iと L , 0. 8% 1 .. 1. 6 2 .. 2. 4 3 . I 1 .. 3 4. 2 5 .. 5 6 7 8. kn - /Ln)×100 (-Ln-二. 812 xo .. 0 2 ~彩 .. 545 xo .. 十一. 372 0 .. 6 9 . 6 3 .. 0 683 .. 9. に於て は其の比ではなく第三表の方が良い近似を持つ。 勿論 BODE 法則は六惑星の Ln に一致するように取られ た数式であるとは云え.数式によるものであり、 第三表. βαだれ. 1 254 .. . 544 1 ‘. . 2 834 .. . 5 199 .. . 40 9 5 .. は個々 の惑星についての観測値より算 出したものである から計算値について比較する事は 無意味と云える。 然し. 191 17 505 l9 . . . をあげると. . 第三表は計算値以外に重要な意味を持ち、 次に其の諸点 i ) 従来太陽系惑星群を質量、 竿径 (即ち密度) 並び 』霊mow, に・扇 平 度、‘ c , .kdo 等から地球形惑星群(. リ ye ) と木星 型 惑 星 群 s 8 ヂ ム 」拡げ n ・ ‘ , P卿o , 刀α. ) の 二大 群に分 s e ー ? e r γ (孟みごと ち びmmo ,Ne〆秘デ , S臨も. 071 32 人r 117 e 30 e 冗 . z恵む .. Lー ,コ. .. 群、 木星型惑星群の最外部軌道惑星である。. 動する。 第三表の平均値はこれ等小不連続域に相 当 し、 且第二不連続層の外側にある。 ご卿 より み愈r ァ i i s 迄極めて良い近 i ) 第三表に於て , 比か mmも 似を示す事から全惑星の基準軌道として S‘ トの全惑星平均軌道 の 9540 を用じ ・て S飾る r 冗 以タ ・深度に 牛長径を第一不連続層深度、 第二不連続層 依 り算出される可能性がある。. i i ) により修正し、 計算値 以上の吟味より第三表を i を第五表に示す。. 540 9 . 1xo 1 1 1 545n‐n 0 .812 .. ±1 , 十3 ,… … … … , 土2 r a 1 1=士1 m s l を除く全地球型惑星で 1 p;. る。 』轟けs 並びに Ne臨む e は一連の地球型惑星 ? z. に云うならば両 不連続層の間に尚二個の不運層続 が存在する, 但し此の二層の深度は場所により変. 117 32 .. } も を中心として順次 もで 0 か 1 1; 8mm} ,S曙z. ‘mz e s て万mm sは各々の 外部隣接軌道惑星 』紅r p ,刃e , ・ の 0 お 5 812 0 ぅ 4 として奥えられて 値の平均値 . . ,. 深度は場所の如何に拘らず一定である。 然し厳密. 651 39 45739 . .. 法則に対 醸し、.且全惑星に適用される新分布式の確立を 示唆しておる。 第五表は次式で興えられる。. ァmm梯 から 』金r s迄 類して おつたが、 第三表で 〔 ね 5 忍耐 0 及び 5 4 し 近似を示 城がそれぞれ良く ・ . 、. 二不連 iD 地球内部構造は第二表に示したが第一、 第, 続層は不連続層の最も顕著なものであり、 且其の. 一 !254 .. 洞Q s r , Cc脚 を含む全木星型惑星に対し. m =0. 符号は n ,m 共に外惑星正、 内惑星負とする。. 上式を其の意味に従って書き表わすと Sc ぬけ 7 も平均軌道半長径(天女単位) z. n 1 n 菱 L :( 犠 電 1 斗 1 醇) - 欝) (T) ‐n , m は前述の 通り. 本研究に方冬(式 (T) ,法則に換る惑星分布に ,を BODE する 布式として提議 関する新分 。 6 . 未知惑星軌道橡想 「 P) による未知惑星の予想軌道に 本節では新分布式 ( 就いて従来の橋動論よりする予想値と近似的に一致する 点を示す。. 5 . 惑星分布に開する新分布式 第五表は &ば てのみ を基準として 得られた値である が地 球を除外すれば、 各惑星の喰違いは lo% 以下となり、 Bom 法則に比し総体的に良い近似を示す, 第五表は第 三表と異なり、 基準惑星より算出さ れた点に於て Bom. 天体力学上、 Umm8 , Ne撚る解,PZmo は多くの問題を 残しておる。 即ち、 軌道運行に関して、 Um伽s は軌道 . s に揺動を輿え、 mmt 計算値と異なった運行を行い、 ロ. 置乱する未知惑星の存在が予想され・ 冬部惑 其の運動を ・ r t t t oに oの発見がなされた。 PZ o ・ e 星としての Np漁り ,Ph. - -- 16 -.
(5) . 惑星分布と地球内部構造との相関関係に就いて 関しては現在筒観測記録少く、 且衛星が発見されざる故 質量決定がなされず、 現在 Pmoの質量は光度測定、 亦 は直径測定に依り推定する以外にないが、 其の質量 は予 想 外に 小さ く、 Ne ′ sの運 1 o 6 o によって筒 口mm zmme , PZ. 行を説明し得ない。 ここに 理. はめ 外部の未知惑星 (超 Pね ‘ o) 問題が起る。 ろ o に就いては Umm 超 P‘”Z o sに対する儒動計算に依る ものと、 慧星群に依るものの二方法があるが、 第六表に 二方法による予想値と筆者の式 (T) による値を示す。. 筆者計算値は式 (T) の n ,m に次の二組の値を興えた 計算値である。 ′n = +4 Lm コ +1. 4 ′n = + ・ー 2 ー ト mコ. 0であり、 筆者計算値 揺動よりの計算値は平均48及び/ B 4 9 7 3 す m1 法則に依れば式 筒 と良い近似を示 は , 。 5 R 1 4 れる と興えら ( ) より 。 ・第六表 組 PZ ‘ { ・ o 予想軌道値. 刃e ご ‘ ‘ p i e o て ・ { ‘ o に関しては著しい。 6 p , PZ , 超 P‘ L と式 (T) に依る L との関係を見るな. 次に観測値. らば、 次の如き事が言える。 観測値とのずれに就いては部分的に BODBに比し極め て大なるものがあり、 亙の仇 の如きは 25% に及んでお る。 此のずれを説明するためにも、 亦惑星分布を論ずる に当っても、 先ず惑星軌道の変化を考慮に入れねばなら. ない。 即ち天体力学上に於ける角運動量の 獲得、 喪失 は 卜部天体侵入に依る 直ちに軌道変 化を起すであろうし、 タ 橿乱も変化の原因になるであろう。 小惑星群に於ける各 小惑星に就いて見るならば、 最大の Ce e sは本来の軌道 r を維持しておると考えられるが、 他の小惑星軌道は極め て広範囲に分散しておる。 此れは小惑星群の成因を考え ねばならぬが、 ー感外部天体との接触に依る破壊であろ う事が小惑星個々の形態より考 え ら れ る。 亦 前 述 の Umm s ‘ れ e の天体力学上の重要問題として、 更 , NB臨も. 慧星群. - 48 , 100 , 300 7 3 式(T) 49,. 筆. に惑星及び衛星の軌道運行に於ける目轄、 廻鱒方向があ /mmS の自縛方向は N切れmB と共に逆運行であ る。 【. 者. ・ り、 Um%那 の衛星は U’ のみ z { s と同様の廻軸方向を持ち r 逆運行である。 ハ ね e { ? z e の衛星は母体惑星と逆運行であ p. ※ 山本一浩縞 「図説天文講座」. 7 . 式 (T) の吟味及び効果 式 (T) の物理的論拠に就いては本編の段階で明確に 論ずる事が出来ない。 従って式 LT)の意義に関しては、. BODE 法則との比較並 びに其の結果的効果に依る以外に. ない。. BODH 法則 1による式 (B) と本編で提議せる 式 (T)に. 関 して比較 し、 論ずるならば、 i )BODEの場合は近似的 』粉鋤彬 平均軌道牛長径の みが物理的意味を有す る に 対 し、 式 (T) で は. S破けル の軌道値、 地球半径、 地球内部不連続層 深度と物理的意味を有する数値により表示されて お る。. 筒従来の分類では、 0g r e 8 は両型に属させていな い。 亦 靴粥oG ま地球型惑星とされて おる。 i i i ) 式 (T) による計算値は第一図に 示 す 如 く、 式 「B) に比し観測値との近似は極めて良く、 特に. .・. i i ) 式 (T) には惑星群分類の因子 m が含まれてお 8 以下の地球型惑星群に対し m= る。 即ち 』垣r ′r粥 迄の全木星型惑星 P ‘ トi ′ nヒー -1 oでは o ,Ce , z . 群に対し1 u=0 が興えられる 従って m の値よ り惑星群を分類すれば次の如くなる。 地域型惑星 川鍋z s t r も て o y , 亙の臨 み北端, ,下を’. .Smm’ e s e s 木星型惑星 Ce r r - ‘ , 万mm , , ,孟る戸′. って順行である。 此等の原因に関しては、 タト部天体侵入 時に於ける橋動によるものと考えてよい であろう。 山本 ‘ 一清氏は Pね ? e oの観測記録を綜合し、 Pとばo は Nep‘ ‘ ’ z る の衛星であって、 外部天体の接近、 通過によ り著しい掘 動を受け、 対e ? ほ を脱 したものであると考え、 其の際 る pぬ. 他の惑星は相互位置関係より影響を受けなかったと論じ ‐mm ておる。 斯る橋動が過去に起ったとすれば、 U $ Ne〆m l e の軌道にも変 化が見られるべきで、 式 (T) と. Z 観測値との喰違いも説明出来る。但し、 PZ ‘ 2 ‘ ? ‘ ? z e oが 対e p の衛星であるとの説は本編に於て否定される, 以上記述せる如く、 タ 卜部天体に依る煽動及び惑星自体. に依る軌道変化を考えるならば、 式 (T) の導出法より. 当然現観測値と喰違う惑星の存在が予想される。 第五表 で喰違い%大なる Ummo s る 7 z e と Eの仇 は他の惑 , 刃epぬ 星に比し、 著Lい特異性を有する。 式 〔T) は此等未解 決の特異性解明に手懸りを興えるものと考えられる。 ・ 結 8 .. 語. 序に記述せる諸傑件を満足するものとして 新分布式 (T) を提議したが、 式 (T) は太陽系惑星群の基準軌 道を示すものと言える。 従って本研究は太陽系生成及び. 一 17 イ.
(6) . 武. 田. 惑星分布に種々の問題を提起すると共に、 外部天体に依 る掘動履歴及び惑星相互の揺動に依る軌道変化に関する 資料を提出するものである。. 女三 司 l 1 1 l 3) K.聡. Bul ) en ; ル t . .3 . Sup , N. Geop , vo 1 3 6 3 9 5 9 ) ( p . l 4) D.S i: Mon t t thly No r ・a ,93 (i932) . Ko , 96 ー ‐ 1936) P ( .A 165 (1938) . R.A.S , roc. 開係女敵及び参考書 landa 1) St ie l i l i t i ves nger s e s; △rp ・ se .19(1884) ,t , 2) J 鳳 i h N ー l V G 6 i 下 t; i t t e c r ten (1897) e e a c I r c I g n . .. ‐ r 18 m. 「天女宇宙物理学総論」 「図説天女講座」 藤田、 宮本 著 「宇宙物理学」 ・波講座 (物理学) 「地球物理学」 岩 松隈著 「天文学概論」.
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