観測成果

すばる望遠鏡の中間赤外線観測により、エンケ彗星の核の形状と表面温度が明らかになりました。彗星核の自転に伴う熱放射の変化を解析した結果、核は細長い形をしており、長軸約７キロメートル、短軸約３キロメートルと推定されました。また、観測時の表面温度は 328 ±７ケルビン（約 55 ℃）と求められました。これらの成果は、彗星の活動や軌道が変化する仕組みを理解し、太陽系初期の歴史を探るための新たな手掛かりとなります。

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図１：エンケ彗星の彗星核の想像図（クレジット：京都産業大学（Microsoft Copilot使用））

彗星の謎を解く鍵は「核」にある

いつの間にか現れ、ぼおっと広がった「コマ」と長い「尾」をたなびかせて夜空を飾る彗星は、人類の歴史とともに文化、芸術、そして科学の対象となってきました。

エンケ彗星（2P/Encke、注１）は、19 世紀にドイツの天文学者ヨハン・エンケによって軌道が詳しく研究され、約 3.3 年ごとに太陽をめぐる周期彗星であることが明らかになった彗星です。エンケは、この彗星の公転周期が少しずつ短くなっていることも発見しましたが、その原因は解明されていませんでした。この謎を解く手掛かりとなったのが、彗星の中心にある「彗星核」です。

20 世紀中頃には、アメリカの天文学者フレッド・ホイップルが、太陽に近づいた彗星からガスやダストが噴き出す際、その反作用によって軌道が変化するという考えを提唱しました。また、彗星核はダスト混じりの氷でできているとする「汚れた雪玉」モデルを提唱し、彗星理解の礎となっています。

彗星核は、46 億年前の太陽系誕生当時の物質を残す重要な研究対象です。しかし、太陽に近づいた彗星は、核から放出されたガスやダストが周囲に広がり、「コマ」と呼ばれる雲状の構造をつくるため、中心にある小さな核そのものを地上から観測することは容易ではありません。それでも、彗星核を直接調べることが、彗星の性質や太陽系初期の歴史を理解するうえで重要になります。

自転する彗星核の熱から、形と温度を読み解く

産業医科大学、京都産業大学、株式会社フォトクロスの研究者からなる研究チームは、2003年11月にすばる望遠鏡で観測したエンケ彗星の中間赤外線（波長約 10 マイクロメートル）のデータを解析しました。観測には、冷却中間赤外線分光撮像装置 COMICS（Cooled Mid-Infrared Camera and Spectrometer；コミックス）を用いました。

中間赤外線では、彗星核そのものが放つ熱を捉えることができます。また、すばる望遠鏡の高い空間分解能によって、観測されたエンケ彗星は点状に見え、コマからの放射の影響が小さいことが分かりました。このことから、観測された放射の大部分は彗星核そのものからの熱放射であると考えられます。

解析の結果、観測中に彗星の明るさが変化していることが分かりました。これは、細長い形をした核が自転することで、地球から見える面の大きさが変化したためと考えられます。研究チームは、この明るさの変化から、核の形状を長軸約７キロメートル、短軸約３キロメートルの細長い楕円体状と推定しました。

エンケ彗星の核が細長い可能性は、これまでの可視光やレーダーなどによる観測からも示唆されていました。また、探査機による観測では、球形とは大きく異なる複雑な形の彗星核も確認されています。今回の研究では、核そのものからの熱放射を利用するという別の手法で、エンケ彗星の形状を調べました。

さらに、複数の波長で観測した熱放射を解析した結果、観測時に太陽から約 1.1 天文単位の距離にあったエンケ彗星（図２）の核の表面温度は 328 ±７ケルビン（約 55 ℃）と推定されました。この値は、他の彗星核の観測に基づいて経験的に予想される温度（約 327 ケルビン）とよく一致しています。表面温度は、太陽光を受けた彗星核がどのように温められ、熱を宇宙空間へ放射するのかを表しており、彗星核の組成や、形状、長期的な軌道変化を推定するうえでも重要な情報です。

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図２：観測時（2003年11月）のエンケ彗星の軌道の模式図。太陽と彗星の距離は 1.09 天文単位、地球と彗星の距離は 0.27 天文単位でした。１天文単位は地球と太陽の平均距離に相当します。（クレジット：京都産業大学）

彗星の軌道変化を理解するために

エンケ彗星は、彗星研究の歴史においても特別な天体です。核から噴き出すガスがロケットの噴射のように核を押し、軌道を変化させる「非重力効果」を理解するきっかけのひとつとなりました。この効果の大きさや向きは、核の形や自転の状態、ガスが放出される場所や方向によって変わります。今回明らかになった核の形状そのものが公転周期の変化の直接の原因とはいえませんが、得られた形状や大きさは、彗星の活動と軌道の長期的な変化を理解するための基礎情報となります。

マウナケアから、彗星核のさらなる素顔へ

研究チームは 2021年にも、別の彗星核を中間赤外線で捉えることに成功しています（2021年4月5日 すばる望遠鏡観測成果）。今回の成果と合わせ、地上望遠鏡による観測から、彗星核の性質が次第に明らかになってきました。

中間赤外線は彗星核の熱放射を捉えるのに適していますが、地球大気中の水蒸気に吸収されやすく、望遠鏡や大気自身からも強い熱放射が出るため、地上からの観測が難しい波長域です。標高約 4,200 メートルのマウナケア山頂域は、大気中の水蒸気が少なく乾燥しているため、中間赤外線観測に適しています。このマウナケアの優れた環境とすばる望遠鏡の 8.2 メートルという大口径のもと、COMICS は高い空間分解能で撮像と分光ができる世界的にもユニークな観測装置となっています。

COMICS は 2020年にすばる望遠鏡での観測を終了しました。現在、マウナケアには中間赤外線観測を定常的に行える装置がなく、本研究を率いる大坪貴文博士（産業医科大学）を中心に、COMICS の再始動計画が進められています。

大坪博士は「今回のエンケ彗星の研究で、中間赤外線の観測は彗星核そのものからの熱放射を直接とらえられることが明らかになりました。今後 COMICS を再始動することで、より多くの彗星核の形や温度、表面物質を詳しく調べ、その素顔に迫っていきたいと考えています」と語ります。


本研究成果は、2026年11月9日付の米国天文学専門誌『アストロノミカル・ジャーナル』に掲載されました（Ootsubo et al. "Photometric and Spectroscopic Observations of Comet 2P/Encke's Nucleus in the Mid-infrared Wavelength Region"）。

本研究は科研費（JP23K25930、JP24H00271、JP2600771）、京都産業大学神山宇宙科学研究所、神山天文台の支援により実施されました。


（注１）「2P/Encke」の「P」は周期彗星（periodic comet）を表し、「２」は周期性が確認された順番を示しています。エンケ彗星は、ハレー彗星に次いで２番目に周期性が確認された彗星です。