アストロメトリー（位置天文学）—視差と固有運動で測る恒星の位置と距離

アストロメトリー入門：視差と固有運動で恒星の位置・距離を解説。観測原理から実例までわかりやすく学べるガイド。

アストロメトリーとは、天文学の一部で、星のような宇宙空間にある物体の運動を測定することです。これらのオブジェクトを測定する主な方法は、適切な運動と視差の2つです。

正運動とは、地球から見たときの物体の位置の時間的な変化のことです。他の何かが動くのと同じように、星の正しい動きは、同じ場所を別の時間に見て、その星がどれくらい動いたかを見ることによって測定されます。星との違いは、地球から見た場合、星の動きが非常に遅いように見えるため、1年に1秒単位で測らなければならないことです。星の運動量が大きければ、その星が近くにあることを意味します。最も大きな恒星であるバーナード星は、348年間で空を1度(3600アーセコンド)しか移動していません。

視差とは、2つ以上の異なる場所から見たときの物体の位置の違いのことです。物体を新しい場所から見たときに、見る人から遠くの異なる背景を示す物体までの新しい視線が存在します。視差は、2本の視線の間の角度を使って測定されます。

視差は、最も近い数千個の星までの距離を測定するためにも使用できます。これらの距離は、約3.26光年に相当するパーセクで測定されます。

用語の整理：固有運動と視差

上の本文で用いられている「適切な運動」「正運動」などは、一般には日本語で固有運動（こゆううんどう）と呼ばれます。固有運動は観測者（通常は地球）から見た「天球上での位置変化」を角速度（通常は年あたりの角秒、"/年"）で表したものです。一方、視差（年周視差とも呼ばれる）は、観測位置の変化（主に地球の公転）によって同じ星の見かけの位置が振れる角度を指します。

固有運動の測定と意味

固有運動は複数年にわたる精密な位置測定から得られます。一般的には赤経・赤緯方向の成分（μα*, μδ）で表され、それらから固有運動の大きさと方向が分かります。固有運動と距離が分かれば、天体の横方向（視線に直交する成分）の実速度（横速度）を求めることができます。変換式は次のようになります：

• 横速度 v_t (km/s) ≈ 4.74 × μ ("/年) × d (pc)

ここで μ は合成固有運動、d はパーセク単位の距離です。例えば、固有運動が1"/年で距離1 pcの星は約4.74 km/sの横速度を持ちます。

固有運動が大きい星は一般に近くにあることが多く、バーナード星は固有運動が特に大きい例で、その値は約10.3"/年（348年で約1度）に相当します。

視差と距離の測定

年周視差は地球の公転による視点の変化を利用します。観測上の定義では、視差角 p（秒）は地球の公転軌道の半径（1天文単位、1 AU）を底辺とする角で表され、

• 距離 d (pc) = 1 / p (")

という単純な関係が成り立ちます。つまり視差が1角秒の星は1パーセク（約3.26光年）離れているということです。実際の測定では視差はミリアーク秒（mas = 0.001"）やマイクロアーク秒（µas）単位で扱われることが多いです。

観測精度と現代のアストロメトリー

地上観測では大気のゆらぎなどにより視差や固有運動の精度は限られますが、宇宙望遠鏡による観測（例：Hipparcos、Gaia）により大きく進歩しました。Hipparcosはミリアーク秒精度で十万個規模の恒星を測定し、Gaiaはマイクロアーク秒に迫る精度で十億個に及ぶ星の位置・固有運動・視差を提供しています。これにより銀河の構造や運動論、星団の距離、系外惑星のアストロメトリ的検出など多くの成果が生まれています。

応用例と注意点

• 距離の直接測定：視差は天文学の距離階層の基礎となり、他の距離指標（脈動星や標準光度法）の校正に用いられます。
• 天体力学と銀河構造：固有運動と視線速度を合わせることで三次元速度が得られ、星団の運動や銀河円盤のキネマティクスが分かります。
• 系外惑星の検出：惑星が主星に及ぼす重心運動（アストロメトリック・ワブル）を高精度で測れば、惑星の質量と軌道を直接求められます。
• 精度と系統誤差：視差や固有運動の小さな値では測定誤差や選択バイアス（例：Lutz–Kelker効果）に注意が必要です。精度表示（誤差棒）を確認することが重要です。

まとめると、アストロメトリーは星の位置変化（固有運動）と視点の変化による見かけのずれ（視差）を精密に測ることで、天体の距離・速度・運動を直接的に求める強力な手段です。現代の宇宙望遠鏡によりその適用範囲と精度は飛躍的に向上し、天文学の多くの分野で基盤的データを提供しています。

質問と回答

Q:天体観測とは何ですか?

Q:天体観測の主な方法は2つありますか?

Q: 固有運動はどのように測定するのですか?

Q:視差はどのように働くのですか?

Q:最も固有運動が大きい星は?

文字で検索