固有運動（プロパーモーション）とは？恒星の定義・原因・観測史と代表例

固有運動（プロパーモーション）とは？恒星の定義・原因・観測史と代表例を図解と最新観測データでわかりやすく解説。

プロパーモーションとは、地球から見たときに、星がゆっくりと相対的に動いているように見える方法の名前です。

この動きは、太陽を含むすべての星が毎秒数百キロの速さで宇宙空間を移動していることに起因しています。しかし、あまりにも遠くにあるため、星が動いたことがわかるまでに時間がかかり、その差を見るためには強力な望遠鏡が必要です。そのため、長い間、ほとんどの人は星は全く動いていないと思っていました。星のことをよく知っていた古代ギリシャ人でさえ、星の運動の他にも星の運動の仕方、例えば星の後退などをいくつか発見していたが、（おそらく疑っていたのだろうが）適切な運動を発見したわけではなかった。

適切な運動が存在することが証明されたのは、1718年にエドモンド・ハレーが、紀元前130年頃にヒッパルコスが描いた星図の位置からシリウス、アルクトゥルス、アルデバランが移動したことに気付いた時である。しかし、1,800年以上の後であっても、彼らは半分以下の程度を移動していた。

恒星が地球からどれくらい離れているかを知る上で、恒星の運動は天文学者にとって便利なものです。例えば、バーナード星は、どの星よりも最大の運動量を持っており、1年に10.3秒の運動をしています。これは、わずか87年の間に天空の月の直径の半分である4分の1度に相当します。地球から5.98光年の距離にあり、地球に2番目に近い星です。また、10個の星のうち、最も大きな運動をしている星の8個は15光年以下の距離にあります。

プロパーモーションの定義と意味

プロパーモーション（固有運動）は、観測者（ここでは地球）から見たときに恒星が空上で占める位置が時間とともに変化する見かけの角速度を指します。通常、角速度は「秒/年（″/yr）」や「ミリ秒/年（mas/yr）」で表されます。プロパーモーションは天球上の横方向の運動、つまり視線方向に対して直角な成分（横速度）を反映します。

プロパーモーションの原因

• 恒星固有の空間速度：各恒星は銀河内を固有の速さと方向で移動しており、その横方向成分がプロパーモーションとして観測されます。
• 地球・太陽系の運動：地球や太陽系も銀河内を移動しているため、その運動も相対的な見かけの運動に影響します（視差効果や摂動）。
• 距離の影響：同じ空間速度でも、距離が近いほど天球上での見かけの移動（角速度）は大きくなります。したがって近傍星ほど一般に大きなプロパーモーションを示します。

プロパーモーションと空間速度（速度の分解）

恒星の動きは次の2成分に分けられます：

• 視線速度（radial velocity）：観測者に近づいたり遠ざかったりする成分で、ドップラー効果によりスペクトルの波長変化から測定されます。
• 横速度（tangential velocity）：プロパーモーションに対応する成分で、角速度（プロパーモーション）と距離から計算されます。

横速度 v_t（km/s）は次の式で求められます：
v_t = 4.74 × μ(″/yr) × d(pc) （ここで 4.74 は単位変換係数）

観測史の要点

• 古代から中世：多くの文明は恒星の位置を精密に記録してきましたが、長期間でのごくゆっくりとした移動は肉眼では捉えにくく、恒星は不変であるとの見方が長く続きました。
• 1718年：エドモンド・ハレーが、ヒッパルコスの古い星表と比較して< a class="c2" href="90768">シリウスやアルクトゥルス、アルデバランなどの位置が変化していることを報告し、恒星の固有運動の存在が示されました。
• 19世紀：パーラックス（年周視差）の測定により距離が得られ、プロパーモーションと組み合わせて恒星の実際の横速度を求められるようになりました（フリードリッヒ・ベッセルらの業績）。
• 現代：人工衛星（Hipparcos、Gaiaなど）による高精度な測定で、数十億個の星のプロパーモーションが高精度に決定され、銀河の運動や構造研究が飛躍的に進展しました。

観測方法と精度

• 古典的な測定：長期間（数十年から数百年）にわたる位置測定の比較。
• 現代的な測定：天体測位衛星や高精度カメラを用いることで、ミリ秒（mas）やマイクロ秒（μas）レベルの精度でプロパーモーションを得ることが可能になりました。特にESAのGaiaミッションは多数の星に対して非常に高精度なプロパーモーションを提供しています。

代表的な例と注目点

• バーナード星：現在知られている中で最大級の見かけの動きをする恒星で、約10.3″/yr のプロパーモーションを持ちます。地球から約5.98光年の近さにあり、短い人間の時間スケールでも位置の変化が明瞭です。
• 近傍天体は一般に大きなプロパーモーションを示します。そのため、プロパーモーションの大きさは恒星が近いか、あるいは高い空間速度を持つかの手がかりになります。
• プロパーモーションのまとまり（共通運動）を持つ星団や星の流れ（ストリーム）は、銀河形成史や過去の合体イベントを研究する上で重要です。

実用上の重要性

• 距離推定補助：パララックスと組み合わせることで恒星の横速度が求まり、運動学的距離推定にも用いられます。
• 連星・伴星探索：恒星の位置が周期的にずれる場合、未検出の伴星や重力相手の存在を示します（視的二重星や重力による摂動）。
• 銀河動力学：多数の恒星のプロパーモーションから銀河の回転や構造、年齢別の運動特性を調べることができます。

注意点・用語整理

• 「プロパーモーション」は天球上の角速度（見かけ上の移動）を指し、実際の空間速度とは距離情報を用いて変換する必要があります。
• プロパーモーションは横方向の成分であり、視線方向の速度（ドップラーで測る）と合わせて初めて三次元の運動ベクトルが得られます。

以上のように、プロパーモーションは恒星の動きを理解する上で基本かつ重要な観測量であり、古典的な天文学から現代の大規模天体測位まで一貫して中心的な役割を果たしています。

質問と回答

Q: プロパティモーションとは何ですか?

Q: どのように動いているのですか?

Q: 固有運動はいつ発見されたのですか?

Q: 1800年後、これらの星はどのくらい移動していたのでしょうか?

Q: 固有値運動は何に役立つのですか?

Q: 最も固有運動が大きいのはどの星ですか?

文字で検索