銀河系にある地球に似た惑星が 60 億個ほどあることは、ほとんどわかっていません。これまでに製造された中で最大かつ最も強力な宇宙望遠鏡の打ち上げが間近に迫っているため、Laura Kreidberg はこれがすぐに変わると楽観的です.
クライドバーグは、ドイツのハイデルベルクにあるマックス プランク天文学研究所の新しい部門の創設者であり、異星人の世界の天気がどのようなものかを研究することに専念しています。これまでのところ、彼女と彼女のチームは、木星サイズの外惑星 (他の星を周回する惑星) の周りの大気を精査してきました。生命を宿す可能性のある小さな岩石系太陽系外惑星に関して言えば、現在の望遠鏡には、そこにある数を集計する以上のことを行う分解能がありません。しかし、NASA の 100 億ドルのジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) は、何十年にもわたる計画と建設の後、12 月に打ち上げられる予定であり、クライドバーグのような天文学者が岩石惑星の空を覗き込むことを可能にし、「これらの惑星を場所に変える」と彼女は言いました。 /P>
JWSTの際立った特徴は、太陽と地球の熱から楽器と金メッキの鏡を保護するテニスコートサイズの日よけです。このように影を付けることで、望遠鏡は太陽系外惑星からの光などのかすかな赤外線放射を検出できるようになります。 Kreidberg は、JWST の念願の第 1 ラウンドの観察における 2 つのプログラムの主任研究者です。彼女のプロジェクトでは、地球サイズの世界の大気と火山活動の証拠を探しています。
ネバダ州リノで育ったクライドバーグは、2016 年にシカゴ大学で天文学と天体物理学の博士号を取得して以来、太陽系外惑星科学者の間で注目を集めています。今年初めのアニー ジャンプ キャノン賞は、宇宙にエイリアン生命が存在するかどうかです。 「宇宙はひどく孤独を感じています」と彼女は言いました。異星人の発見は「奇妙な方法で慰めになるだろう」.科学者たちは、空のない惑星では生命が生き残れないと疑っています。質問です。
私たちの会話の中で、Kreidberg は、親星の目がくらむようなまぶしさの中で周回する遠く離れた正確な惑星を観察するために使用する独創的な方法を説明しました。彼女の穏やかで細心の注意を払った態度にもかかわらず、新しい望遠鏡についての彼女の興奮は泡立っていました。インタビューは、わかりやすくするために要約および編集されています。
過去数十年の間に、数千の系外惑星が発見されました。これまでに彼らについて何を学びましたか?
驚いたのは、その多様性の多さです。私たちは太陽系から、内側の地球型惑星があり、外側に巨大ガス惑星があるという考えを持っています。他のほとんどの太陽系はそのようには見えません。主星のすぐ近くを公転する惑星はたくさんあります。太陽の表面が溶けて溶岩になるほど高温の惑星です。サイズの全範囲があります。 スター ウォーズ のタトゥイーンのように、2 つの星を周回する惑星を見たことさえあります。 .どんなに創造的であっても、誰もこれを予測できなかったと思います。人々はそれを「太陽系外惑星動物園」と呼んでいます。
これまでのところ、これらの惑星についてわかっていることのほとんどは、質量、半径、公転周期から推測されています。しかし、次のレベルの詳細 — たとえば、天気はどうですか?雰囲気は何からできている？惑星は潜在的に居住可能ですか?そのすべては今始まったばかりです。
JWST はこの種の調査をどのように進めますか?
JWST は、太陽系外惑星の天文学者にとって夢の実現です。これは、これまでに製造された中で最も野心的な宇宙望遠鏡です。私は、JWST はハッブル宇宙望遠鏡よりも 10,000 倍優れていると言いたいです。それは 10 倍の大きな鏡なので、より多くの集光力でより暗いものを観察できます。波長範囲が 10 倍多くなり、ハッブル宇宙望遠鏡が停止する赤外線まで到達します。赤外線波長範囲をカバーすることで、以前に研究できたよりもはるかに低温になり、潜在的に居住可能な惑星に移動できるようになり、これらの惑星の雲を通して見ることができます.また、安定性が 10 倍向上し、スペクトル分解能も 10 倍向上しています。つまり、大気中の分子によって吸収される惑星の色スペクトルの正確な波長を確認できるため、大気の化学組成をより正確に判断できます。
これまでのところ、太陽系外惑星の空について何を知っていますか?
これまでの観測のほとんどは、熱い木星サイズの惑星に関するものでした。真のゲームチェンジャーは、岩石惑星の JWST 観測であり、これまでのところ大気特性の上限しかありません。これらの小さな惑星が大量に存在するという約束はすべてありますが、それらの大気が生き残ることができるかどうかは大きな疑問符です.いくつかの危険信号があります。天の川の星のほとんどは太陽のようではありません。彼らは生まれてから最初の数十億年間、紫外線で比較的明るいので、惑星から地球の海の多くの水に相当する水を簡単に蒸発させることができます.確実に見つける唯一の方法は、行って見ることです.
あなたが率いる観測プログラムがこれをどのように試みているか教えてください。
TRAPPIST-1 システムの周囲の惑星に大気が存在するかどうかを判断するように設計されています。TRAPPIST-1 システムは、およそ地球サイズの惑星が 7 つあることで有名な 40 光年離れた星系です。惑星と星を空間的に分離することはできません。彼らは近すぎます。星と惑星の明るさの総和しか見えません。しかし、私は惑星が星の後ろを通過するとき、惑星からの光が遮られるときを観察しています。全体の明るさの変化を測定することで、惑星の明るさを知ることができ、温度がわかります。
温度は、大気の有無に非常に敏感です。厚い大気がある場合、惑星の高温で照らされた側から暗い夜側に熱を運ぶのに非常に適しています。大気がない場合、この星明かりはすべて 1 つの半球に当たるだけで、非常に暑い日中を測定することになります。一方、涼しい日中は、そこに雰囲気があることを示唆しています.
難しそうですね
星の明るさの変化を 100 ppm のレベルで探しています。私たちはこのような小さな信号にプッシュしているため、すべての光子は貴重です.
大気が何でできているかについて何か言えるでしょうか?
何らかの大気が存在することがわかった場合、次のステップは、それが何でできているかを理解することです. JWSTでは、大気があまり曇っていない限り、スペクトルを観測できます。大気を直接通過する星の光を観察することで、その中に水が含まれているか、メタンが含まれているか、二酸化炭素が含まれているかを知ることができます。しかし、生命の存在によってのみ説明できる、惑星の観測可能な特性であるバイオシグネチャーを検出することはできません。
なぜですか?
聖杯のバイオシグネチャーは、バランスが取れていない化学です。たとえば、地球上には、大気中に酸素とメタンの両方があります。通常、これら 2 つのガスを実験室で一緒にすると、互いに反応して二酸化炭素と水が生成されます。したがって、私たちがそれらを同時に見るということは、それらは常に何かによって生み出されているに違いなく、地球上の何かが生命であることを意味します.
JWSTがこのようなバイオシグネチャを検出するのに必要な感度を持つ惑星は知られていません.酸素は、他の分子に比べて特徴が小さいため、検出が非常に困難です。星のハビタブルゾーンにある観測可能な惑星の場合、地球上に存在するよりもはるかに多くの酸素があるとしても、それを検出するには、星の前で惑星を何十回もトランジットする必要があります。大気中の雲や JWST からの楽器のノイズなどの追加の困難は、それを法外なものにします。基本的に、酸素を見ることができるよう祈るには、あらゆる面で幸運になる必要があります。私の経験では、太陽系外惑星は常に予想よりも厳しいものです.
とはいえ、観測しやすい分子、特に二酸化炭素がいくつか見られると私は非常に楽観的です。これはバイオシグネチャーではありませんが、居住可能性のパズルの重要なピースです。
系外惑星に地球外生命体が存在するかどうかをどのように判断できますか?
「そこに生命はあるのか?」という複雑な質問に答えるために。作業するには、惑星の大きなサンプルが必要です。地球に似た惑星の写真を直接撮影することを目的とした、多くの次世代宇宙ミッションが議論されています。それが私たちがしなければならないことだと私は信じています。しかし、それは本当に、本当に難しいことでもあります。これは私のキャリア目標のようなものです。
地球外生命体の存在についてどう思いますか?
私は楽観主義者です。この分野にいるためには、そうしなければなりません。どこかに生命があると確信しています。地球はそれほど特別なものではなく、温度とサイズが同じ惑星が他にもたくさんあることは、すでにわかっています。また、水が非常に一般的であることもわかっています。私たちが水を見つける地球上のどこでも、私たちは生命も見つけます。優秀な溶剤です。また、生命が地球上で非常に急速に発生したこともわかっています。海の沸騰が止まり、液体の水ができて間もなく、生命の最初の化石の証拠が発見されました。私にとって、これは、適切な材料を手に入れて、十分に長く待てば、最終的に生き物になるという兆候です.
JWST を使用した他の観測プログラムは、火山活動を探します。探す価値があるのはなぜですか?
火山活動はプレート テクトニクスの良い道しるべであり、プレート テクトニクスは地球上の生命にとって重要な要素であると考えられています。プレートが地球内部に沈み込むと、大気から炭素を取り除くことができます。それが、金星のように地球が暴走温室になるのを防いだ理由です。
この望遠鏡で観測時間を確保することは、非常に競争が激しかったに違いありません。あなたの観測プログラムが選ばれた理由は何だと思いますか?
私が提出したすべての提案の中で最も技術的に難しいものだったので、これらが選ばれたことに少し驚きました。しかし、地球サイズの惑星については非常に興奮しているので、彼らはもっと野心的な観測を喜んで行ったと思います。これはハイリスク、ハイリターンの観察です。
系外惑星がどのようなものかまったくわからないので、もっとリスクを冒してほしいと思います。おそらくすべてのモデルが間違っています。私は、そこにある最高の惑星、最大の信号を持つ惑星を見て、私たちが見るものを見ることに賛成です.面白いものが見つかるという保証はありません。しかし、最もエキサイティングな発見の多くは驚きであり、リスクを冒さなければ、驚きを見つけることはできません.
ハッブル宇宙望遠鏡が 1990 年に打ち上げられて間もなく、鏡に問題が発見されました。幸いなことに、宇宙飛行士は修理を行うことができました。 JWST で問題が発生するのではないかと心配していますか?
確かな懸念があります。特に課題となるのは、JWST が宇宙で完全に展開しなければならない日よけを持っていることです。ハッブルとは対照的に、JWST は遠く離れているため、誰かをそこに派遣して修理することはできません。
すべてが計画どおりに進んでいると仮定すると、いつ何らかの結果が得られると思いますか?
6 か月以内にデータが得られると楽観視しています。歴史が指針になるとすれば、生データから信号を引き出すにはかなりの学習曲線が必要になるでしょう。打ち上げから 12 か月以内に、少なくともいくつかの惑星について何らかの答えが得られることを願っています。しかし、それはまったく未知の領域です。
これらの骨の折れる観察と分析の間、あなたを動かし続けているものは何ですか?
大学院のある時、私は熱い木星のような惑星の大気を研究していました.最終結果を見る前に、すべてのデータ分析を完璧にしようとしていました。なぜなら、私は優れた科学者になろうとしていて、分析にバイアスをかけないようにしようとしていたからです。ついに私は飛行機に乗って決心しました:今こそ私が見ようとしている瞬間です.
水は大きく澄んでいました。私はこの飛行機にとても興奮していました！私の隣の人は私が完全に頭がおかしいと思った。私は「これを見て！これを見て！」そして、彼らは「OK、奥様、私を放っておいてください」と言っていました。
宇宙について何か新しいことを知った最初の人になるような感覚は、世界にはありません。誰も見たことのない惑星で水を発見したことが何度かあります。エイリアンの惑星でハイキングをしているような気分になります。それはあなたのキャリアの中でそれほど頻繁に起こることではありませんが、それらは私を前進させ続ける瞬間です.
訂正: 2021 年 10 月 13 日
編集ミスにより、この記事の最初の記述では、クライドバーグはシカゴ大学ではなくイェール大学から博士号を取得したと記載されていました。彼女の学士号はエール大学です。
