1930 年代のシカゴで育ったフランク ドレイクが少年だったとき、彼の両親は観察力のあるバプテスト派で、彼を日曜学校に入学させました。彼が 8 歳になるまでに、彼は自分の宗教や世界中の他の宗教が、ある程度環境に影響を与えているのではないかと疑っていました。彼は同じことが文明にも当てはまるかもしれないと考え始めました。人間や、おそらくエイリアンにも同じことが言えます。
しかし、それほど長くはありませんでした。彼は S.E.T.I. (地球外知的生命体の探索) を設立し、私たちが耳を傾けることが期待できる銀河内の文明の数を推定する簡単な方法を提示しました。これは次のような方程式です:
いいえ (天の川銀河で伝染可能な文明の数)
=R (星が形成される速度)
× N地球 (地球のような軌道上に地球サイズの惑星を持つ星の割合)
× Fライフ (生命を発達させる惑星の割合)
× F知性 (知的生命体の一部)
× Fコミュニケーション (通信できる分数)
× L (平均的な文明の寿命)
つまり、N =R × N地球 × Fライフ × F知性 × Fコミュニケーション × L. N の値を決定するには、他の数を知る必要があります。
天の川が年に数個の新しい星を作ることはわかっているので、R は大事にされますが、それだけです。私たちは、生命、知性、またはコミュニケーション能力がどれほど一般的であるかを知りません。そして、平均的な文明の寿命が非常に長いことを私たちは皆応援しているかもしれませんが、データはありません.
しかし、私たちは NEarth で前進しています （「イータアース」とも呼ばれます）。別の太陽を周回する最初の地球サイズの惑星は 2010 年に発見されました。主に NASA のケプラー宇宙望遠鏡のおかげで、今では数百の地球サイズの世界と、火星や水星ほどの小さな世界が知られています。
ケプラーの主な任務は、地球サイズの地球の存在量を決定することでした 地球のように周回する惑星 太陽のようなの周りの距離 出演者。これはまさに NEarth です 私たちの太陽のような星のために。でも北地球 星の種類によって異なる場合があります。残念なことに、ケプラーは 2013 年までに、望遠鏡を向けるために不可欠な 2 つのリアクション ホイールを失い、約 4 年分のデータを取得した後、主要な任務を放棄しなければなりませんでした。ケプラーは、水星に似た軌道で太陽を周回する惑星に関する優れた統計を持っていますが、地球には似ていません。残念。 (数年前、ケプラーは K2 と呼ばれる新しいモードで生まれ変わり、惑星を発見しましたが、NEarth を測定する望みはありませんでした。 .)
ハビタブルゾーンとは、惑星の表面に液体の水が存在するのに適した条件が整った星の周りのリングです。これらは NEarth に数えられる惑星です .しかし、恒星によってハビタブル ゾーンは異なります。太陽よりも温度が低く暗い赤色矮星のハビタブル ゾーンは、はるかに近くにあります。明るくて熱い星は遠くにある。ケプラーは NEarth の推定に成功しました これらの星では、水星サイズの軌道を測定するだけで十分に機能するため、赤色矮星の少なくとも 6 分の 1、最大で半分がハビタブル ゾーンに地球サイズの惑星を持っています。みすぼらしくない、赤色矮星!
昨年、天文学者は壮観な TRAPPIST-1 7 惑星系の発見を発表しました。その中心の星はちっぽけで、質量は太陽のわずか 8% で、2,000 倍暗く、木星とほぼ同じ大きさです。 7 つの惑星はすべて地球とほぼ同じ大きさで、主星のすぐ近くを公転しています。最もエキサイティングなことは、星のハビタブル ゾーンに少なくとも 3 つ (そしておそらく最大 4 つまたは 5 つ) が住んでいることです。 もう 1 つのひねりは、TRAPPIST-1 システムでは、生命 (存在する場合) が惑星間で自然に広がる可能性があるということです。コンパクトな軌道設定は、パンスペルミアに適しています。小惑星または彗星が潜在的に生命を持っている TRAPPIST-1 惑星のいずれかに衝突した場合、残骸の一部は 6 つに散らばり、宇宙生まれの種を降らせます。
NEarth を想像するのは驚くべきことです 1より大きいこと。ハビタブル ゾーンに 3 つまたは 4 つではなく、10 個または 20 個の惑星があるスーパー TRAPPIST-1 システムが存在する可能性はありますか?恒星がそこに持つことができる惑星の最大数は?この質問には正確に答えることができます。重力がどのように機能し、軌道がどのように進化するかを知っているので、恒星のハビタブル ゾーンに安定して収まる最もイワシ的な惑星の構成を把握するために必要なツールを手に入れました。
どのタイプの星が欲しいか (あまり重要ではありません) と、関心のある惑星のサイズを選択する必要があります。次に、問題を 2 つの質問に分解できます。まず、ハビタブル ゾーンの幅はどれくらいですか?第二に、惑星の軌道をどれだけ詰め込むことができるか?
ハビタブルゾーンは、通常議論されているよりもはるかに複雑です。それは、惑星が何でできているか、およびその大気の厚さと構成によって異なります。モデルによると、地球は太陽のハビタブル ゾーンの内側の端近くにあり、これは地球の軌道の 95% から火星の軌道を越えて広がっています (つまり、火星の軌道にある地球は液体の水を保持できるということです)。強力な熱保持大気では、ハビタブル ゾーンの外縁がはるかに離れている可能性があり、場合によっては、星間空間の自由浮遊惑星でさえ、液体の水を保持することができます。ただし、そのような場合、生命はガス (または氷) の非常に厚い層の下に隠されているため、検出できない可能性があります。
惑星の軌道は、2 つの異なる方法で間隔を空けることができます。 TRAPPIST-1 惑星、他のいくつかの既知のシステム、および木星の最も近い大きな月の場合と同様に、隣接する惑星の軌道は共鳴する可能性があります。または、スーパーアースの既知のシステムのほとんどと私たち自身の太陽系の惑星の場合のように、惑星は共鳴から外れている可能性があります.共鳴とは、隣接する惑星の軌道が定期的に再調整されることを意味します。共振は整数比で表されます。たとえば、2:1 の共鳴は、外側の惑星が 1 つの軌道を完了するたびに、内側の惑星が 2 つの軌道を完了することを意味します。
木星の衛星が共鳴している素敵なアニメーション GIF がここにあります。共鳴によって隔てられた惑星は、それらの質量を無関係にします。間隔は、惑星がどの共鳴にあるかによって単純に決定されます。2:1 や 3:2 のような共鳴は、7:6 や 9:8 のような共鳴よりも間隔の広い軌道を意味します。もちろん、すべての共鳴が安定しているわけではありません。 TRAPPIST-1 のような軌道間隔 (3:2 の共鳴) では、4 つの軌道がハビタブル ゾーン内に快適に収まります。
一方、惑星が共鳴によって隔てられていない場合、それらの質量は重要です。以下は、質量の異なる 3 つの惑星のハビタブル ゾーンへの最大軌道パッキングの例です。火星質量の惑星 (地球の質量の 10%) の場合、14 の軌道がハビタブル ゾーン内に収まります。しかし、海王星質量の惑星 (地球の質量の約 10 倍) の場合、適合する軌道は 3 つだけです。
ハビタブル ゾーンには 14 個の火星質量惑星が収まりますが、火星 (少なくとも今日) は生命のない岩石です。大気を保持し、何十億年もの間プレートテクトニクスを維持するには、惑星はもう少し大きくなければならず、おそらく少なくとも地球の質量の約 30% です。したがって、地球の質量の約半分の惑星は、軌道間隔と生命の可能性との間の適切な妥協点です。
ここで、さらに 2 つのひねりを加えます。まず、2 つの惑星が恒星の周りを同じ軌道を共有できます。これらはトロイの木馬のペアと呼ばれます (コンドームと混同しないでください)。これにより、特定の軌道に収まる惑星の数がほぼ 2 倍になります。
2 番目のひねりは連星惑星です。私たちの月は地球のほぼ半分の大きさで、カロンは冥王星とほぼ同じ大きさです。 2 つの地球が互いに周回していると想像することは完全にもっともらしいです。次のようになります:
これらの材料を使用して、非常に素晴らしい太陽系を構築できます。私のブログでは、これを究極の太陽系 1 と呼んでいます。 
ハビタブルゾーン内には6つの安定軌道があります。それぞれに 4 つの惑星が含まれています。トロイの木馬構成の 2 つの連星地球です。この設定は安定しており、ハビタブル ゾーン内に 24 個の惑星が含まれています。このシステムでパンスペルミアを想像してみてください。いずれかの惑星で生命が発達した場合、避けられない衝突破片は確実に星系全体に生命を広げます。これは自然界で形成される非常に極端なシステムですが、すべての部分は完全にもっともらしいものであり、実際に起こります.秘訣は、それらがすべて同じシステムで発生する必要があるということです。
Ultimate Solar System 2 または 3 はどうですか?このテーマにはたくさんのバリエーションがあることがわかりました。惑星形成理論を使用して、あらゆる形状とサイズの惑星系を構築できます。そして、このうさぎの穴は深いです (ここをクリックしてご覧ください)。
グランドフィナーレに飛び込みます。いくつかの軌道力学のトリックを使用して、ハビタブル ゾーンに 416 個の惑星がある惑星系を構築しました。
このシステムは完全に安定しています。コンピューター シミュレーションで再確認しました。しかし、自然はこのシステムを形成するのに苦労するでしょう。存在するとすれば、超高度文明が築き上げたものに他ならない。それが私が究極のエンジニアと呼ぶ理由です 太陽系。
これらの究極の太陽系で語れる物語を想像してみてください!各連星惑星には、空の月よりも大きくホバリングしている近くの隣人がいます。夜空にはさまよう星が驚くほど豊富にあり、他の惑星は星の周りを回る道をたどっています。
N地球に戻る .私たち天文学者は、天の川銀河の星の最大半分がハビタブル ゾーン (NEarth 数で銀河の主要な星である赤色矮星の場合は最大 50% です)。 TRAPPIST-1 はさらに進んで、ハビタブル ゾーンに 3 つの惑星を詰め込んだ素晴らしい例です。しかし、私は生命を宿す可能性のある惑星が 10 個、20 個、または数百個ある超居住可能な星系を望んでいます。それらは確かに確率の低い星系ですが、私たちの銀河には 5000 億個の星があります (そして SF ファンは指を交差させます) 見る価値があることは間違いありません!
Sean Raymond は、惑星系の形成と進化を研究している天文学者です。また、planetplanet.net でブログを書いています。
視聴:天文学者の Daniel Wolf Savin が最も実用的な天体物理学のアプリケーションについて説明します。
この古典的な Facts So Romantic の投稿は、もともと 2017 年 7 月に公開されたものです。
