系外惑星の捜索

1992 年 1 月、2 人の電波天文学者が、宇宙に対する私たちの見方を永遠に変える発見を発表しました。 Aleksander Wolszczan は、パルサーとして知られる回転する星の一種を研究するために空をスキャンしていましたが、何かが彼の視界を遮っていました。好奇心がそそられたウォルシュチャンは、最終的に干渉の原因を発見しました。それは、恒星の周りを周回する 2 つの惑星です。仲間の電波天文学者デール フレイルがデータを検証し、2 人は世界に信じられないほどの発表を行いました。彼らは、これまでに知られていた最初の太陽系外惑星、つまり「系外惑星」を発見したのです。

系外惑星 (太陽以外の恒星を周回する惑星) の存在は長い間理論化されていましたが、決定的な証拠が得られました。人類は初めて、自分が住んでいた太陽系だけではないことを確信できました。宇宙には惑星系が存在していたのです。

この発見以来、これらの太陽系外惑星をさらに発見するために、天文学者による協調的な努力が行われてきました。 2009 年に打ち上げられた NASA のケプラー宇宙望遠鏡は、2,300 以上を確認し、平均して、すべての星を周回する 1 つの惑星があることを明らかにしました。次に夜空を見上げるときは、次のことを考えてみてください:見えるすべての星には、おそらくその周りの軌道上に別の世界があるでしょう.

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現在、新世代の太陽系外惑星探査ミッションは、ケプラーの進歩に基づいて追跡調査を行い、惑星がどのように形成され、宇宙の他の場所で生命がどのように発生するかについて私たちが知っていることを変える可能性のある発見を行う準備が整っています.

おそらく最も興味深いのは、ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) です。 2021年に打ち上げ予定のこの軌道周回観測所は、系外惑星の探索を含む多くの新しい発見をすることが期待されています。 JWST は、ハッブル宇宙望遠鏡の後継と見なされていますが、100 倍強力であり、地球を周回するのではなく、地球から 150 万キロメートル離れた太陽を周回します。これにより、太陽、地球、月からの熱を避け、約 -225°C の低温を保つことができます。なんで？暖かい物体は赤外線を放出するため、赤外線は JWST の宇宙観測の主要な方法となります。

その目標の 1 つは、若い星の周りで形成される若い惑星を観察することです。星の形成は、宇宙のガスと塵の雲が塊になり始め、大きくなりすぎて最終的には自分の重力で崩壊するときに始まります。残っているのは、回転する塵の円盤に囲まれた若い原始星です。この塵から、私たち自身の太陽系のように、中心星を周回する惑星系が形成される可能性があります。光学光では、これらのまだ形成中の惑星は塵によって隠されていますが、赤外線はそれを透かして、実際の惑星形成の前例のない外観を得ることができます.

ミッションのプロジェクト科学者の 1 人である Jane Rigby 博士は次のように述べています。 「赤外光のほとんどの色を研究したい場合は、宇宙に行く必要があります。なぜなら、その光は大気を通して輝くことができないからです。」 .系外惑星の大気を通過した星の光を分割することで、科学者はその中に隠された化学的特徴を分析し、その系外惑星の特性について多くのことを知ることができます。その表面で起こっているプロセスについて何かを明らかにするかもしれません。

「木星や土星など、他の恒星の周りにある巨大ガス惑星については、メタンのバンドを調べて、大気に雲があるかどうか、または透明であるかどうかを確認できます」と Rigby 氏は言います。 「これは系外惑星の大気を詳細に理解する最初のチャンスであり、私たちのような岩石惑星の研究に多くの関心が寄せられています。」

太陽、地球、その他の惑星がどのように形成されたかを理解するには、惑星形成の実際の例を探す必要があります。比較的最近まで、基準となるフレームは 1 つしかありませんでした。それは、私たち自身の太陽系です。現在、さまざまな星や軌道を回る太陽系外惑星から選択できます。

「ケプラーの結果は、非常に多くの驚きがあることを明らかにしました。岩石惑星は近くにあり、木星のような大きな惑星は遠くにあります。しかし、他の星系ではホット・ジュピターと呼ばれる巨大なガス巨星が明らかになり、主星の周りを数日より短い軌道で回っている。私たちが発見している惑星系の幾何学は、私たちのものとは非常に異なっており、これは非常にエキサイティングです.」

「スーパーアース」を検索しています

CHEOPS の主な目的は、太陽系外惑星をホストすることが既に知られている明るい星の追跡観測を実施することであり、主に「スーパーアース」および「スーパー海王星」として知られるクラスに注目します。同名ですが、木星や土星のような巨大ガス惑星よりも小さいです。これらは、太陽系外惑星の研究が本格的に始まる前に天文学者が知らなかったもう 1 つの惑星異常です。

CHEOPS は、太陽系外惑星が恒星の前を通過するときの恒星の明るさの規則的な落ち込み (「トランジット」として知られる) を測定し、科学者がその惑星のサイズなどの特性を解読できるようにします。地上の望遠鏡は、その引力が主星をどのように「ぐらつき」させるかを観察することで系外惑星の質量を測定し、この測定値を CHEOPS のトランジット データと組み合わせることで、天文学者は惑星の「かさ密度」を計算できるようになります。

「かさ密度が分かれば、惑星の構造と組成の解明に取りかかることができます」と Isaak は言います。 「私たちの太陽系にはスーパーアースがありません。ですから、問題は「それは何ですか?」ということです。それらは地球のような岩石の惑星ですか、それとも海王星のような氷の惑星ですか?水の世界や小さなガス状のボールについて話しているのでしょうか? CHEOPS は、これらの惑星が何であるか、それらが何でできているか、どのように形成および移動するか、そして最終的には生命にとって最良の条件を理解することに貢献します。」

生命の条件を理解することは、系外惑星研究の重要な目的の 1 つです。宇宙にあるさまざまな惑星の画像を取得できれば、地球のような岩石惑星がどの程度一般的であるか、これらの遠い世界に大気があるかどうか、それらが「ハビタブル ゾーン」、つまり十分に近い場所を周回しているかどうかを発見できます。液体の水が星の表面に溜まる可能性があります。これは、私たちが知っている生命の生存の重要な条件です。

JWST と CHEOPS は系外惑星の前例のない研究を提供しますが、どこを見ればよいかを知らなければなりません。ここで、NASA の Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) の出番です。TESS は 2018 年 4 月に打ち上げられ、200,000 を超える星を監視するという使命をすでに開始しています。 1,500 を超える潜在的な系外惑星の候補が見つかると予想されており、そのうち約 500 が地球サイズのスーパーアースである可能性があります。その遺産は、JWST や CHEOPS などのミッションによって探索される準備ができている世界の手ごわいカタログになるはずです。

私たちは一人ですか?

私たちの惑星は、私たちが知っている生命を宿す唯一の宇宙体であるため、宇宙の他の場所に生命が存在するかどうかを発見することを期待して、地球のような他の岩石の世界を探すことは理にかなっています.今後数年間でまさにそれを行う宇宙探査機の 1 つが PLATO で、2026 年に打ち上げ予定の ESA ミッションで、太陽のような星の周りのハビタブル ゾーンにある小さくて岩が多く、氷のような天体を探します。これにより、天文学者は、地球に似た惑星が宇宙にどれほどありふれたものであるかを解読し、JWST のような将来のミッションで居住可能な岩体を発見できる可能性がある場所を特定できるようになることが期待されています。

「私が子供の頃、私たちが知っていた惑星は 9 つだけで、そのすべてが私たちの太陽系にありました」とリグビーは言います。 「それ以来、私たちは 1 つ (冥王星) を落としましたが、さらに 1,000 個以上のことを学びました。最大の驚きの 1 つは、これらのシステムの多くがどれほど異なっているかということです。大きな問題は、どうやってここにたどり着いたのかということです。地球はどのように形成されたのですか？太陽はどのように形成されましたか?大量の水は言うまでもなく、大量の鉄分と窒素を含む、岩石の世界での生命の条件はどのようにしてできたのでしょうか。天文学が作られ、好奇心はこれらの天文学的なひらめきを探すための私たちの最良のツールです.新世代の太陽系外惑星ハンターはまさにそれです:私たち自身の謎のいくつかを解決することを期待して、宇宙を覗き込み、何光年も離れた遠い惑星を研究するためのツール.

人生は道を見つける

多くの太陽系外惑星の極端な条件は、それらを居住不可能に見えるかもしれませんが、極限環境微生物として知られる丈夫な生物は、最も敵対的な場所でさえ生命が生き残ることができることを示しています.

Cyanidium caldarium は、高温の酸性条件で繁栄することが知られている藻類の一種です。これは、灼熱の酸性大気で知られる金星のような惑星で生命が生存できる可能性があることを示唆しています。一方、Chroococcidiopsis は、暑く、乾燥した、超塩辛い条件で見られる細菌です。重要なことに、それは放射線に耐えることができます。つまり、生命は、ホスト星の放射線から保護されていない惑星で生き残る可能性があります.微生物は南極の氷河の下でさえ発見されています – 光と酸素から遮断されています.同様の生物が火星の極地の氷冠の下に閉じ込められる可能性はありますか?

おそらくすべての極限環境生物の中で最も有名なのはクマムシです。これらの微視的な生き物は、ESA による制御実験の下で、極端な放射線と宇宙の真空に耐えてきました。 -272 から +150°C の温度で生き残ることができ、水がなくても何年も生きることができます。さらに、クマムシにとっても極端な状況になると、クマムシは自身の重要な機能以外のすべてを停止し、仮死状態で生き残り続けることができます。

極限環境微生物は、生命がいかに丈夫であるかを示しており、宇宙の最も過酷な片隅でも見つかる可能性があるという事実を暗示しています。

フィクションより奇妙

かに座55番 水星が太陽を周回するよりも 25 倍近くその星を周回し、2,400°C もの温度に達する猛烈な世界を作り出しています。

ケプラー-16b スター・ウォーズのルーク・スカイウォーカーの惑星タトゥイーンのように、太陽が 2 つある惑星です。

KELT-9b 木星の約 2 倍の大きさの巨大ガス惑星で、日中の温度は 4,300°C を超えており、
多くの星よりも高温になっています。

WASP-12b の灼熱により、光をほとんど反射せず、真っ暗に見えます。

OGLE-2005-BLG-390Lb 質量は地球の約 5 倍で、表面温度が約 -220°C の岩石惑星であり、おそらく凍った海に覆われていることを意味します。

グリーゼ 436b 300℃を超える温度があります。しかし、強力な重力によって「燃える氷」が生成され、圧縮されて極度の熱にもかかわらず固体のままになったと考えられています。

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