地球はユニークですか？かつては壮大な哲学的問題でしたが、過去 20 年間で、他の星 (私たちの宇宙のいとこ) の周りに何千もの惑星が発見されたことで、科学的な問題になりました。
これに対処する 1 つの方法は、エイリアンが現在の地球技術を使用して太陽系外惑星を探していると想像することです。私たちの8つの惑星のどれを見つけますか?答えは木星で、木星だけです。私たちの太陽系外惑星探索技術は、周期的な重力の牽引、または星の光の一部を定期的に点滅させることによって、惑星が主星に及ぼす影響を探します。木星は、（今のところ）何十年にもわたる太陽の視線速度調査によってのみ検出可能です。木星のおおよその質量と軌道を測定することができました。問題は次のようになります:知られている太陽系外惑星の中で、太陽-木星系に似た系はどれくらい一般的ですか?
約1パーセント。木星に似た質量を持つ巨大ガス惑星は、太陽のように約 10 分の 1 の恒星に見られます。ただし、それらのうちの約 10 分の 1 にすぎません 惑星には「木星のような」軌道があります。これは、地球よりもかなり広く、円形に近い軌道を意味します。もちろん、太陽のような他の星の周りの地球や金星、土星や海王星に関するデータはまだありません。しかし、それは始まりです。
私たちの太陽系の独自性を測る 2 つ目の方法は、デンマークのコペンハーゲンにあるスター アンド プラネット フォーメーション センターの Nanna Bach-Møller と Uffe Jørgensen によるものです。彼らは、特定のシステム内の惑星の数と惑星の軌道の形状との関係に基づいて議論しています。彼らの分析の重要な部分は、王立天文学会の月報で 10 月に発表された論文で発表されました。 、「軌道離心率」です。ケプラーの軌道運動の法則は、惑星が主星を楕円に沿って周回していることを示しています。楕円の離心率は、楕円がどれだけ伸びているかの尺度です。偏心ゼロの楕円は円です。離心率が 1 に近づくと、楕円は無限に引き伸ばされます。
円軌道の惑星は恒星の周りを一定の速度で公転しますが、偏心軌道の惑星は恒星に近づくほど速く移動します。科学者は、さまざまな手法を使用して、系外惑星の軌道上での軌道速度のこの変化を検出できます。
Bach-Møller と Jørgensen は、研究者がすでに軌道離心率を測定または推定している系外惑星の完全なサンプルを収集することから始めました。次に、各システムのすべての惑星の「平均離心率」を計算しました。彼らは、惑星の数が多い星系ほど離心率が低い傾向があることを発見しました。
これは大きな驚きではありません。科学者は、軌道距離の限られた範囲内でしか太陽系外惑星を探すことができません。洗濯機サイズの段ボール箱を想像してみてください。各箱を別の箱 (ロシア人形のように) の中に入れなければならない場合、その大きな箱の中にいくつの小さな箱を入れることができますか?答えは、形状によるということです。あなたの箱がすべてきれいで四角い場合、あなたはお互いの中にダース以上を収めることができるかもしれません.しかし、1 つでもギターの形をした箱を広げた場合、大きな箱の中に収まる箱の数は少なくなります。
軌道についても同じ考えです。円軌道上の惑星は、引き伸ばされた偏心軌道上の惑星よりもはるかに近くに詰め込むことができます。そして、軌道が偏心すればするほど、太陽系外惑星を探索できる軌道距離の範囲に収まるものは少なくなります。
研究者たちは、軌道内軌道に数字を付けました。彼らは、特定のシステム内の惑星の数と平均離心率は、1 つの例外を除いて滑らかな関係に従うことを発見しました。惑星が 1 つの星系は少しずれています。これらのシステムは、ほぼ円形の軌道上にある多くの惑星から始まった可能性があり、累積的な重力キックによって、それらが交差するまで形状を変化させました。これにより、一部の惑星が星間空間に打ち上げられる重力散乱イベントが発生した可能性があります!
比較的円形の軌道上に 8 つの惑星がある私たちの太陽系は、この傾向に適合しています。スケール感を与えるために、木星と土星の離心率は約 5% です。地球の約1.7パーセント。金星と海王星はどちらも 1% 未満です。この傾向により、研究者は離心率の異なる系外惑星の発生率を使用して、私たちの惑星と同じ数の惑星を持っているシステムの数を推定しています。彼らの答え:約 1% で、太陽と木星のシステムを使用して推定したものと同じです。
もちろん、(少なくとも海王星の軌道内で) 惑星の完全なセンサスがあるので、太陽系の「箱」は、系外惑星が見つかる軌道範囲よりもはるかに大きい.これは解釈を混乱させます。
何かを文脈に入れるとき、1% というのは扱いにくい数字です。規格外になることはめったにありません。確かに、すべての星の約半分は、水星が太陽に近い軌道よりも星に近い軌道に「超地球」惑星を持っているように見えますが、そうではありません。また、1% という頻度も十分にあり、完全に予想外というわけではありません。また、太陽系が完全に変人ではないという兆候もいくつか発見されています。これには、私たちの木星に相当するいくつかの類似物が発見されていることが含まれます。
これは、私たちのシステムがどこから来たのかについて何を教えてくれますか?過去 10 年間で、太陽系がどのように形成されたかを理解する上でかなりの進歩が見られましたが、重要な問題が残っています。スーパーアースが支配するより一般的なシステムではなく、私たちを1パーセントシステムに変えた惑星進化の分岐点は何ですか?私たちが発見したほとんどの系外木星と比較して、私たちの木星は何が違うのでしょうか?そして、地球のような岩石惑星の成長と生存は、この状況にどのように当てはまりますか?その答えは、私たちの軌道の形にあるかもしれません.
ショーン・レイモンドは、フランスのボルドー天体物理学研究所で働くアメリカの天体物理学者です。彼はまた、サイエンスとフィクションのインターフェース (planetplanet.net) でブログを書いており、最近、天文学の詩の本を出版しました。
