系外惑星 — 観測者のためのガイド

系外惑星("太陽系外惑星"の略)とは、太陽以外の恒星の周りを公転する惑星のことです。人類の歴史の大部分において、知られていた惑星はわずか8個 — すなわち私たちの太陽系の世界だけでした。今日その数は5,800個以上が確認されており、毎月増え続けています。

この数字自体、控えめすぎる表現です。NASA のケプラー宇宙望遠鏡 — 2009年から2018年まで天の川銀河の一区画をじっと見つめ、約15万個の恒星をトランジット惑星による周期的な減光を求めて監視した惑星探しのミッション — が示した統計から、銀河のほぼすべての恒星が少なくとも一つの惑星を持つこと、そして小さな岩石惑星が巨大ガス惑星よりもありふれた存在であることが示唆されました。天の川銀河には数千億の恒星があります。その意味するところは、惑星は稀な宇宙の偶然などではなく — むしろ普遍的なものだということです。

これらの世界はいずれも、アマチュアの望遠鏡(あるいはほとんどの大型望遠鏡をもってしても)円盤として見ることはできません。確認されている系外惑星のほぼすべては、主星の光に与える微小な影響を通じて間接的に検出されています。一方、主星そのものはまさに観測の射程内です。中には暗い夜なら肉眼で見つけられるほど明るいものもあります。

何世紀ものあいだ、他の惑星の存在は哲学的な問いでした。最初の確認された検出は1990年代になってからのことであり、しかも誰も予想していなかった順序でやってきました。

惑星は主星よりも数百万倍から数十億倍も暗く、しかもその眩しい光の中に埋もれています。確認された検出のほぼすべてを生み出してきた手法は5つあります。

惑星そのものは見えませんが、その太陽は確かに見えます。他に世界を持つことが分かっている星に望遠鏡を向けるのは、観測の他の何にも代えがたい、ささやかで静かな喜びです。

明るい主星 — 肉眼または双眼鏡で

• Pollux(ふたご座ベータ星) — 等級1.1、ふたご座。肉眼で容易に見えるオレンジ色の巨星です。Pollux b は1.6年周期の軌道を持つ木星クラスの惑星で、2006年に視線速度法により発見されました。
• Tau Ceti — 等級3.5、くじら座。最も近い単独の太陽型恒星で、わずか11.9光年の距離にあります。複数のスーパーアース候補が報告されており、そのうち2つはハビタブルゾーン内にある可能性があります。理にかなった理由から、長年にわたり SF の定番でもあります。
• Epsilon Eridani(Ran) — 等級3.7、エリダヌス座。10.5光年離れた若い K 型矮星で、既知の木星質量惑星と少なくとも2本のデブリベルトを持ちます — 若い頃の私たちの太陽系に似ているとおぼしき系です。
• Upsilon Andromedae(Titawin) — 等級4.1、アンドロメダ座。1999年、これは複数の惑星を持つことが確認された初の太陽型恒星となりました。現在では少なくとも4つの惑星が知られています。
• 51 Pegasi(Helvetios) — 等級5.5、ペガスス座。系外惑星の歴史における花形の名前 — 惑星を持つことが確認された史上初の普通の恒星(1995年)です。暗い空の下では肉眼でも見えますし、どこからでも双眼鏡で快適に楽しめるターゲットです。

暗い主星 — 望遠鏡で狙う赤色矮星

銀河系の惑星のほとんどは M 型矮星 — 小さくて低温で、数の多い赤色の星 — を周回しています。個々は暗いものの、最も近いものはまずまずの望遠鏡があれば手の届く範囲にあります。

系外惑星時代における最大の驚きは、これらの世界の大半がいかに見慣れないものであるか、ということです。太陽系は、結局のところ、代表的なサンプルではなかったのです。

• ホットジュピター — 木星サイズかそれ以上の巨大ガス惑星が、水星が太陽を周回するよりも近い距離で主星を巡っているもの。表面温度は1,000から3,000 K に達します。検出が容易で、太陽型恒星の周りで発見された最初のタイプの惑星でした — 51 Pegasi b がその原型です。
• スーパーアースとミニネプチューン — 銀河で最もありふれた惑星タイプです。スーパーアースは地球半径の1〜2倍の岩石惑星、ミニネプチューンはそれよりやや大きく(2〜4倍)厚いガスのエンベロープを持っています。私たち自身の太陽系には類似のものは存在しません — 地球と海王星のあいだの空白は太陽の惑星系に固有の特異性であって、普遍的なパターンではないのです。
• 超短周期惑星 — 一年がたった数時間しか続かない世界です。あまりに主星に近いものでは、表面が溶けた岩石となり、大気は(あるとすれば)岩石の蒸気となっています。
• 流浪の惑星 — 主星を持たず、星間空間を漂う自由浮遊する世界です。マイクロレンズの観測からは、その数が恒星そのものに匹敵する可能性があると示唆されています — 巨大で、暗く、散らばった集団です。
• 地球の類似惑星 — 究極の聖杯です。ほぼ地球サイズで、ほぼ地球質量、長寿命の恒星のハビタブルゾーンを公転しているもの。妥当な候補はいくつかあります — Proxima b、TRAPPIST-1 の内側の世界、いくつかの Tau Ceti 候補 — しかし、決定的な双子はまだ見つかっていません。

ハビタブルゾーンとは、恒星の周りで、適切な大気を持つ岩石惑星がその表面に液体の水を保持できる可能性がある軌道距離の帯のことです。近すぎれば海は蒸発し、遠すぎれば凍りついてしまいます。

太陽の場合、このゾーンはおおよそ地球軌道の内側から火星の外側までです。Proxima Centauri のような低温の赤色矮星では、それはずっと内側に位置します — 地球の太陽からの距離の数パーセントです。だからこそ、11日周期で公転する Proxima b は依然としてハビタブルゾーンの候補となるのです。その主星が私たちの太陽よりはるかに低温だからです。

確認されたハビタブルゾーン惑星の数 — 系外惑星カタログの上部に表示されています — は、この分野で最も注目されている数字の一つです。

Nightbase は完全な NASA Exoplanet Archive をミラーしています。確認されたすべての系外惑星、その主星、発見方法、軌道、測定された性質を網羅しています。