次世代望遠鏡は系外惑星の探索にどのように役立つのか

近年、私たちは太陽系の外に驚くべき数の惑星を発見しました。 それらに加えて、 潜在的に居住可能、次のような系外惑星も発見されました。 星よりも熱い、 持っている 鉄の雨と黄色い空、そしてそれは 綿菓子の密度. しかし、私たちはまだ、そこにあるものの表面をかろうじてなぞったにすぎません。

次世代の惑星探査ミッションはさらに進化し、数千光年離れた場所からでも系外惑星を特定し、その居住可能性を判断する予定です。 銀河系の干し草の山から惑星の針を探す方法について詳しく知るために、最先端の系外惑星プロジェクトに取り組む 3 人の専門家に話を聞きました。

系外惑星の爆発

最初の系外惑星は 1992 年に発見され、30 年も経たないうちに太陽系外にある既知の惑星の数は爆発的に増加しました。 NASA 見積り 既知の系外惑星の数は 27 か月ごとにおよそ 2 倍になります。

系外惑星の発見は、1995 年の有名な系外惑星 51 ペグ b の発見のように、地上の望遠鏡を使用するようになり、スイスの天文学者 2 名がノーベル賞を受賞しました。 しかし、NASA のような宇宙ベースの惑星探索望遠鏡の出現により、系外惑星探索が本格的に本格化しました。 ケプラー そして テス ミッション。

現在、NASA と ESA (欧州宇宙機関) の新しいミッションでは、遠く離れた系外惑星をこれまで以上に詳細に特定し、調査しています。

私たちの銀河系で系外惑星を見つける

PLATO は ESA の次世代惑星探索宇宙望遠鏡で、2026 年の打ち上げを目指して現在建設中です。 このミッションは、銀河の中で私たちに比較的近い明るい星に焦点を当てます。 通常、300 光年から 1,000 光年離れた領域で、少なくとも各領域を観察します。 2年。

このミッションでは、研究者が遠くの星の明るさを測定するトランジット法を使用して、居住可能な世界を探索します。 星の明るさが一定の間隔で低下する場合、それは惑星が間を通過していることを意味します。 私たちと星は、星から発せられる光の一部を遮断し、ディップを引き起こします。 輝度。 この落ち込みを正確に測定することで、PLATO のような機器は惑星の大きさを非常に正確に計算できるようになります。

2 年間の観測期間により、科学者たちはより長い周期の惑星を探すことができます。 したがって、ケプラーのようなミッションでは、長時間にわたって空の狭い領域を観測するのに対し、TESS では、 短期間に空の広い領域を観察するのに対し、PLATO は広い領域と長期間の両方を観察します。 時間。

私たちのような惑星を発見するには、これまでのミッションよりも長い観測期間を持つ機器が必要になると、PLATOのプロジェクトサイエンティスト、アナ・ヘラス氏がデジタル・トレンドのインタビューで説明した。 「私たちは地球に似た惑星を検出したいと考えています。つまり、地球に似た惑星を地球上で見たい場合は、 ハビタブルゾーン、公転周期は1年になるでしょう」と彼女は言いました。 「したがって、少なくとも2年間は観測する必要があります。少なくとも2回の通過を見たいからです。」

現在のモデルでは、特定の星の 2 回の太陽面通過を観察すれば、特定するのに十分なデータが得られ、ある程度のデータが得られるはずであると示唆されています。 系外惑星の特徴を表していますが、もし次のようなことがあれば、PLATO が同じ地域を 3 年、さらには 4 年間観測する可能性があります。 必要。

これらの地球に似た惑星に加えて、PLATO はより低温の赤色矮星も観察する予定です。 それらを周回する居住可能な系外惑星. この望遠鏡の高精度光度計は、観察中の星の振動に関する情報を測定することもでき、科学者はその内部構造や年齢を知ることができます。 「これにより、私たちは星の進化の理解と星の物理学に関する一般的な知識を素晴らしい方法で進歩させることができるでしょう」とヘラス氏は語った。

PLATO の最もエキサイティングな可能性の 1 つは、その精度が非常に高いため、系外惑星の周りを周回する衛星 (系外ムーン) を検出できる可能性さえあることです。 衛星が太陽系の外に存在するのは当然ですが、現在の方法では衛星の検出がまだ明確に確認されていません。

プラトンがそのような衛星を発見できる可能性は、地球に似た惑星だけでなく、地球に似た惑星に似た衛星など、さまざまな種類の居住可能な環境を探索する可能性を広げるものである。 土星の衛星エンケラドゥス ここは、私たちの太陽系の中で居住可能な可能性がある地球以外の場所の中で最も有望な場所の 1 つです。

私たちの銀河系には惑星がいくつありますか?

これまでに約 4,200 個の系外惑星が発見されており、さらに多くの惑星がほぼ毎月発表されています。 しかし、私たちの銀河系に正確にいくつの惑星があるのか​​については、未解決の疑問が残っています。 トランジット法のような方法を使用すると、特定の配置の惑星、特に接近した惑星のみが明らかになります。 星までの軌道を周回しているため、銀河系にどれだけの惑星があるのか​​をよりよく理解するには、銀河系の全体像が必要です。 合計。

それがNASAの今後の計画だ ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡、または単にローマ人は、発見することを目的としています。 この望遠鏡は現在建設中で、2025年末か2026年初めに打ち上げられたら、ローマ銀河系外惑星探査（RGES）と呼ばれる夜空の調査が開始される予定だ。

この調査の目的は、系外惑星そのものを発見したり調査したりすることではなく、むしろ、 私たちの銀河系のホスト惑星系にはいくつの星があり、それらの星系がどのように構成されているかについての全体像 配布されました。

光を曲げて惑星を検出

ローマンは空の調査を行うために、マイクロレンズと呼ばれる技術を使用する予定です。この技術は系外惑星を見つけることができますが、主に惑星が周回する星について科学者に知らせます。

「マイクロレンズは多くの点でユニークです」とRGESの主任研究員であるスコット・ガウディ氏はデジタル・トレンドのインタビューで語った。 これは、星の検出に使用される重力レンズと呼ばれるプロセスに基づいています。 「それがどのように機能するかというと、ある星を十分に長く（約50万年）見つめると、偶然に別の前景の星が 背景の星からの光を 2 つの画像に分割できるように、その背景の星を視線の近くに浮かべてください。」 と説明した。

「前景の星がその前に来ると、背景の光源星が明るくなります。前景の星の重力によって、遠ざかっていくはずの光線が曲げられるからです」 視線からして。」 これは、科学者が背景の星が明るくなり、その後暗くなることを観察すると、背景の星との間を別の星が通過したと推測できることを意味します。 私たち。

この技術は、系外惑星を検出するためにさらに改良することができます。 「その前景の星にたまたま惑星がある場合、その惑星には質量があるということは、その星にも重力レンズがかかる可能性があることを意味します」とガウディ氏は語った。 「したがって、前景の主星によって作成された背景の星の2つの画像のうちの1つがたまたま惑星の近くを通過すると、短時間の 追加の増光または減光は、地球質量惑星の場合は数時間から、木星質量惑星の場合は数日間続きます。 惑星。"

問題は、惑星や恒星がそのように並ぶというこのような出来事は稀であり、予測不可能であるということです。 したがって、それらを捕捉するには、天文学者は膨大な数の星を観察する必要があります。 「レンズ現象は星ごとに50万年に1回起こるので、待つには長い時間がかかります」とガウディ氏は語った。 「その代わりに、私たちは銀河バルジ（銀河の中心にある星が密集している領域）にある約1億個の星を監視しており、常に何千もの星がレンズに映されています。」

ローマンは非常に広い視野を持ち、銀河の膨らみの大きな部分を観察できるため、この種の調査に特に適しています。 また、これらの数百万個の星を 15 分のタイムスケールで監視できるため、研究者はこれらのレンズ現象が発生したときにそれを捉えることができます。

補完的なミッション

私たちの銀河系にいくつの系外惑星が存在するかについて、これまでに私たちが持っている主なデータは、現在は引退しているケプラー宇宙望遠鏡からのものです。 2009年から2018年にかけて空を調査し、トランジットを利用して系外惑星を探すために約15万個の星の明るさを測定した。 方法。

このミッションは、今日の系外惑星研究の基礎を築きました。 しかし、ケプラーが使用した方法により、見逃した可能性のある系外惑星がまだたくさんあります。 Roman プロジェクトは、別の方法を使用してこの研究を拡張し、補完することを目的としています。

「RGES 調査はケプラーを補完するものであるため重要です」とガウディ氏は説明しました。 「マイクロレンズ法は本質的に、より遠くにある惑星に敏感であるため、軌道が地球の軌道よりもおよそ大きい惑星は、 地球。" たとえば、この方法が遠く離れた宇宙人によって私たちの太陽系を観察するために使用された場合、それを除くすべての惑星を検出できるでしょう。 水星。

「一方、ケプラーは地球質量惑星に対してかろうじて感度を持っていました。 したがって、銀河内の系外惑星の統計調査を行うには、RGES 調査を行う必要があります」とガウディ氏は語った。

また、マイクロレンズは観測対象の星からの明るい光に依存しないため、科学者は私たちに近い星系だけでなく、銀河の中心ほど遠い星系も観察することができます。 Roman により、研究者は惑星系が銀河全体にどのように分布しているかを統計的に理解できるようになります、ガウディ 「したがって、私たちは系外惑星系の銀河分布を実際に決定することができますが、これは他の惑星系では基本的に不可能です」 技術。"

トランジットを使用した系外惑星の特徴付け

PLATO 望遠鏡と Roman 望遠鏡は、新しい系外惑星を発見し、銀河系に合計でいくつの系外惑星が存在するかを推定するのに非常に貴重です。 しかし、惑星の数とそれらがどこに位置するかがわかったら、これらの惑星についてさらに詳しく知り、質量、大きさ、年齢などの特徴を調査するための新しいツールが必要になります。 この情報は、木星や土星のような巨大ガス惑星であっても、地球や火星のような岩石の世界であっても、そこにどのような種類の惑星があるのか​​を知るのに役立ちます。

ESAは最近発足しました CHEOPS (CHARacterising ExOPlanets Satellite) と呼ばれる新しい宇宙望遠鏡で、軌道から系外惑星を調査しています。 CHEOPS プロジェクトは、その期間中にいくつかの新しい系外惑星を発見する可能性がありますが、その主な目的は、他の調査で発見された系外惑星をトランジット法を使用してより詳細に調査することです。

CHEOPSのプロジェクトサイエンティスト、ケイト・アイザック氏はデジタル・トレンドのインタビューで、「私たちは事実上、フォローアップのミッションだ」と説明した。 「私たちは既知の系外惑星の大きさなどを見つけるために追跡調査を行っています。」

これは、このプロジェクトに参加している科学者が、いつトランジットが発生するかについて必要な情報をすでに持っているため、観測において有利であることを意味します。 彼らは、惑星が通過する適切な瞬間に、その惑星に関する情報を捕捉するために、その惑星に機器を向けることができます。

CHEOPS は数か月前に発足したばかりですが、すでに新しい情報を発見しています。 惑星ケルト-11 b研究者らの声明によると、この風変わりな惑星は密度が非常に低いため、「十分な大きさのプールの水に浮く」ことが判明したという。

地球を探して 2

系外惑星の検出と研究は、単に次のような奇妙な世界を見つけることだけではありません。 ケルト-9b または AUマイクb けれど。 それは、地球の外に生命が存在するかどうかという最大の疑問にも関係しています。 天文学者らによって現在行われている研究は、惑星がどこにあるのかだけでなく、惑星が居住可能かどうかという問題も調査し始めている。 最終的には、これらの遠方の惑星に実際に生命が存在するかどうかを判断するのに役立つ可能性がある。

「系外惑星科学の聖杯の一つは生命を探すことです」とアイザック氏は語った。 「人々が探しているものの一つは、地球に似た惑星です。 Earth 2、と言ってもいいかもしれません。」 それには、星のハビタブルゾーン（惑星の表面に液体の水が存在できる星からの距離）内にある岩石惑星を探すことが含まれます。 今後のジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のような将来のミッションでは、遠く離れた系外惑星に大気があるかどうかを調査することもできるようになるでしょう。

PLATO プロジェクトの科学者であるヘラス氏も、居住可能性の探求の重要性に同意しました。 「居住可能な可能性のある系外惑星の研究は、惑星がどのように進化するかだけでなく、おそらく生命がどのように出現したかを理解するための次のステップです」と彼女は述べた。 「私たちは系外惑星について学びましたが、次のステップは生命の発達と生命がどのように始まったかについてさらに学ぶことです。」

また、私たちの太陽系に似た他の太陽系が存在するかどうかについても、大きな未解決の疑問があります。 「私たちはまた、私たちの惑星がどれほどユニークであるかを知りたいと思っています」とヘラス氏は語った。 彼女は、何千もの系外惑星が発見されているにもかかわらず、それらの星のハビタブルゾーン内にあるものはほとんどないと説明しました。 「つまり、私たちの知識では、私たちの太陽系がどれほどユニークであり、地球がどれほどユニークであるかはまだ本当にわかっていません。」

究極の質問

系外惑星の発見と生命の探索との間のこのつながりが、これらのプロジェクトに取り組む科学者と、遠い世界について知りたいという一般の人々の両方の意欲を駆り立てています。 奇妙な系外惑星について聞いて、これらの奇妙な場所に住むことがどのようなものかを想像しないことは不可能です。

「系外惑星は、何と言っても、理解しやすいので魅力的です」とアイザック氏は語った。 「私たちは惑星に住んでいます。 私たちは孤独かどうかという問題は、哲学的、物理的、心理学的に見ても深い問題であり、興味深い問題であり、私たちは簡単に理解できます。 系外惑星の探索と研究は、私たちは孤独なのかという問いへの一歩です… CHEOPS があれば、私たちは生命を見つけることはできません。 惑星Xで小さな緑の人たちを発見したといってミッションを終了するつもりはありません。 しかし、私たちがやろうとしているのは、長期的にはそれを実現できるプロセスに貢献することです。」

たとえ生命の探求で何も見つからなかったとしても、それは依然として深遠な発見となるでしょう。 そして、その探索自体が科学的調査を促し、宇宙における私たちの位置についての深い熟考を促すことができます。

「私たちは皆、意味を探し求めていると思います」とガウディは言いました。 「生命、たとえ単純な生命であっても、地球上の生命とは独立して別の惑星で誕生したかどうかを何らかの形で知ることができたら―― あるいは、そうでなくて私たちは宇宙的に孤独であるとしたら、どちらかが私たちの自分自身の見方と世界における私たちの立場に非常に深刻な影響を与えるでしょう。 宇宙。 その意味こそが、私が居住可能性と潜在的な生命の探求を個人的に研究する原動力となっているのです。」