地球型外惑星「ケプラー186fとケプラー62f」

Posted by moonrainbow on 09.2018 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
2つの地球型外惑星に地球と似たような安定した気候と季節があるというさらなる証拠「ケプラー186fとケプラー62f」

2つの地球型外惑星

前々から地球によく似ているとされていた外惑星「ケプラー186f」ですが、新たなる研究で、少なくとも気候の点では地球に似ていることが判明したようです。さらに「ケプラー62f」でも同じ結果が得られています

 規則的な季節と安定した気候を持つ可能性が高い

 『Astronomical Journal』に掲載された研究論文では、シミュレーションを行なって惑星の自転軸のダイナミクスを解析・特定しました

 このダイナミクスは惑星の軸の傾き具合や時間経過による角度の変化を決めます。自転軸の傾きは惑星表面が受ける日光に影響するために、季節や気候を決める要因となります

 「ケプラー186f」はハビタブルゾーン内で初めて確認された地球サイズの惑星です。解析の結果、自転軸は、地球と同様、非常に安定しており、そのために規則的な季節と安定した気候を持つ可能性が高いことが分かりました

 さらに地球から1200光年離れたスーパーアース級の「ケプラー62f」でも同じ結果が得られています

2つの地球型外惑星1
ケプラー186f

自転軸の傾きと気候の関係

 自転軸の傾きは気候にどれほど重要なのだろうか?

 研究者によると、火星が数十億年前は水の惑星だったのに現在は荒涼とした砂漠に変わってしまったのは、自転軸の大きな変動が主な理由かもしれないのです

 「火星は太陽系内のハビタブルゾーンにあります。ですが、自転軸の傾きが0度から60度と不安定です」と研究チームを率いた米ジョージア工科大学のゴンジェ・リ(Gongjie Li)氏は話す。「この不安定性のために大気が衰え、表面の水が蒸発したのでしょう」

 対照的に、地球の自転軸のゆらぎはもっと穏やかで、22.1度から24.5度の範囲を1万年かけて変化します

2つの地球型外惑星2

 主星を周る惑星軌道の方位角(orientation angle)は、同じ星系内にあるほかの惑星との重力的な相互作用によって振動します。惑星の公転軌道が、その自転軸の歳差運動(コマの回転軸の首振り運動と同じ)と同じ速度で振動するなら、自転軸もまた前後に、ときには劇的に振動するでしょう

 火星と地球は、水星や金星と並んで、強く作用し合います。その結果、その自転軸はひとりでに軌道の揺らぎと同じ割合で歳差運動を起こすようになり、これが自転軸の傾きに大きな変動を作り出す可能性があります

地球では月が変化を食い止めている

 幸いにも月が地球の変化を食い止めています。月は地球の自転軸の歳差運動率を大きくし、公転軌道の振動率とに違いを作ります。一方、火星の場合、月のように自転軸の傾きを安定させられるだけ大きな衛星を持知ません

 「どちらの外惑星も兄弟惑星との繋がりが弱く、火星や地球とはかなり違うようです」とリ氏は話す。「そこに衛星があるのかどうか不明ですが、計算からは衛星がなかったとしても、ケプラー186fと62fが数千万年は安定していられたことが示されています」

2つの地球型外惑星3

ケプラー186fの場合

 ケプラー186fは地球の半径よりも10パーセント未満大きいが、質量、組成、密度は謎のままです。公転周期は130日です

 NASAによると、ケプラー186の明るさは、正午に186fに立っていれば、地球から見た日没直前の太陽の明るさと同じくらいに見えるだろうとのことです。ケプラー186ははくちょう座の方向に位置し、186fを含め、5つの惑星を持ちます

2つの地球型外惑星4
ケプラー186f

ケプラー62fの場合

 ケプラー62fは、2014年に186fが発見されるまでは最も地球に似た外惑星でした。

 地球より40パーセント大きく、岩石か海に覆われている可能性が高いのです。こと座の方角に位置し、ケプラー62を公転する5つの外惑星のうち最も外側にあります

2つの地球型外惑星5
ケプラー62f

生命は存在しているのか?

 どちらもハビタブルゾーンに属していますが、だからといって生命が必ず存在するわけではないのです。それでも比較的有力な候補です

 今回の研究は、外惑星の気候安定性に関する初の調査で、生命の居住可能性についてさらなる理解をもたらしてくれます

 「惑星の季節が不規則だからといって生命の可能性を否定できるほど、生命の起源について十分な理解はされていません」と研究チームのユートン・シャン氏は話す。「地球上でさえ、生命は驚くほど多様で、過酷な環境でも信じられないような弾力性を示します。気候が安定していれば、いっそう快適に始まれるでしょう」

2018年07月08日
カラパイアより

地球外生命体がいるかもしれない「系外惑星」

Posted by moonrainbow on 25.2018 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
「地球外生命体」が居るかもしれない53の惑星のカタログ

カタログ
ixpert / shutterstock.com

地球外生命体がいるかもしれない「系外惑星」は分かっているだけで53も存在します。系外惑星は恒星の周りを回る太陽系の外にある惑星で、今のところ3730が確認されています

「これらの星には、生命が存在できる潜在的可能性がある」と、プエルトリコ大学アレシボ校の惑星宇宙生物学者アベル・メンデスは述べています。メンデスは、世界中の宇宙科学者たちが利用するオンラインデータベース「Habitable Exoplanets Catalog(居住可能な系外惑星のカタログ)」の管理者です

このハビタブル(居住可能)な星のカタログに、最近になって追加されたのが、2017年11月に発見された「ロス128b」です。これは、おとめ座の方向の約11光年の距離にある岩石でできた星です。そして新たに追加されそうなのが「ケプラー1652b」で、白鳥座方向に800光年以上離れた場所にあります

しかし、この分野の研究の歴史はまだ浅いのです。生命の存在の可能性をさぐるためには、NASAが打ち上げを計画中のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が稼働するのを待たなければならないのです

一方で、生命の存在に欠かせない条件として判明しているのが、惑星の大きさです。例えば水星は小さいため大気が少なすぎ、木星は大きいため大気が多すぎて、いずれも生命が生きるのが難しい環境です。どちらの惑星も液体の水が地表にないため、生命存在の可能性はないのです

また、惑星の軌道も重要です。「温度が適度に保たれる位置であることが大事だ。恒星に近すぎると水が蒸発し、遠すぎると凍ってしまう」とメンデスは話しています

メンデスが最も生命体が存在する可能性が高いと指摘するのが「プロキシマケンタウリb」だ。この惑星の大きさは地球に近く、ハビタブルゾーンに位置し、偶然にも地球から最も近い系外惑星です

しかし、プロキシマケンタウリbは数十億年にわたり恒星からの放射線にさらされていると見られ、大気が消し飛んでいる可能性も高いのです

2番目は「トラピスト1e」だ。太陽系から約39.13光年離れた距離にある、薄暗い恒星「トラピスト1」の周りを回る7つの惑星の1つです。ここには地球の250倍もの水がある可能性があります

居住可能な星は数千個ある可能性

しかし、他の6つの惑星と同様に自転と公転の周期が等しいため、トラピスト1eの半分は常に恒星を向いていますが、残り半分は常に暗闇に包まれています。それでも生命体が存在する可能性がゼロではないとメンデスは述べています

「暗闇に包まれている反対側にも熱が回る可能性があるため、海と大気があれば大きな問題ではない」

カタログに登録される系外惑星の数は、今後数年で急増すると見られます。NASAが2018年4月に打ち上げた系外惑星探査衛星「TESS」によって、2万に及ぶ新たな系外惑星が発見されると予測されるからです。そのうち数%がカタログに登録されるでしょう

これは始まりに過ぎないとメンデスは述べています。「夜空に見える星の最大50%は、居住可能な惑星を衛星として持つ恒星の可能性がある」というのです

銀河系には2000億の星があるとされているため、その半分の1000億は生物が生息している可能性のある惑星を従えているかもしれないのです。メンデスに10年後について聞いてみると、彼はしばらく考え込み「居住可能と推測できる星の数は、数千に達しているかもしれない」と語りました

2018年6月16日
Forbes JAPANより

系外惑星の生命に必要な惑星の傾きや軌道

Posted by moonrainbow on 27.2018 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
系外惑星の生命には惑星の傾きや軌道の形も大事

全球凍結した地球の想像図
全球凍結した地球の想像図(提供:NASA)

系外惑星の自転軸の傾きや軌道の形が極端に変化する場合、ハビタブルゾーンに存在する惑星であっても突然の全球凍結が起こりうることが、シミュレーション研究で示されました

米・ワシントン大学のRussell Deitrickさんたちの研究チームが、「ハビタブルゾーン」(岩石惑星の表面に液体の水が存在できる温度領域)に惑星が位置していても、必ずしもそれが生命に適した環境だと判断する証拠になるわけではないという研究結果を発表しました。ポイントとなるのは惑星の赤道傾斜角と離心率だそうです

赤道傾斜角は惑星の自転軸の傾きのことで、地球の場合は約23.4度だ。自転軸が傾いていることにより、惑星には季節変化が生じます。また、離心率は惑星の公転軌道の形を表す値で、軌道がどのくらいつぶれた楕円であるかを示す(0は真円、1に近いほどつぶれた円で、地球は約0.02)。軌道が楕円形だと、惑星が主星に近づいたり離れたりして両者の距離が変化します

太陽系のハビタブルゾーンに位置する地球の場合は、数千年単位でほんの少しだけ揺れ動きながら、少し傾いた状態で太陽の周りをほぼ円に近い軌道で回っていることで、うまく生命が存在できる惑星となっています

これまでの研究では、太陽に似た主星のハビタブルゾーンにある惑星で、赤道傾斜角が大きかったり変化したりする場合には、惑星・主星間の距離が不変でも惑星の温度が高くなることが示されていました

今回Deitrickさんたちは、太陽のようなG型星の周りのハビタブルゾーンに存在する惑星にターゲットを絞り、赤道傾斜角と離心率という2つの要素が生命を育める可能性にどんな影響を及ぼすのかをコンピューターモデルで調べました。そして、惑星表面での氷床の成長などをより精密に取り入れた惑星モデルを使って、実際は惑星の温度はむしろ低くなるらしいという結果を得ました

「惑星の離心率や軌道長半径の変化―つまり主星と惑星の間の距離の変動―が大きかったり、自転軸の傾きが35度以上になったりすると、ハビタブルゾーンに位置する惑星であっても突然『全球凍結』する可能性が明らかになりました」(Deitrickさん)

「自転軸の周期変化によってハビタブルゾーンの惑星の温度が上がるのはほんのわずかな期間しかありません。今回の研究で、系外惑星での氷河期は地球のものよりはるかに厳しいものになりうることが本質的に示されました。系外惑星に生命が存在するかどうかを考える上では、惑星軌道のダイナミクスが大きな要素になります。惑星の生命存在可能性を特徴付けるのに、ハビタブルゾーン内かどうかだけを考えるのでは不十分です。また、今回の研究結果から、地球は気候という観点でいうと比較的穏やかな惑星なのかもしれないということもわかりました」(ワシントン大学 Rory Barnesさん)

Deitrickさんたちは、どの系外惑星に貴重な観測時間を割いて調べる価値があるのかを判断するのにも、彼らの数値モデルが役に立つと考えている。「たとえば、もし将来地球に似た惑星を見つけたとして、その惑星の軌道や自転軸が激しく振動することが数値モデルからわかったとしたら、別の惑星を詳しく観測することにした方が良いのかもしれません」(Deitrickさん)

2018年5月21日
AstroArtsより

系外惑星「WASP-107b」の大気からヘリウムが検出

Posted by moonrainbow on 23.2018 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
系外惑星の大気からヘリウムを初検出

主星「WASP-107」
主星「WASP-107」と系外惑星「WASP-107 b」の想像図
主星「WASP-107」(背景)の前を通過する系外惑星「WASP-107 b」(手前)の想像図(提供:ESA/Hubble, NASA, and M. Kornmesser)

ハッブル宇宙望遠鏡による観測で、系外惑星「WASP-107b」の大気からヘリウムが検出されました。太陽系外の惑星でヘリウムが検出されたのは初めてのことです

英・エクセター大学のJessica Spakeさんたちの研究チームが、おとめ座の方向約200光年の距離にある系外惑星「WASP-107 b」をハッブル宇宙望遠鏡で観測し、この惑星の大気からヘリウムを検出しました。「宇宙でヘリウムは水素に次いで2番目に多い元素で、太陽系内では木星や土星を構成している主な物質の一つです。系外惑星の大気についてもヘリウムは探索されてきましたが、これまで検出されたことはありませんでした」(Spakeさん)

主星の前を惑星が通り過ぎる際に、主星の光が惑星の大気に吸収されて生じるスペクトルの変化を調べると、惑星大気の化学組成を知ることができます。Spakeさんたちは、WASP-107 bの大気の赤外線スペクトルを分析することでヘリウムを検出しました。これまで、系外惑星の大気成分は紫外線や可視光線のスペクトルを調べることで検出されてきたが、今回の成果は、赤外線のように長い波長での観測も系外惑星大気の研究に有効であることを示すものでした

「今回、ヘリウムの強い吸収線を観測できたことで、この新しい手法を使えばこれまでよりも幅広い系外惑星で上層大気を研究できることがわかりました。紫外線を使う従来の方法で調べられるのは、地球から非常に近い惑星に限られます。地球の上層大気にもヘリウムは存在していますから、私たちの新しい手法は、従来の技術では非常に難しかった地球サイズの系外惑星を取り巻く大気の検出にも役立つかもしれません」(Spakeさん)

WASP-107 bは、これまで知られている中で最も密度の低い惑星の一つで、大きさは木星とほぼ同じですが、質量は木星の12%しかないのです。今回検出されたヘリウムの量がかなり多いことから、この惑星の上層大気は惑星本体の半径に匹敵する高度数万kmにまで広がっていると考えられます。今回の発見は、このように大きく広がった惑星大気が赤外線観測で見つかった初めてのケースでもあります。これほど大気が広がっていることから、この惑星の大気物質は10億年で総質量の0.1~4%を失うほどの速さで宇宙空間へ流出していると推定されます

惑星から大気が逃げる速度に大きな影響を与えているのは主星からの放射です。惑星系の主星であるWASP-107は非常に活発な恒星で、惑星の大気の流出を促進しています。主星からの放射を惑星大気が吸収すると大気の温度が上がり、急速に膨張して大気がいっそう速く宇宙空間へと流れ出すのです

「将来稼働するジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの望遠鏡と私たちの新しい観測手法を組み合わせれば、系外惑星の大気分析がこれまでよりもはるかに詳細にできるようになるでしょう」(エクセター大学 David Singさん)

2018年5月11日
AstroArtsより

雲のない系外惑星「WASP-96 b」

Posted by moonrainbow on 20.2018 太陽系外惑星   0 comments   0 trackback
雲のない「快晴」の系外惑星

「ホットサターン」WASP-96 bの想像図
「ホットサターン」WASP-96 bの想像図。ナトリウムは黄色からオレンジ色の光を吸収するため、遠くの観測者からこの惑星を見ると青みがかった色に見えると考えられる(提供:Engine House)

チリのVLTを使った分光観測で、大気にまったく雲が存在しない系外惑星が初めて見つかりました

「WASP-96 b」は表面温度が約1000℃という典型的な高温の巨大ガス惑星です。半径は木星より2割ほど大きく、質量が土星とほぼ同じであることから「ホットサターン」とも呼ばれます。ほうおう座の方向、地球から980光年の距離にある太陽に似た星の周りを3.4日周期で公転しています

英・エクセター大学のNikolay Nikolovさんを中心とする研究チームは、チリにあるヨーロッパ南天天文台の口径8.2m超大型望遠鏡を使い、WASP-96 bが主星の手前を通過(トランジット)する際にこの惑星の大気を調べました。主星の光が惑星やその大気によって遮られる様子を観測することで、惑星の大気組成を決めることができるのです

人間の指紋に二つとして同じものがないのと同様に、原子や分子にも、そのスペクトルにそれぞれ固有の特徴があります。この特徴を使うと、天体にその原子や分子が存在するかどうかがわかります。今回の分光観測で、WASP-96 bのスペクトルからナトリウムのD線と呼ばれる吸収線を完全な形で検出することができました

長年にわたって、高温の巨大ガス惑星の大気にはナトリウムが存在すると予想されていました。惑星の大気にナトリウムがあると、主星のスペクトルの中にナトリウムの吸収線が現れるが、大気には圧力があるため、この吸収線に「圧力幅」と呼ばれる広がりが生じ、キャンピングテントのような裾のある形の吸収線になります

「これまで系外惑星の大気では、ナトリウムの吸収線は非常に細いピークの部分しか見えないか、もしくはまったく検出されませんでした。ナトリウムの特徴的なテント型のスペクトル線は大気の深い場所でしか作られないため、ほとんどの系外惑星では雲に邪魔されてしまうようなのです」(Nikolovさん)

スペクトルに現れるナトリウムの吸収線の模式図
スペクトルに現れるナトリウムの吸収線の模式図。惑星大気の上層部を通った光には幅の細い吸収線が現れ、深い(圧力の高い)部分を通った光には幅の広い吸収線ができるため、全体として裾のあるテント型の吸収線になる。そのため、縦軸は光が通った惑星大気の高度も反映している。(左)大気に雲がなければ裾まで完全な吸収線となる。(右)雲の層があると吸収線の裾の部分が失われる(提供:N. Nikolov/E. de Mooij)

WASP-96 bではナトリウムの吸収線がピークから裾まで完全な形で検出されたことから、この惑星の大気にはほぼまったく雲がないとみられます。このおかげで、研究チームはこの惑星の大気に含まれるナトリウムの量も測定することができました。測定の結果、ナトリウムの存在量は私たちの太陽系の物質とほぼ同程度であることがわかりました

「高温の系外惑星の中でどの惑星に厚い雲が存在するかを予想するのは難しいことです。非常に雲の多い大気からWASP-96 bのようにほとんど雲のない大気まで、あらゆる種類の惑星大気を観測することで、惑星の雲が何からできているかをよりよく理解することができるようになるでしょう」(米・カリフォルニア大学サンタクルーズ校 Jonathan J. Fortneyさん)

研究チームでは、地上望遠鏡だけでなくハッブル宇宙望遠鏡やジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使うことで、ナトリウム以外の物質の痕跡も検出することを目指しています。「WASP-96 bは、将来の観測で水や一酸化炭素、二酸化炭素といった他の分子についても存在量を決めるまたとない機会をもたらしてくれるでしょう」(アイルランド・ダブリンシティ大学 Ernst de Mooijさん)

2018年5月14日
AstroArtsより
 

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