宇宙にはどのような種類の惑星が最もありますか？

アーティストが太陽系外惑星プロキシマをどのように見るかb。親星の性質上、大気がないため、生命に不利であると考えられています。天文学者が言うように、これは「注視」の世界です。惑星の片側は常に星を見ていて、その光の中で揚げ、もう片方は凍っています。おそらく、これらは宇宙で最も惑星です。



天文学では、太陽が典型的な星であるという一般的な神話が1つあります。私たちが太陽が特別なことで目立たないという事実について話しているなら-そうです、そうです。それは他の星と同じ成分で構成されています。それは70％の水素、28％のヘリウム、1〜2％の他の元素です。それは核で起こる核融合からエネルギーを受け取ります。ある意味で、これは約10の大多数に含まれる「典型的な」スターであり、 ²⁴観測可能な宇宙に含まれる星。



しかし、実際には、太陽はより明るく、より重く、その寿命は宇宙の星の95％よりも短いです。ランダムな星を選択すると、80％の確率で赤色矮星になります。太陽よりも小さく、冷たく、暗く、質量が小さくなります。ほとんどの星は私たちの太陽のようではありません。



惑星はどうですか？これまでに見つかったものだけを考慮に入れると（これはすでに4000を超えています）、ほとんどの場合、地球よりわずかに大きい惑星があると結論付けることができます。ただし、これはほとんどの場合そうではありません。注意しないと、宇宙は簡単に私たちをだますことができます-しかし、私たちはそれを避けるのに十分な情報を持っています。そして、これは私たちが宇宙のどのタイプの惑星について最もよく知っているかです。





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私たちが最初に太陽系外惑星の研究を始めたとき、私たちの太陽系の外で最初に見つかった惑星は、私たちが以前に見たものとは異なっていました。そのような惑星の最初のバッチは1990年代に発見されました。それらは非常に大きくて巨大な惑星であり、私たちの太陽系で最も巨大な惑星である木星と比較しても巨大でした。さらに、彼らは私たちのガス巨人ほど星から遠く離れていませんでした-彼らは非常に近く、星の周りの回転を完了するのにほんの数日しかかかりませんでした。これらのような最初の惑星は、私たちの最も内側の惑星である水星よりもさらに速く軌道を回っていました。



これらはいわゆるでした。最も一般的なタイプの惑星への「ホットジュピター」？どういたしまして。しかし、それらには特別な何かがありました。それらを検出する最初の方法が採用されたのは、そのような惑星でした。太陽系外の惑星を検出するための最初の成功した手法である「恒星振戦」法と呼ばれます。星は重力によってその周りを回転する惑星を引き付けるため、惑星は同じ力と反対の力で引き付けます。実際、惑星は親星の周りを楕円で移動しません。惑星星系の両方のメンバーは、共通の重心を中心に回転します。





太陽系外惑星を探すための恒星振戦法としても知られている半径方向速度法は、その周りを回転する惑星の重力の影響下での親星の動きを測定することに基づいています。惑星と星は共通の重心を中心に回転するため、星は静止せずに「震え」ます。星の光の周期的な赤と青のシフトは、太陽系外惑星の質量と公転周期を計算することを可能にします。



これらの星は遠すぎて、横方向（左右）の動きが少なすぎて、この動きを検出できません。しかし、視線に沿った半径方向の動きは検出できます。星から発せられる光の性質は、その動きに依存します。



星が私たちに向かって移動するにつれて、その光の波長は、より高い周波数、より短い波長、より高いエネルギー、そして青にシフトします。星が私たちから遠ざかるにつれて、その光の波長は、より低い周波数、より長い波長、より低いエネルギー、そして赤にシフトします。



巨大な伴星が長い間回転している星を観察すると、定期的に星があなたの方向に移動し、次にあなたから離れ、次にあなたに戻るなどの様子を見ることができます。複数の惑星がある場合、複数の信号が重ね合わされます。元々の用語である「恒星ジッター」は時代遅れになり、現在では「視線速度」法と呼ばれています。私たちの分光能力が十分に正確になったときだけ、私たちは惑星を見つけ始めました。光をさまざまな波長に分割して、特定の要素と吸収および発光の特徴を探します。





スペクトルエシェル（階段状回折格子）-これは、1990年代にハミルトン分光器に光が表示された方法です。このシステムにより、15〜20 m / sの精度で視線速度を測定することが可能になりました。これは、以前の方法よりもはるかに正確です。当時、この突破口のおかげで、いくつかの太陽系外惑星が発見されました。とホットジュピター。



そして、これは統計学の最初のレッスンです。これらの「ホットジュピター」は、宇宙で最も一般的なタイプの惑星であるためではありません。このタイプの惑星は特定の方法で検出するのが最も簡単だったので、私たちはそれらを見つけました。視線速度法を使用するときは、自分自身に質問する必要があります-どのタイプのシステムが最も目に見える効果をもたらすでしょうか？この場合、3つの要因が最大の役割を果たしていることがわかります。

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したがって、この方法では、質量が大きく、軌道が私たちの真正面にある、星に最も近い惑星を見つける傾向があります。当然のことながら、最初に発見された惑星のほとんどは「ホットジュピター」であることが判明しました。





天の川（黄色い円錐）を背景にしたケプラー望遠鏡の最初の探索の視野。ほとんどの観測ケプラーは、空の同じ部分を継続的に観測し、同時に100,000個の星を研究しました。惑星が星の円盤を通過する間、「ケプラー」はその光の周期的な減衰を観察しました。



もちろん、現代の太陽系外惑星革命は、ケプラー望遠鏡が関与してデータの収集を開始するとすぐに 始まりました。視線速度の代わりに、惑星を見つけるための主な方法は非常に敏感にされました トランジットメソッド。惑星の軌道が端から端まであるシステムのいくつかは、それらの惑星が私たちとそれらの星の間を通り抜けるほどよく整列しています。これらの瞬間に、それらは星の光のごく一部を遮ります。



理想的な軌道位置では、星は通常比較的均一に放出されるため、星の明るさは定期的に薄れますが、より冷たい惑星がその前を通過すると、一部の光が遮られます。



ケプラーの仕事の計画は独創的でした。望遠鏡は、銀河のらせん状の腕の最も近い肥厚に沿って伸びる、大きな恒星磁場が位置する空の場所を見ました。また、数千光年の地域では、10万個を超える星を同時に観測し、定期的な明るさの低下や変化を追跡することができました。 今日知られている確認された太陽系外惑星は4,000以上ありますが（その半分以上はケプラーによって発見されました）、太陽に似た星を周回する水星のような惑星の発見は、現在の技術を超えています。ケプラーの観点からすると、水星は太陽の285分の1であるため、地球よりも気づきにくくなります。したがって、その見かけのサイズは太陽の1/194です。









ケプラーが仕事をした後、私たちは既知の太陽系外惑星のコレクションを100強から4,000強に増やしました。ほとんどの場合、ケプラーは3年間同じ100,000の星を観測し、木星と同じくらい大きく、地球よりも小さい惑星を見つけました。彼が発見した惑星のグラフでは、検出のピークがいわゆるに属する間隔にあることがわかります。 「スーパーアース」。しかし、太陽系外惑星について学べば学ぶほど、実際にはスーパーアースではなく、ミニネプチューン（不安定なガスを大量に含む惑星）になる可能性が高くなります。



宇宙で最も一般的なタイプの惑星はスーパーアースであると結論付けるのは非常に魅力的です。もちろん、ケプラーが私たちに惑星候補を与えた後、私たちは視線速度を測定することによってそれらの存在を確認しました。しかし、ケプラーが星をどこで、いつ、どれだけ正確に観測するかを教えてくれたので、彼が見つけたすべての候補をチェックする機会があります。得られたデータから、宇宙で最も一般的なタイプの惑星は「ホットジュピター」ではなく、スーパーアースであると結論付けることができます。 グラフ上：星の明るさに対する惑星の半径の比率。左側は明るい星、右側は薄暗い星です。グラフの上の方が大きな惑星です。オレンジ-ケプラー候補。青-地球からの通過法によって発見された惑星。







ケプラーによって発見された惑星のほとんどは地球よりも大きいことが判明し、それらは私たちよりも暗い星を中心に回転しています。しかし、大きな惑星はかすかな星ではまれです。



ただし、この結論はおそらく正しくありません。ラジアルエラーの影響を受けませんが、特にケプラーミッションとトランジット法には、基本的にその機能を制限する独自の歪みがあります。私たちが太陽系を遠くから見ていると想像してみてください。惑星が太陽の真正面を通過するほど方向性が良い可能性はどのくらいありますか？そして、最も可能性の高い構成は何ですか？



最初の歪みは単純です。惑星が星に近いほど、その前を通過する可能性が高くなります。内側の惑星は、強く傾斜した軌道を持っていても、星の円盤に沿って通路を持つことができます-外側の惑星が円盤を通過するためには、それらの軌道が非常に正確に整列している必要があります。





太陽系の惑星の軌道、上面図。惑星が星の円盤を横切るために軌道面がどれほど正確に整列されなければならないかがわかります。水星の場合、わずかな傾きでも太陽の円盤を横切ることができます。しかし、星から離れるほど、軌道の位置はより正確になるはずです。



太陽の大きさの星の場合、水星の軌道の大きさの惑星の軌道は、理想的な真っ直ぐな位置から1.37°ずれることがあり、水星は依然として0.76％の確率で星の円盤を横切ることができます。太陽から地球までの距離に匹敵する星からの距離に位置する同じ惑星の軌道は、0.53°を超えて逸脱することはできず、ディスクを通過する可能性は0.30％です。太陽から木星までの距離では、たわみは0.101°の大きさに低下し、ディスクを通過する確率は0.056％です。海王星の場合、これはすでに0.0177°と0.0098％になります。



したがって、星に近い惑星がより頻繁に検出されることを期待する必要があり、惑星が星から離れるほど、それを見つけるのが難しくなります。 3年間の観測期間にわたって、発見された惑星の大部分は、より近い軌道で回転し、太陽系の惑星よりも速くそれらに沿って移動します。





星KOI-64（L）に沿った太陽系外惑星の主な通過と、親星®の背後にある惑星の出発。明るさの最初の低下により、トランジットを大まかに決定することができ、追加情報は、科学者が半径と公転周期以外の惑星のさまざまな特性を学ぶのに役立ちます。惑星を検出するには、ベースライン（ppm）の100ppm以上の信号が必要であることに注意してください。



そして、物理的なサイズの問題があります。惑星は、ケプラーデータセットに入るには、星の光のかなりの部分を遮断する必要があります。そして、ここで小さな妥協点が生じます。星の円盤を30回通過する小さな惑星は、星の円盤を30回しか通過しない惑星と比較して、光の10分の1しか遮ることができません（約3.2倍小さくなります）。時間..。



2つの歪みがペアで機能していることがわかります。親星の近くにある惑星を検出する傾向があります。これは、私たちとの関係で軌道が正しい位置にある可能性が高いためです。親星との比較。したがって、ケプラーからのデータを分析すると、惑星の分布は、さまざまなタイプの星で異なることがわかります。





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たとえば、ケプラーの能力は、太陽のサイズ以上の星を周回する地球サイズの惑星を見つけるのに十分ではありません。大きな星には巨大な円盤があります。太陽の円盤を覆うには地球サイズの惑星が12,000個必要であり、ケプラーは明るさの1 / 12,000分の1の減少を検出できません。太陽の大きさの星では、私たちの地球よりも大きな惑星、つまりスーパーアースしか見つけることができません。巨星の軌道では、ガス巨星しか見つけることができません。



地球のサイズ以下の惑星（岩が多く、大気が小さい可能性が高い）を見つけたい場合は、最小の星（Mクラスの星、赤色矮星）の軌道でそれらを検索する必要があります。最小の惑星は通常そのような星の周りを回っていますが、それらは非常に暗いので、それらの明るさの変化を測定することは困難です。だが：

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TRAPPIST-1システムと太陽系の内部惑星、および木星の衛星の比較。これらの惑星の分類は無計画に見えるかもしれませんが、これらすべての天体の形成と発達とそれらの現在の物理的特性の間には不変の関係があります。赤色矮星の惑星系は、それらの衛星を持つ木星または土星の拡大された対応物に非常に似ています。



今日私たちが望遠鏡を通して見るものの多くは、宇宙に存在するものの多くと同等ではないことを理解することが重要です。どの科学でも、特に天文学では、私たちは常に、検出器、機器、および現在の機能によって検出するように最適化された現象に傾倒しています。得られる最も簡単な結果は、必ずしも実際の状況を反映しているわけではありません。



長い間、最も一般的なタイプの惑星は「ホットジュピター」でした。現在、海王星のサイズの世界がより一般的であり、ミニネプチューンがさらに一般的であるように思われます。地球ほどの大きさで十分な数の小さい世界は見つかりませんでしたが、これは私たちが作成した望遠鏡の限界と何よりも関係があります。私たちの知識から推測すると、最も典型的なタイプの惑星は、地球のサイズ以下の岩石の惑星であり、赤色矮星を周回していると言えます。太陽は典型的な星ではなく、私たちの惑星は典型的な惑星ではないことがわかりました。開発中のLUVOIRミッションなど、それらを見つけるのに適したツールを作成するまで 。 -疑惑を科学的基準に対応する正確さで検証、確認、または反論することはできません。