天文学者は実際にどのようにして太陽系外惑星を見つけるのでしょうか？ | 科学| スミソニアン - 記事、科学、技術、宇宙

1世代前、遠方の星を周回する惑星のアイデアは、まだSFの領域にありました。しかし、1988年に最初の太陽系外惑星が発見されて以来、数百の発見があり、その発見は時間の経過とともに速くなっています。

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先月、単一の発表で、NASAの天文学者はケプラー宇宙望遠鏡によって収集されたデータで715個の未知の惑星の発見を明らかにしました。、水で満たされたもの、おおよそ地球サイズのもの、木星の2倍以上の大きさのものがあります。

しかし、これらすべての遠方の惑星の大部分には共通点が1つあります。いくつかの例外はありますが、最も強力な望遠鏡であっても、見るには遠すぎます。その場合、天文学者は自分がそこにいることをどのようにして知るのでしょうか？

過去数十年にわたり、研究者たちは太陽系外の多くの惑星を発見するためのさまざまな技術を開発してきました。これらの技術を組み合わせて初期発見を確認し、惑星の特性についてさらに学習します。ここで、これまでに使用された主な方法について説明します。

乗り継ぎ

遠く、遠くの星を周回している小さな惑星を見てください。時々、惑星があなたとその星の間を通過し、一時的に星の光の一部を遮ることがあります。この調光が十分な頻度で発生した場合、たとえ見えなくても、惑星の存在を推測できる可能性があります。

（ウィキメディアコモンズ/ニコラスモレンスキー経由の画像）

これが本質であり、これは太陽系外惑星を検出するトランジット方法であり、これまでの太陽系外惑星の発見の大半を担っています。もちろん、遠方の星の場合、人間の肉眼では私たちが見る光量の減光を確実に検出する方法はないため、科学者は望遠鏡（特にケプラー宇宙望遠鏡）やその他の機器を収集して分析しますこのデータ。

したがって、天文学者にとって、通過方法を介して遠方の太陽系外惑星を「見る」ことは、一般的に次のようなものになります。

遠方の星からの光の量は、惑星が星と私たちの間を通過するにつれて、グラフ化されて低下します。（Wikimedia Commons /Сампосчитал経由の画像）

場合によっては、惑星が星と私たちの間を通過することによって引き起こされる減光の量は、天文学者に惑星のサイズの大まかな推定を伝えることもできます。星のサイズとそれからの惑星の距離（後者は別の検出方法、半径速度、このリストの下の方で決定されます）がわかっていて、惑星が星の光の特定の割合をブロックしていることがわかりますこれらの値のみに基づいて惑星の半径を計算します。

ただし、トランジット方式には欠点があります。惑星は、私たちとその星の間を通過するために正しく並んでいる必要があり、軌道から遠くなるほど、この整列の可能性は低くなります。計算によると、地球と同じ距離（約9, 300万マイル）を周回する同じ距離で星を目指している地球サイズの惑星では、0.47％の確率でしか調光できません。

この方法は、多数の誤検知を引き起こす可能性もあります。これは、通過する惑星として特定されるが、最終的には完全に別の何かによって引き起こされる減光のエピソードです。ある研究では、ケプラーのデータで特定された大規模な周回惑星の35％が実際に存在せず、減光は私たちと星の間にある塵や他の物質に起因することがわかっています。ほとんどの場合、天文学者は、この方法で見つかった惑星をこのリストの他の方法で確認しようとします。

軌道の明るさ

場合によっては、その星の周りを回る惑星が、地球に到達する光の量を、落とすのではなく上昇させます。一般に、これらは惑星が非常に密接に軌道を回っているケースであるため、検出可能な量の熱放射を放出する程度まで加熱されています。

この放射を星自体の放射と区別することはできませんが、右の軌道を周回している惑星は、月の位相と同様に、規則的な一連の段階で私たちにさらされます。宇宙望遠鏡がこれらの星から受け取る光の量の上昇は、惑星の存在を推測するために使用できます。

トランジット法と同様に、この手法を使用すると、星の近くを周回している大きな惑星を簡単に検出できます。これまでのところ、この方法だけを使って発見された惑星はほんの一握りですが、長期的には、太陽系外惑星が私たちと星の間を直接通過して検出する必要がないため、最も生産的な方法になる可能性がありますそれにより、はるかに広い範囲の可能な発見が可能になります。

動径速度

小学校では、太陽系はゆっくりと周回する惑星、小惑星、その他の残骸に囲まれた定常星であると教えられています。しかし、真実は少し複雑です：惑星の引力のために、星はシステムの重心からわずかに揺れ動きます：

（ウィキメディアコモンズ/ Zhatt経由の画像）

この現象は次のようになります。大きな惑星は、十分な質量がある場合、星を引き寄せて、遠方の太陽系の正確な中心から星を移動させる可能性があります。そのため、星の位置の周期的で予測可能なまだ微小なシフトを使用して、その星の近くにある大きな惑星の存在を推測できます。

天文学者はこの現象を利用して何百もの太陽系外惑星を検出しています。最近まで、トランジットを超えると、この方法（半径方向速度と呼ばれる）が、発見された太陽系外惑星の大半の原因でした。

数百光年離れた星のわずかな動きを測定することは困難に思えるかもしれませんが、ドップラー効果のために、星が1メートル/秒という低い速度で地球に向かって（または地球から離れて）加速することを天文学者が検出できることがわかります。

効果は、波（音、可視光、またはその他の形態の電磁エネルギー）が、それらを発するオブジェクトが観測者に向かって移動するときに周波数がわずかに高く、離れるときに周波数がわずかに低くなる現象です。近づいてくる救急車のサイレンの高い泣き声を、それが追い払うにつれてわずかに低い音に置き換えたことを聞いたことがあれば、あなたは直接体験しました。

救急車を遠方の星に置き換え、サイレンの音とそれが発する光を交換すれば、あなたはそのアイデアをほとんど得ることができます。星から放出される光の特定の周波数を測定する分光計を使用して、天文学者は見かけのシフトを検索し、星が私たちに少し近づいているか、わずかに離れていることを示します。

運動の程度は、惑星の質量を反映することさえできます。惑星の半径（通過法で計算）と組み合わせると、科学者は惑星の密度、したがってその組成（たとえば、ガスの巨人や岩の多い惑星の場合）を決定できます。

この方法にも制限があります。小さな惑星を周回する大きな惑星を見つける方がはるかに簡単です。なぜなら、そのような惑星は星の動きにより大きな影響を与えるからです。比較的小さい地球サイズの惑星は、特に遠距離で検出するのが難しいでしょう。

ダイレクトイメージング

まれに、天文学者は可能な限り簡単な方法で太陽系外惑星を見つけることができました。

木星よりも大きいと思われる3つの巨大な惑星は、2010年に星HR8799を周回して直接撮像されました（星自体はコロナグラフでブロックされています。（NASA / JPL-Caltech / Palomar天文台経由の画像）

これらのケースは、いくつかの理由で非常にまれです。惑星とその星を区別できるようにするには、惑星を比較的遠くに離す必要があります（たとえば、水星が遠くから太陽と見分けがつかないことは容易に想像できます）。しかし、惑星がその星から離れすぎている場合、星の光が十分に反射されず、まったく見えません。

望遠鏡で最も確実に見ることができる太陽系外惑星は大きく（木星のように）、非常に高温であるため、望遠鏡で検出して星と区別するために使用できる独自の赤外線放射を放ちます。褐色d星の軌道を周回する惑星（技術的には星として分類されていない物体は、核融合反応を起こすほど熱くも重くもないため、光をほとんど発しないため）も簡単に検出できます。

直接撮像は、いくつかの特に巨大なならず者惑星を検出するためにも使用されています。それらは、星を周回する代わりに、宇宙を自由に浮遊します。

重力レンズ

このリストにあるこれまでのすべての方法は、非直感的なレベルで非科学者にとってある程度意味があります。一握りの太陽系外惑星を発見するために使用される重力レンズ効果は、より抽象的な思考を必要とします。

ある星が非常に遠くにあり、別の星がその星と地球の中間にあると想像してください。まれに、2つの星がほぼ並ぶ場合があります。夜空で重なり合っています。これが起こると、より近い星の重力がレンズのように作用し、遠くの星からの光が近くを通過して私たちに届くのを拡大します。