太陽系外惑星を語る。

太陽系外惑星とは

太陽以外の恒星を回る惑星を太陽系外惑星[exoplanet]という。

「太陽以外の恒星の中にも、惑星を従えたものがあるに違いない」という考えは古くからあった。
しかし、実際に太陽系外惑星の存在が確認されたのは、比較的新しく1995年のことである。

太陽系外惑星を発見すると言っても、「巨大望遠鏡を恒星に向けたら、すぐ横にポツンと惑星がありました」というような見つけ方ではない。
太陽系外惑星は、暗いためにCCDでも撮像できないのだ。

太陽系外惑星を直接見ることは不可能でも、恒星を注意深く観測することによって、その挙動から惑星を従えている証拠を見出すことができる。

現在では、恒星の挙動を確認して、惑星の存在を特定する手法が取られている。
このような手法の主流は「ドップラー偏移法」と「トランジット法」だ。

太陽は、太陽系の中心にデンッと静止していて、その周囲を惑星たちが公転しているというイメージが強い。
実はこれは誤りなのだ。
太陽も、太陽系の中心を公転しているのである。

木星の質量は大きい。
太陽は木星の引力によって、太陽系の中心から木星の方向に少しずれるのだ。
ずれる距離は太陽の半径ほどしかないのであるが、この距離を軌道半径として太陽は、太陽系中心の周囲を公転しているのである。

これを、太陽系外から観測すると、太陽が木星の引力に引っ張られてフラフラしているのが観測できるはずだ。
他の恒星でも同じことが言える。

もし、恒星がフラフラしていたら、大きめの惑星を伴っていると判断できる。
惑星を持たない単独の恒星はフラフラしないからだ。

恒星はフラフラしている様子は、眼視や写真では確認できない。
そこで、ドップラー効果を使用する。
フラつきによって恒星の光が起こすドップラー効果を検出するのである。
この手法がドップラー偏移法だ。

出展：JPL PlanetQuest
ドップラー偏移法の原理

これに対してトランジット法は日食や食変光星と同じ原理だ。

恒星の前面を惑星が通過すれば、その恒星はわずかに減光する。
減光を捉えれば、惑星の存在が確認できるのだ。

出展：JPL PlanetQuest
トランジット法の原理

もちろん、トランジット法は惑星の軌道面が地球を向いていなくては使い物にならない。
公転周期の長い惑星であれば、減光のチャンスを捉えるのは難しい。
しかし、観測機材が軽装で済むことから、アマチュアの参加できる余地は大いにある。

太陽系外惑星の発見第一号はペガスス座51番星の惑星「ベレロフォン」である。
このベレロフォンはドップラー偏移法によって発見された。

このベレロフォンは木星の半分程度の質量を持ち、主星(ペガスス座51番星)から0.05AUの距離を4.2日で公転している巨大ガス惑星である。
主星から至近距離を公転する木星型惑星をホットジュピターと呼ぶ。

大質量の惑星が至近距離を公転していれば、その恒星はフラつきやすい。
つまり、ホットジュピターはドップラー偏移法で検出しやすいのだ。

ベレロフォンの発見以来、太陽系外惑星の捜索が活発になっている。
California and Carnegie Extrasolar Planet Search によると、2007/01/05現在、182個の太陽系外惑星が確認されている。

太陽系の惑星は「内側に小型の地球型惑星(岩石型惑星)、外側に大型ガス惑星」というパターンで配列している。
ところが発見される太陽系外惑星は、今のところこのパターンにあてはまるものはない。
現在までに発見されている太陽系外惑星は以下の3種類である。
どれも太陽系には、存在しないタイプである。

こぎつね座V452の周囲を公転するホットジュピターである。
トランジット法によって発見された。
赤外線観測により大気中に存在する水とメタンが確認された。

みずがめ座の赤色矮星グリーゼ 876の周囲を約61日で公転する太陽系外惑星である。

2006年12に打ち上げられたCOROTは、トランジット法によって太陽系外惑星を捜索しようとする宇宙望遠鏡だ。
これ以後も、Kepler(ケプラー)、TPF、Darwin等の太陽系外惑星を捜索を目的とした宇宙望遠鏡が計画中である。