宇宙には惑星がいくつあるのでしょうか？

2015年1月23日 | 3,718

つい最近まで、私が子供だった頃は、惑星の概念は太陽系に限られていました。つまり、いくつかの岩石惑星、4 つの巨大ガス惑星、それらの衛星、小惑星、彗星、カイパーベルト天体 (当時はまだ惑星と考えられていた冥王星とその最大の衛星カロンを含む) だけでした。

しかし、これらはすべて、8 つの惑星を持つ太陽の周りを周回するいくつかの世界にすぎません (最新の定義による)。しかし、太陽は天の川銀河にある2000億から4000億の恒星のうちの1つにすぎないことを忘れないでください。私たちは、他の恒星にも独自の惑星があるかどうか、そしてそれらの惑星がどのようなものであるかを知りたいのです。

数十年前、惑星についての話はほとんどが推測の域を出ず、当時知られていたこと、つまり私たちの銀河系の星々に基づいて理論的に議論することしかできませんでした。天の川銀河の星は大きさ、質量、直径、明るさが異なります。太陽はG型の星ですが、主なタイプは7つあります。

私たちは通常、太陽をより代表的で比較的暗い星だと考えています。なぜなら、夜空に見える O 型、B 型、A 型の星、および後期段階まで発達した赤色巨星は非常に少ないからです。しかし、実際には、これらの星が肉眼で見えるものよりも明るいため、私たちがこれらの星を見ることができるのです。一日のうちで太陽に最も近い星であるプロキシマ・ケンタウリは、中型以上の望遠鏡がなければ見ることができません。

太陽は天の川銀河の星の 95% よりも質量が大きく、明るいです。天の川銀河にあるM型赤色矮星の数は全恒星の4分の3を占め、その質量は太陽の8%から40%です。

他にも要因はあります。太陽は天の川銀河の中で孤立しており、他の恒星の重力に縛られていません。しかし、これは孤立した星が天の川銀河でよく見られる現象であることを意味するものでもありません。

星は、2 つが 1 組になって存在したり (連星)、3 つが 1 組になって存在したり (三重星)、さらには数百から数十万の星からなる星団や星群の形でも存在します。

私が言いたいのは、宇宙に惑星がいくつあるかを知りたい場合、太陽系の惑星の数と既知の恒星の数を単純に掛け算するだけではだめだということです。この推定は、人間が持つ情報が少なすぎるため、かなり単純なものです。しかし、単に楽しみたいだけなら、このアルゴリズムによれば、天の川銀河のすべての惑星の数はおよそ 2 兆から 3 兆の間であると計算できます (これにはこれらの惑星の衛星の数は含まれません)。太陽系からわかるように、これらの惑星の表面形態は大きく異なるはずです。

しかし、ここ数十年で、私たちは惑星を発見し始めました。太陽系外惑星はいくつかの異なる方法で検出できます。最も一般的な方法は 2 つあります。 1 つは「視線速度法」で、これは惑星が主星の周りを公転する際に重力の影響を受けてどの程度揺れるかを観測することで、惑星 (または惑星群) の質量と半径を推定するものです。

もう一つはトランジット方式です。視野角が正しければ、惑星が恒星の前を通過するときに、恒星の光が一時的に遮られます。星の明るさの規則的な変化を通して、この惑星の存在を知ることができます。

惑星の数は膨大であり、私たちの方法ではそのすべてを観測することは不可能であることを認識しなければなりません。 NASAのケプラー望遠鏡は約10万個の恒星を観測できる視野を持っていますが、その中で発見された惑星は数百から数千個程度しかありません。

これは、少数の恒星に惑星があるという意味ではありません。想像してみてください。私たちが太陽系を観測するために他の惑星のケプラー望遠鏡を使用した場合、太陽系の各惑星の傾斜角は観測角度に応じて異なります。以下は、太陽系の各惑星がトランジット法で観測される確率です。

通過の確率は低すぎると思うかもしれませんが、実はそれは半分しか正しくありません。例えば、火星や水星は太陽光を十分に遮るには小さすぎるため、人類の最先端の検出技術をもってしても検出することができません。 4 つの大型ガス惑星は十分な大きさですが、軌道が長すぎて太陽面を通過する可能性が低すぎるため、候補惑星となることはできません。

したがって、ケプラー望遠鏡を使用して太陽に似た 10 万個の恒星を観測すると、合計 700 個の惑星を持つ約 410 個の恒星しか見つかりません。

しかし、ケプラー望遠鏡は、少なくとも 1 つの惑星候補を持つ 11,000 個以上の恒星と、これらの恒星を周回する 12 時間から 525 日までの軌道周期を持つ 18,000 個以上の潜在的な惑星を発見しました。これらの研究からわかっていることは次のとおりです。

1. 惑星間の違いは大きく、そのほとんどは地球とは異なります。

2. 惑星が周回する恒星には、連星や三重星など多くの種類があります。

3. 私たちが観測できる惑星は、観測するのに十分大きく、恒星に十分近く、正しい角度にあるものだけです。

天の川銀河には1000億から2000億の惑星があるというのは本当です。しかし、これは推定値ではなく、単なる理論上の下限値です。概算すると、桁数は少なくとも 1 レベル、つまり 10 兆に跳ね上がります (周辺に存在する惑星を考慮すると、2 レベル跳ね上がる可能性があります)。これは、私たちの天の川銀河の場合だけです。

これには、主星を持たない惑星、いわゆる放浪惑星は含まれていません。宇宙の奥深くにあるこれらの惑星を含めると、私たちが住んでいる天の川銀河の惑星の総数は100万倍から100万倍になります。つまり、天の川銀河には10の15乗から10の19乗の惑星があることになります。

つまり、現在の検出結果に基づくと、ほぼすべての恒星に惑星があり、そのほとんど、特にM型恒星には、外太陽系は言うまでもなく、太陽系内よりも多くの岩石惑星があることがわかります。

技術が進歩するにつれて、人類はこの数をより正確に再推定できるようになるでしょうが、現時点では、惑星の数は少なくとも恒星の数に等しく、それよりも多いです。つまり、惑星の数は恒星の数の少なくとも 8 倍です。

私たちの太陽系のような太陽系が宇宙で一般的であるかどうか、あるいはその一般的さが平均よりわずかに上かわずかに下であるかはまだ明らかではありません。いずれにせよ、私たちの銀河系だけでも何兆もの惑星が存在します。また、私たちの天の川銀河が宇宙の中で決して特別なものではないことも覚えておいてください。

私たちの観測可能な宇宙には少なくとも 2000 億個の銀河があり (おそらくそれ以上)、したがって宇宙には 10^25 個の惑星があることになります。ゼロがいくつあるか数えると、10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 となり、これには主星のない惑星は含まれていません。

この数字は今後さらに正確になるでしょう。惑星だけでなく、水や酸素、生命の兆候を探し続けましょう。もし私たちが忍耐強く、真剣に取り組めば、私たちは間違いなく幸運に恵まれるでしょう。