NASAのジェイムズ・ウェッブ望遠鏡は他の惑星の霞を透視するだろう

ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡の打ち上げは、望遠鏡を衛星に固定するクランプが故障したため、少なくとも12月22日まで延期された。しかし、宇宙船が最終的に軌道に乗れば、太陽系外惑星の天文学者たちは太陽系外惑星の画期的な画像が見られると期待している。

シカゴ大学の太陽系外惑星天文学者で、NASA の最近の発表で概要が示された 2 つの太陽系外惑星観測計画の共同リーダーでもあるジェイコブ・ビーン氏によると、私たちの銀河系にある太陽系外惑星の 2 分の 1 には、地球と海王星の間の大きさの世界であるサブ・ネプチューン系外惑星があるという。天文学者たちは、これらの豊富な世界の形成と構成についてまだほとんどわかっていない。それらは、地球のような岩石惑星が少し大きくなり、厚い大気を獲得したのだろうか。それとも、海王星のように氷でできているのだろうか。

太陽系外惑星の専門家のほとんどは、これらの世界は岩石でできているという仮説を立てているとビーン氏は言う。もしそうだとすれば、これらの惑星は地球のような惑星がどのように形成されるかを理解するためにも重要となる。

「惑星について何か理解したければ、少なくとも最も一般的なタイプの惑星を理解する必要があります」と、モントリオール大学で太陽系外惑星を専門とする天体物理学者ビョルン・ベネケ氏は言う。ベネケ氏はビーン氏のチームには参加していないが、ウェッブ計画による他の太陽系外惑星の観測に携わる予定だ。同氏は以前、少なくとも1つの太陽系外惑星に水が存在する可能性があるという証拠を発見している。

しかし、海王星より下の惑星の大気の構成は、もやや雲に隠れていることが多いため、観測するのが難しい。

[関連: 死んだ恒星を周回する新しく発見された惑星が地球の未来を垣間見せてくれる]

このような特徴は、多くの惑星の空で一般的であると考えられています。実際、太陽系のすべての大気には雲やもやが含まれています。これらは、エアロゾル（液体または固体の小さな粒子）が大気中に現れる2つの異なる方法です、とビーン氏は言います。雲は、通常大気中の気体が「凝縮」するときに形成されます。これは、通常空気中に蒸気として存在する水などの気体が、空気が飽和状態になると雲に凝縮する現象です。もやは雲に似ていますが、ビーン氏によると、恒星からの紫外線が大気中の分子を分解し、通常では凝縮しない分子が凝縮するときに発生します。

この惑星の煙霧は、地球上の汚染による煙霧とは異なります。近くの煙霧の代表的な例は、土星の衛星タイタンを覆う煙霧で、大気中の窒素とメタンが太陽光によって分解され、エアロゾルを形成します。

ジェイムズ・ウェッブは、他の宇宙望遠鏡が見るよりも長い「中赤外線」の波長を見ることができる。これにより、天文学者は惑星の大気をより深く見ることができるようになる。なぜなら、より長い波長で見ると、雲やもやは一般的に透明になるからだ、とベネケ氏は言う。スピッツァー宇宙望遠鏡は赤外線に特化しており、太陽系外惑星天文学の強力なツールでもあった、と同氏は言う。ジェイムズ・ウェッブは、30年以上の運用期間で膨大な量の画像を撮影してきた最初の最も象徴的な大型宇宙望遠鏡、ハッブル宇宙望遠鏡の後継機である。ウェッブは、これら2つの望遠鏡よりも大きく、より精密になる。

[関連: 20年を経て、NASAはついにジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の建設を完了した]

ウェッブの赤外線観測により、GJ 1214 b のような太陽系外惑星の温度も正確に測定できるようになる。GJ 1214 b は、最も古く、最も徹底的に研究された太陽系外惑星の 1 つだとビーン氏は言う。GJ 1214 b は、赤色矮星でわずか 40 光年しか離れていない親星に比べてサイズが大きいため、観測しやすい。

研究チームは、その大気中にどのような分子が存在するかを直接測定できることを期待しているとビーン氏は言う。しかし、たとえそれができなくても、惑星は潮汐固定されており、片側が常に恒星に面しているため、研究チームは別のアプローチでその組成について知ることができるはずだ。つまり、惑星の温度を測定し、大気が超回転ジェット（惑星の周りを流れる赤道ジェット気流）を通じて昼側から夜側に熱を伝達する方法を研究できるのだ。

探査が容易な海王星より下の惑星のほとんどは恒星に近いため、その存在を説明するのはさらに難しい。これらの惑星は厚いガス状の大気を保持しているが、恒星に近いため太陽風が強く熱も強いため、小さな惑星がそれを保持するのは非常に難しいはずだ。「一体どうやってこれらの惑星はこれほど大量のガスを引き込むことができたのか」とビーン氏は言う。

ベネケ氏は、海王星より下の天体はハッブル望遠鏡が検出できる範囲の「境界線」にあるため、ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡はそれらの研究にとって「完全にゲームチェンジャー」となる可能性があると語る。ウェッブ望遠鏡はサイズが大きく、鏡は金メッキされており、非常に低温に保たれているため、「宇宙の温度を測るために作られた」という。