ケプラーはついに燃料切れとなったが、それは常に我々の惑星探索の野望の燃料となるだろう

人類は何世紀にもわたり、遠く離れた恒星を周回する別の地球が存在する可能性について考え続けてきました。おそらく、これらの異星の世界には奇妙な生命体が生息していたり​​、独特で示唆に富む歴史や未来があったりするかもしれません。しかし、天文学者が太陽系外で太陽のような恒星を周回する最初の惑星を発見したのは、1995 年になってからでした。

特に過去 10 年間で、遠くの恒星を周回する惑星の数は 100 個未満から 2,000 個をはるかに超えるまでに増加し、さらに 2,000 個の惑星候補が確認を待っている。これらの新発見のほとんどは、NASA のケプラー計画という単一の取り組みによるものである。

ケプラーは、クッキーシートほどの大きさの 95 メガピクセルのデジタル カメラを照らす 1 メートルの望遠鏡を搭載した宇宙船です。この機器は、望遠鏡の視線を横切る星の光の一部を惑星が遮っているという明らかな兆候を探して、15 万個の遠方の星の明るさのわずかな変化を検出しました。感度が非常に高いため、地球上空の軌道からシカゴの街灯 1 本の周りを飛び回るハエを検出できます。星の揺れや振動、黒点やフレアも見ることができ、条件が良ければ月ほどの小さな惑星も見ることができます。

ケプラーの数千の発見は、惑星と惑星系に関する私たちの理解に革命をもたらしました。しかし、現在、この探査機はヒドラジン燃料を使い果たし、正式に退役しました。惑星ハンターにとって幸運なことに、NASA の TESS ミッションが 4 月に開始され、太陽系外惑星の探索を引き継ぐことになります。

ケプラーの歴史

ケプラー計画は、1980 年代初頭に NASA の科学者ビル・ボルッキ氏によって考案され、後にデビッド・コッホ氏の協力を得ました。当時、太陽系外に惑星は知られていませんでした。ケプラーは最終的に 2000 年代に組み立てられ、2009 年 3 月に打ち上げられました。私は 2008 年に (目を見開いた新人として) ケプラー科学チームに加わり、最終的にはジャック・リサウアー氏とともに惑星の運動を研究するグループの共同議長を務めました。

当初、ミッションは 3 年半続く予定でしたが、燃料、カメラ、宇宙船が持続する限り延長される可能性がありました。時が経つにつれ、カメラの一部が故障し始めましたが、ミッションは継続されました。しかし、2013 年に 4 つの安定化ジャイロ (専門的には「リアクション ホイール」) のうち 2 つが停止したため、当初のケプラー ミッションは事実上終了しました。

それでも、NASA は工夫を凝らし、太陽からの反射光を利用して探査機の操縦に役立てた。このミッションは K2 と改名され、さらに 5 年間惑星の探索を続けた。現在、燃料ゲージがほぼ空になり、惑星探索の作業は終わりに近づき、探査機は太陽系に漂流することになる。最初のミッションの惑星候補の最終カタログは昨年末に完成し、K2 の最後の観測は終了しつつある。

ケプラーの科学

こうしたデータから得られる知識の抽出は今後何年も続くことになるだろうが、これまでに私たちが目にしたものは世界中の科学者を驚かせている。

わずか数時間で主星の周りを公転し、表面の岩石が蒸発して彗星の尾のように惑星の後ろにたなびくほど高温の惑星もいくつか見受けられます。他の惑星系では、惑星同士が非常に接近しているため、1 つの惑星の表面に立つと、2 番目の惑星が満月 10 個分よりも大きく見えるでしょう。ある惑星系では、8 つの惑星が主星との距離が地球と太陽の距離よりも近いほど密集しています。多くの惑星系では、主星のハビタブル ゾーン内を公転する惑星が 1 つ、場合によっては複数の惑星があり、表面には液体の水が存在する可能性があります。

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他のミッションと同様、ケプラー計画にもトレードオフがあった。4年間連続で、30分ごとに明滅する空の一部分をじっと見つめる必要があった。測定に十分な数の星を調べるには、星はかなり遠くにある必要があった。ちょうど森の真ん中に立ったとき、すぐそばの木よりも遠くの木の方が多いのと同じである。遠くの星は暗く、その惑星を調べるのは困難である。実際、ケプラーの惑星の特性を調べたい天文学者にとっての課題の1つは、ケプラー自体がしばしば最適な装置であることだ。地上の望遠鏡から得られる高品質のデータには、最大の望遠鏡で長時間の観測が必要であり、これは貴重なリソースであり、観測可能な惑星の数を制限する。

今では、銀河には恒星の数と同じかそれ以上の惑星があることが分かっています。そして、それらの惑星の多くは太陽系にあるものとはまったく異なります。多種多様な惑星の特徴や性格を知るには、天文学者はより多くの機器や望遠鏡を活用できる、より明るく近い恒星を周回する惑星を調査する必要があります。

TESSの登場

MIT のジョージ・リッカーが率いる NASA のトランジット系外惑星探査衛星ミッションは、ケプラーと同じ探査技術を使って惑星を探索しています。TESS の軌道は太陽の周りではなく、月と密接な関係があります。つまり、TESS は月の軌道ごとに地球を 2 周します。TESS の観測パターンは、空の 1 つの部分を見つめるのではなく、花びらのように視野が重なり合うほぼ全天をスキャンします。

ケプラーから得られた知見を踏まえ、天文学者は TESS がさらに数千の惑星系を発見すると期待しています。全天を調査することで、ケプラーが発見したものよりも 10 倍近く、100 倍明るい恒星を周回する系が見つかります。これにより、惑星の質量と密度の測定、大気の研究、主星の特性の特定、惑星が存在する系の全容の解明など、新たな可能性が開かれます。この情報から、地球の歴史、生命がどのように始まったか、どのような運命を避けたか、どのような道をたどることができたかなど、さらに詳しく知ることができます。

ケプラーが旅の行程を終え、TESS がバトンを引き継ぐ中、宇宙における私たちの居場所を見つけるための探求は続きます。

ジェイソン・ステフェンはネバダ大学ラスベガス校の物理学および天文学の助教授です。この記事はもともと The Conversation に掲載されました。