太陽系の外側には何が隠れているのでしょうか?

1992 年、小さな天体の発見によって大きな秘密が解き明かされました。太陽系は私たちが想像していたよりもはるかに広大であるということです。それまでは、カイパーベルトと呼ばれる宇宙領域にある、孤独で奇妙で冷たい冥王星の存在が確認されているだけでした。カイパーベルトは、海王星の軌道のすぐ外側の領域にある氷の物体の集まりで、より冷たく、より水分の多い小惑星帯のようなものです。1992 年までは、冥王星より外側のものを観測した人がいなかったため、完全に理論上の話でした。1992 QB1 の発見は、カイパーベルトの物体が見つかった 2 度目のケースでした。その後数年間で、これらの小さくて冷たい世界の発見は雪だるま式に増え、1992 年から 1999 年の間に 80 個以上が見つかり、現在では数百個が知られています。 1990 年代にマウナ ケアとラ パルマの天文台で行われた太陽系外縁部の調査により、私たちはついに太陽系の「第 3 の領域」を単なる理論以上のものとして解明し始めました。

現在、太陽系外縁部に関する理解が深まるにつれ、私たちは新たな疑問に直面しています。そして、海王星の向こうの惑星についての議論が再燃しています。冥王星、エリス、マケマケ、あるいはすでに特定されている他の魅力的でダイナミックな準惑星ではなく、火星サイズかそれ以上の未発見の天体です。

プラネットナイン

場合によっては、これらの準惑星は、これまで発見されていなかった惑星など、より大きなものへの道を示している可能性があります。2003 年、天文学者のマイク ブラウン、チャド トルヒーヨ、デビッド ラビノウィッツは、セドナという天体の発見を発表しました。セドナの軌道は、太陽と地球の距離 (天文単位または AU として知られています) の 970 倍まで広がっており、その後 76 AU で再び接近します。セドナが太陽の周りを一周するには、11,000 年かかると予想されています。

セドナは奇妙な天体のように思えた。しかし、2012 VP113 の発見によって事態は複雑になり始めた。2014 年に発表されたこの天体は、セドナよりもさらに遠くにあった。しかし、多くの共通点があり、太陽系の面に対して傾いた、長く奇妙な軌道を描いていた。そして、この天体のような天体は他にもあり、太陽に最も近づく距離は 30 AU 未満で、最も遠い距離は 250 AU を超えるグループだった。

「これらのETNOの発見は、太陽系のこの辺境の部分が決して空ではなく、そこに住む生物の特性が時にはかなり不可解なものであることを示しています」とマドリード・コンプルテンセ大学のカルロス・デ・ラ・フエンテ・マルコス氏は言う。

これにより、天文学者のマイク・ブラウンとコンスタンチン・バティギンは、珍しい結論に至った。これらの天体の偏心軌道と軌道面外軌道は偶然ではなく、より大きな天体を避けて慎重に結合された経路であるというのだ。そしてその天体は、2015年にその予測を発表した論文で「惑星9」と名付けられた、冷たく遠い惑星である。惑星9自体は、おそらく太陽の近くにあったが、太陽系のさらに遠いところに移動して、太陽の周りを回る軌道を曲げた。

この惑星は太陽の周りを楕円軌道で回り、最も近い地点では太陽から 200 AU まで、最も遠い地点では 1,200 AU まで接近する。この全行程は 10,000 年から 20,000 年かかると推定される。もしこの惑星が太陽の外側にあるとすれば、太陽の光をいくらか反射するほど明るく、地球上の望遠鏡で観測できるはずだ。唯一の難点は、この惑星の動きが遅すぎるため、背景の恒星と区別するのに時間がかかるかもしれないということだ。

この説は、第9惑星が他の8つの既知の惑星とともに形成され、その後、木星と土星がその軌道を徐々に不安定にするにつれて、太陽​​系の外縁部に向かって移動したというものである。第9惑星が移動するにつれ、カイパーベルトの氷の天体の大部分がひっくり返され、セドナのような「極端太陽系外縁天体」と呼ばれるようになった天体が残された。「それらは、ケーキの一部を切り取って、残りのケーキを捨てるようなものだ」と、カリフォルニア工科大学の教授であるバティギン氏は言う。「ケーキの残り」、つまりカイパーベルトの外縁部にある小さな彗星から中くらいの大きさの岩石惑星までの大きさに及ぶ氷の世界の巨大な塊は、おそらく太陽系から完全に投げ出された。全体として、この移動でカイパーベルト外縁部の質量の75％が失われた。

バティギン氏とブラウン氏は、99パーセントの確率で第9惑星が存在すると述べている。彼らが第9惑星の存在を確信できるのは、これら10個ほどの太陽系外縁天体の存在による。さらに発見されている天体はあり、最新の発見は先週発表されたばかりだ。BP519と名付けられたこの天体はセドナのような軌道を描いている。第9惑星は地球の約10倍の質量があると予想されており、未発見の天体の中では最大となる可能性が高い。その予測軌道と、太陽系内の惑星、準惑星、小惑星、彗星の動きに関する我々の理解から、この外縁部に隠れた他の巨大氷天体が潜んでいる可能性は極めて低い。「ある意味では、（第9惑星）は太陽​​系最後の巨大天体だと思ってもいいと思います」とバティギン氏は言う。

赤外線調査により、木星や土星サイズのものはほぼ確実に排除されている。しかし、他の惑星サイズの物体が存在する可能性はあるが、大きなものはない。「地球や火星サイズの物体はまだ存在するかもしれないが、太陽系の土地は確実に不足している」とバティギン氏は言う。

ダークマーズ

昨年、アリゾナ大学の教授、キャット・ヴォルク氏は、別の未発見の惑星を理論化する論文の筆頭著者としてアストロフィジカル・ジャーナル誌に発表した。彼女もカイパーベルトの惑星群を調査し、奇妙な軌道を探し、いくつかの惑星を発見した。ヴォルク氏によると、この論文はプラネット・ナインのニュースに一部触発されたもので、カイパーベルトの軌道力学を調べることで、他の重要な天体を探す方法だったという。

「カイパーベルトの内側部分は非常にきれいに見え、残りの天体の平面と一致していることがわかりました」と彼女は言う。

しかし、彼女がさらに遠くへ進むにつれて、それらはより奇妙になっていった。太陽系の大部分は太陽から外側に伸びる平面に沿って存在し、数度以上の偏差はほとんどないが、これらの外側カイパーベルト天体は異常に高い偏差を持っていた。これらの逸脱は、太陽から約 100 AU 離れた、火星サイズの隠れた摂動体を指し示していた。惑星 9 と同様に、それはゆっくりと移動するが、太陽からの光を反射することができる。

「この物体がどれくらい明るいかを予測しましたが、実際はかなり明るいので、特に特別なものは必要ありません」とヴォルク氏は言う。大型シノプティック・サーベイ望遠鏡のような天体観測は、夜間に空の写真を撮り、ゆっくり動く物体を探すことで、この物体を見つけるのに役立つ可能性がある。

それ以外にも、近年、他の惑星の存在を提案する論文がいくつか発表されている。2014年に王立天文学会月報に掲載された論文では、太陽系外縁部に地球より質量の大きい惑星が少なくともあと2つ存在する可能性があると示唆されていた。その論文の著者の1人であるデ・ラ・フエンテ・マルコス氏は後に、この説を、惑星9と似た振る舞いをするが太陽に近い1つの天体であると修正した。電波信号に基づき4000AUの遠く離れたスーパーアースの存在を示唆した別の論文は、その天体の主張されている大きさとパラメータが不可能だと他の天文学者が考えたため、すぐに撤回された。簡単に言えば、アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計が狭い視野で偶然にそのような天体を捉えることができたのであれば、私たちはこのような天体をもっと多く観測しているはずであり、その質量は太陽系がこれまで持っていたと考えられる質量をはるかに上回るはずだ。セドナやその類の惑星の奇妙な軌道については、第 9 惑星とは異なる軌道配置を持つ大きな惑星が関係しているという別の説明も数多くあります。

ヴォルク氏は、第9惑星の存在については中立的な立場を取っているが、「このことは、我々がどのような力学について考えるべきかという点で新たなアイデアを刺激している」と述べている。太陽系外縁部に対する理解が深まれば、新たな驚きがもたらされる可能性が高い。そして、LSSTのような調査や、30メートル望遠鏡やジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のような巨大な望遠鏡により、今後数年間で、我々は第9惑星だけでなく、第10惑星、さらには第11惑星も発見することになるかもしれない。それは、ヨハン・ガレ（またはジョン・カウチ・アダムス、誰に聞くかによる）が1847年にユルバン・ルヴェリエの予測に基づいて海王星を発見したのと同じように、適切な場所を計算してそこに望遠鏡を向けることかもしれないし、全天調査で夜ごとに微妙に動くものを見つけることかもしれない。簡単に言えば、そこには発見すべきものがたくさんあるのだ。

「カイパーベルトには、まだ発見されていないものがたくさんあります」とヴォルク氏は言う。「大きな物体がすべてわかっている小惑星帯とは異なります。非常に遠い太陽系に海王星サイズの物体が存在する可能性もまだ排除できません。」