私たちの生涯における最後の金星の太陽面通過が他の惑星の発見にどのように役立つか

明日、世界中の天体観測者は、過去 5 世紀でわずか 7 回しか見られなかった不思議な光景を空から見上げることになる。2117 年まで続く最後の金星の太陽面通過は、天文学上の祝賀行事であり、歴史的意義を持つ機会である。私たちは、あらゆる時代の偉大な天文学者たちが世界中を旅して見てきたものを目にすることになるのだ。

しかし今回、金星の黒い点が太陽の一部を覆い隠すということは、昔の天文学者が知りたかった以上の意味を持つ。これは銀河系で常に起きている現象で、何千、あるいは何百万もの太陽系外通過が、天文学者が他の恒星の周りの惑星を見つけるのに役立っている。金星がこれをもう一度起こすのを観察することは、遠く離れた太陽系外惑星の探索を微調整するのに役立つだろう。

「金星の太陽面通過は、今や歴史的な関心事から、天文学における現在の最も興味深く重要な研究の 1 つである太陽系外惑星の研究に関連する、21 世紀科学の現代的対象へと変化しました」とマサチューセッツ州ウィリアムズ大学の天文学教授ジェイ・パサチョフ氏は述べた。「ヨハネス・ケプラーは、1631 年にそれを予言し、その後、太陽面通過法を使用して金星の太陽面通過と太陽系外惑星の太陽面通過を研究できる現在の端にいるのです。」

「金星を気にかけることは、私たち自身を気にかけることなのです。」パサチョフ氏は、同僚とともに米国各地に設置された望遠鏡を通して、マウイ島のハレアカラ山頂から太陽の通過を観測する。彼らは巨大な分光器を通して金星の大気を観察し、その組成を突き止めるためにその大気による光の偏光を研究する。地球上および宇宙の観測所は、太陽と、北半球を横切る金星の円盤に焦点を合わせる。ハッブル宇宙望遠鏡でさえ、太陽を直接見るには感度が高すぎるため、月を観測する。（こちらをクリックして、あなたも観測する方法を学んでください。）

金星の太陽面通過とは、正確にはどのような現象なのだろうか。2番目の惑星である金星は、1世紀に最大2回、軌道が太陽と地球の間に入り込み、太陽の一部を覆う小さな点となる。これは8年間に2回起き、その後100年以上は起きない。火曜日以降は、2117年まで起きない。

ほとんどの場合、それは人間の寿命の限界を超えています。周期が 76 年のハレー彗星でさえ、人間の生涯に 2 回発生する可能性があります。しかし、このまれな通過はさらに特別です。

ケプラーは1631年にこれを予言し、ルネサンス後期のヨーロッパの天文学者たちは1639年にそれを見ようと努力しました。その後の2世紀には、地球の最もよく見える地点への大胆な国際探検が行われ、天文学者たちは重要な宇宙の疑問である「地球から太陽までの距離」に答えようとしました。ケプラーは太陽から惑星までの距離の比率も解明していたので、誰かがそのうちの1つを解明できれば、すべての距離を解明することができます。さらに良いことに、これは視差の測定にも役立ちます。地球に対する星の位置の変化を、おそらく2シーズンで測定することで、星がどれだけ離れているかを判定できます。しかし、変数の1つとして太陽と地球の距離が必要になります。

最も素晴らしいのは、金星の通過中の惑星自体を明るく照らす光景だ。金星を研究している天文学者たちは、金星の大気が鉛を溶かすほど熱くなった経緯を解明したいとパサチョフ氏は説明する。欧州宇宙機関の探査機「ビーナス・エクスプレス」は、この疑問にいくらか光を当てているが、一度に通過できるのは大気の一部分だけだ。太陽が全体を照らすことになる。これはパサチョフ氏が2004年の前回の通過時に初めて観測した現象だ。

惑星が太陽面通過の端にあるとき、惑星の円盤が部分的に太陽面の前に出ており、その大気で屈折した太陽光が円を完成させ、惑星全体を覆う。天文学者はこの屈折した光の弧を見て惑星の大気を調べることができる。これは金星だけでなく遠くの太陽系外惑星にも使えるトリックだ。NASAの遷移領域・コロナ探査衛星（TRACE）は2004年にこの現象を観測しており、現在は新しい宇宙資産が前回の2倍以上の解像度でこれを見つめているとパサチョフ氏は語った。この現象は1882年の前回の太陽面通過時に最初に報告されたが、その後はあまり注目されなかったと同氏は語った。

ニューメキシコ州サクラメントピークにある国立太陽観測所の施設にいる太陽天文学者たちは、特別に購入した分光器と画像分光計を使って観測する。二酸化炭素分光器は太陽科学者の武器庫には通常装備されていないため、アメリカ天文学会とナショナル ジオグラフィック協会が助成金を提供したとパサチョフ氏は言う。「そうすれば、彼らはそのフィルターを再び使えるようになるまで 105 年間保管しておくことができます」と同氏は言う。

金星の大気を研究することは、2つの惑星が多くの類似点を持つにもかかわらず、金星が地球とこれほど異なるようになった理由についてのいくつかの疑問に答えるのに役立つだろう。パリ天文台の惑星科学者トーマス・ワイドマン氏は、金星の大気は地球のほぼ100倍の質量があり、主に二酸化炭素で構成されていると述べた。その理由は誰にも分からない、と同氏はNASAのニュース記事で説明している。「我々のモデルやツールでは金星を完全に説明できない。つまり、我々自身の惑星を理解するためのツールが欠けているということだ」と同氏は述べた。「金星を気にかけることは、我々自身を気にかけることと同じだ」

大気の屈折もまた、過去から現在への興味深いつながりである。金星が最後に太陽を横切ったときに私たちの先祖が何を見たのかをよりよく理解するために、カリフォルニア州のウィルソン山などの場所にいる天文学者たちは、古い望遠鏡を通して観察することになる。

「18世紀の観測の解釈には解決できるかもしれない重大な疑問がいくつかある」とパサチョフ氏は言う。「何が見られていたのか、よりよく理解できるようになるだろう。」

これらの疑問は、ケプラー宇宙望遠鏡と、トランジット法を用いた太陽系外惑星の検出にも関係する。18 世紀のトランジットが太陽系を測定するための基準を確立したのと同様に、この新しいトランジットは新しい恒星系を測定するための基準を確立する。ケプラーは、惑星が恒星の表面を横切るときに生じる明るさの急上昇を監視する。金星については既に多くのことが分かっているが、このトランジットの後には金星の大気についてさらに多くのことが分かるだろう。また、太陽とその現在の活動増加サイクル (これにより、通常は静止している私たちの恒星が他の恒星のより良い代理となる) についても多くのことが分かっている。したがって、天文学者は明るさの急上昇の基準を確立することができ、ケプラーの測定を改善するのに役立つだろう。

「金星とその大気がどのようなものか、また太陽の周りを回る黒点や縁がどのようなものかを正確に知れば、太陽系外惑星とその親星を区別できずにぼんやりとした光しか見えない太陽系外惑星の通過をよりよく理解できるようになります」とパサチョフ氏は説明した。

つまり、現代の天文学者にとって、惑星の太陽面通過は星雲の領域に入っているということであり、これは以前の金星の太陽面通過観測者には誰も思いつかなかった考えだ。パサチョフ氏も、後継者が彼の記録に何を求めるのか、あるいは2117年の太陽面通過をどう利用するのか、想像もつかないと語った。

「この太陽面通過を観測できる場所をできるだけ多く提供することに協力する責任を感じています。21 世紀初頭の今、22 世紀の天文学者にとって長期的にどのようなデータが役立つかはわかりません」と、彼は語った。「私にできるのは、現在の能力を使って可能な限り完全な観測結果を得るために、今できる最善を尽くすことだけです。しかし、これが最後のチャンスだとわかっているので、プレッシャーは確かに大きくなります。」