惑星系

惑星系とは

惑星系とは、恒星の重力によって結びつき、複数の天体がその周りを公転している構造のことです。一般的には、惑星が一つ以上存在する場合を指しますが、衛星、小[[惑星]]、彗星、塵円盤なども惑星系の構成要素に含まれることがあります。

私たちの地球がある太陽系も、惑星系の一つです。太陽系以外の惑星系は、太陽系外惑星系と呼ばれています。

2020年3月時点で、4191個の太陽系外惑星が確認されており、そのうち681個は複数の惑星を持つ太陽系外惑星系であることが分かっています。これらの発見は、宇宙生物学の観点からも非常に重要で、液体の水が存在しうるハビタブルゾーンを持つ惑星系には、地球に似た環境が存在する可能性が示唆されています。

歴史

地動説の提唱

天文学の歴史において、地球が宇宙の中心であるとする天動説が長く信じられてきました。しかし、1543年にニコラウス・コペルニクスが、太陽が中心であるとする地動説を提唱しました。当初は受け入れられませんでしたが、ガリレオ・ガリレイ、ヨハネス・ケプラー、アイザック・ニュートンなどの科学者たちが地動説を支持する証拠を発見し、広く知られるようになりました。

太陽系外惑星系の提唱

16世紀には、ジョルダーノ・ブルーノが、コペルニクスと同様に地動説を支持し、さらに他の恒星にも惑星が存在する可能性を示唆しました。しかし、この説は当時のキリスト教の教えに反するため、ブルーノは異端とされ、処刑されてしまいました。18世紀には、ニュートンが、惑星系はどの恒星でも似たモデルになるという理論を発表しました。これらの理論は、証拠が少ないにもかかわらず、SF作品や地球外知的生命体探査（SETI）の前提となっています。

太陽系外惑星の発見

太陽系外で初めて惑星が発見されたのは1992年で、パルサーという特殊な天体の周りを公転する惑星でした。通常の恒星を公転する惑星は1995年に発見され、ベレロフォンという愛称で呼ばれています。この惑星は、主星をわずか4日で公転する巨大なガス惑星であり、ドップラー分光法によって発見されました。

起源と進化

惑星系は、恒星が誕生する過程で形成される原始[[惑星]]系円盤から誕生します。惑星系形成の過程では、多くの物質が遠方に飛び散り、一部は自由浮遊惑星となることがあります。

進化した惑星系

高質量星

大質量星が超新星爆発を起こすと、残骸としてパルサーが残ります。パルサーの周りにも惑星が見つかることがありますが、超新星爆発の際に惑星は蒸発や粉砕される可能性が高いです。また、放出されるガスによって惑星の軌道が外側に移動したり、自由浮遊惑星になったりすることもあります。パルサーの周りの惑星は、残骸から再形成されたり、パルサーが周囲の物質を再び引き寄せて形成されることもあると考えられています。

ブラックホールの周りにもガス円盤があれば、惑星が形成される可能性もあります。

低質量星

恒星が進化して赤色巨星になると、惑星の軌道は恒星から遠ざかります。

惑星系を成す天体

太陽系は、岩石惑星が公転する内惑星系と、巨大ガス惑星が公転する外惑星系から構成されています。しかし、太陽系外惑星系には、全く異なる構造を持つものも存在します。一般的に、惑星系の構造は形成初期の条件に依存すると考えられています。太陽系外惑星系では、主星に非常に近い軌道を公転する巨大ガス惑星ホット・ジュピターが多く発見されています。これらの惑星系は、惑星が遠方から移動して形成されたと考えられています。太陽系のような構造を持つ惑星系はまだほとんど発見されておらず、スーパーアースと呼ばれる地球よりも大きな岩石惑星が複数公転している惑星系が多く発見されています。

構成している天体

研究によると、平均して1つの恒星につき少なくとも1つの惑星が存在すると考えられていますが、すべての惑星が発見されているわけではありません。現在発見されている太陽系外惑星のほとんどは、ドップラー分光法とトランジット法によって発見されており、特にホット・ジュピターが多く確認されています。太陽のような恒星では、1.2%がホット・ジュピターを持っているとされ、それよりも小さな恒星では少ない傾向があります。また、太陽に似た恒星の3～4.5%は、公転周期が100日以内の大型の惑星を持つと推定されています。

地球のような小さな惑星は、大型の惑星よりも一般的であり、主星から遠い軌道を公転する惑星のほうが多数存在すると考えられています。重力マイクロレンズの観測データからは、惑星が恒星よりも多く存在することが示唆されており、銀河系には数百億から数千億個もの惑星が存在する可能性があると推定されています。

惑星系の主星としては、太陽に似た恒星が多いですが、赤色矮星の周りにも惑星が見つかっています。スペクトル型がB、A型の恒星は自転速度が速いため、ドップラー分光法での観測が困難ですが、赤色巨星になったときに観測できるようになります。また、大質量星は惑星の形成を妨げる光蒸発を起こすことがあります。

探査

地球型惑星は小さく暗いため、現在の望遠鏡では直接的な観測が困難です。しかし、スーパーアースのような巨大な地球型惑星が発見されつつあり、COROTやケプラーのような観測計画によって、近い将来、さらに多くの惑星が発見されると期待されています。

惑星と恒星の大きさが同程度である惑星系も発見されています。

代表的な惑星系

- 太陽系
- PSR 1257+12星系
- PSR B1620-26星系
- アンドロメダ座υ星系
- かに座55番星系
- グリーゼ581星系
- グリーゼ876星系
- ケプラー11星系
- ケプラー20星系
- ケプラー33星系
- ケプラー90星系
- HD 10180星系
- HD 40307星系

脚注

Planets in evolved binary systems, Hagai B. Perets, 13 Jan 2011
Can Planets survive Stellar Evolution?, Eva Villaver, Mario Livio, Feb 2007
The Orbital Evolution of Gas Giant Planets around Giant Stars, Eva Villaver, Mario Livio, 13 Oct 2009
On the survival of brown dwarfs and planets engulfed by their giant host star, Jean-Claude Passy, Mordecai-Mark Mac Low, Orsola De Marco, 2 Oct 2012
Foretellings of Ragnarök: World-engulfing Asymptotic Giants and the Inheritance of White Dwarfs, Alexander James Mustill, Eva Villaver, 5 Dec 2012

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