星と踊る – CHEOPS と TESS 宇宙望遠鏡が同期した惑星軌道を発見

天文学への関心は、SpaceX (SPCX )の有人火星探査計画から、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の観測まで、さまざまな成果によって高まっています。2023年11月29日、天文学者たちは発表しました。6個の惑星が軌道共鳴の連鎖で結びつき、正確なワルツのように公転しているという発見です。この研究は、ベルン大学やジュネーブ大学のチームを含む国際協力によって、複雑な謎を解き明かしました。

HD110067 システム

6個の惑星は恒星HD 110067を公転しています。隣り合う惑星の組は、3:2、3:2、3:2、4:3、4:3という共鳴の連鎖を形成しています。最初のTESSデータで内側の2惑星の公転周期が分かり、CHEOPSが3番目の周期を確認しました。その後、重力相互作用のモデル、地上観測、TESSデータの再解析によって残りの軌道が明らかになりました。

この比は恒星の周りを回る公転の回数であり、惑星の自転ではありません。3:2の共鳴では、内側の惑星が約3周する間に外側の惑星が2周します。これは動的な共鳴関係であり、測定されたすべての周期が常に完全な整数比になるという意味ではありません。

ヒュー・オズボーン氏は2023年、当時知られていた5,000個以上の系外惑星の中で、共鳴や複数の惑星を持つ系そのものは珍しくないと説明しました。

一方、6惑星にまたがるこれほど長い共鳴の連鎖は極めて珍しいものでした。 ― ベルン大学CHEOPS研究員、ヒュー・オズボーン博士

対応する時間間隔での公転回数を理想化すると、次のように表せます。

• 第1惑星の3公転 ≈ 第2惑星の2公転
• 第2惑星の3公転 ≈ 第3惑星の2公転
• 第3惑星の3公転 ≈ 第4惑星の2公転
• 第4惑星の4公転 ≈ 第5惑星の3公転
• 第5惑星の4公転 ≈ 第6惑星の3公転

恒星が明るいため、この系は惑星の大気や組成を詳しく調べる重要な対象です。6惑星はいずれも海王星より小さく、推定質量の低さからガスや水に富む可能性が示唆されています。JWSTなどによる追加観測で性質を明らかにできると期待されますが、今回の発見だけで生命に適した環境が証明されたわけではありません。

望遠鏡によるトランジット法の活用

この発見は主に、太陽系外の惑星を探すトランジット法に基づいています。恒星の明るさを継続して測り、周期的な小さな減光を調べます。惑星が恒星の手前を通過し、光の一部を遮っている可能性があるためです。

*説明用のイメージ画像*

恒星光の観測： KeplerやTESSなどの宇宙望遠鏡、または地上の観測装置を用いて、恒星の明るさを長期間測定します。対象の数や観測計画はミッションによって異なります。

トランジットの発生： 軌道の向きが適切であれば、惑星が恒星と観測者の間を通ります。恒星の見かけの表面の一部を隠すため、観測される明るさがわずかに低下します。

周期的な減光： 繰り返す減光は惑星のトランジットを示唆しますが、別の原因も検討する必要があります。減光の深さは主として惑星と恒星の半径比の2乗に関係します。恒星の大きさが分かれば、惑星の大きさを推定できます。

軌道周期と距離: 連続するトランジットの間隔から公転周期が分かります。恒星の質量とケプラーの法則を使うと、軌道の大きさを推定できます。

必要な軌道の向き： 惑星が恒星の見かけの円盤の手前を通るように、軌道が観測者の視線とほぼそろっている必要があります。その配置にならなければ、この方法ではトランジットを検出できません。

大きさと大気の研究： トランジットは惑星の半径測定に役立ちます。適切な対象では、大気を通過した恒星光の分光観測から、大気組成の手がかりも得られます。

追加観測： 惑星候補を検出した後は、信号が本当に惑星によるものか確認し、その系の性質を詳しく調べるため、追加観測や解析が必要になることが一般的です。

この方法は数千個の系外惑星の発見に貢献してきました。恒星に近い惑星ほどトランジットが頻繁で、適切な配置になる確率も高いため、検出に有利です。ただし、近い軌道がそのままハビタブルゾーンを意味するわけではありません。その範囲は恒星の性質と惑星が受ける放射に左右されます。

宇宙望遠鏡

JWSTだけが天文学者の使う宇宙望遠鏡ではありません。この惑星系の発見には、次の2つのミッションが重要な役割を果たしました。

CHEOPS：系外惑星の特性を調べる衛星

2019年に打ち上げられたCHEOPSは、ESAとスイスの共同ミッションで、ほかの欧州諸国も貢献しています。明るい恒星の周囲にある既知の惑星を観測し、半径を精密に測ります。独立した質量測定があれば平均密度を求め、組成を推定する手がかりを得られます。

*説明用のイメージ画像*

CHEOPSは主に地球から海王星程度の大きさの惑星を対象とし、別のミッションで発見された惑星も調べます。1度に1つの恒星に注目して、トランジット時の減光を測定します。

TESS：トランジットで系外惑星を探すサーベイ衛星

2018年に打ち上げられたTESSはNASAのミッションです。既知の惑星を詳しく調べるCHEOPSとは異なり、明るく近い恒星の周囲で、地球サイズの惑星やスーパーアースなどの新しい惑星を探します。

TESSは空を複数のセクターに分け、通常は各領域を約27日間観測します。一部の重複領域では観測期間が長くなります。数千個の惑星候補を見つけていますが、すべてが確認済みの惑星ではありません。NASAは2023年9月6日時点で候補6,788個、確認済み383個と報告しました。明るい恒星の惑星は追加研究に適しています。

2つのミッションは相互補完的です。CHEOPSが既知の惑星の性質を測定し、TESSが確認や詳細研究のための新しい候補を提供します。これらは惑星系への理解を深め、生命に適した可能性のある世界を探す長期的な取り組みに貢献します。

宇宙産業の企業

科学と宇宙技術の進歩は、地球の外を探査する基盤です。以下の企業は2023年の記事の文脈で紹介しています。古い財務数値は現在の投資推奨を意味しません。

*表は2023年の記事に掲載された過去の数値です。該当する金額は米ドル表示です。埋め込み株価とチャートは別途更新される場合があります。負のP/Eを、利益が正の場合の通常の評価倍率と同様に解釈してはいけません。*

2023年当時の上場企業

1. Northrop Grumman Corporation

NOC 価格チャート

Northrop Grumman Corporation (NOC )は米国の宇宙・防衛技術企業です。ジェイムズ・ウェッブの主契約企業で、衛星、打ち上げロケット、国際宇宙ステーションへのサービスや補給にも携わっています。先端技術への投資は、幅広い航空宇宙・防衛事業の一部です。

2. Lockheed Martin Corporation

LMT 価格チャート

Lockheed Martin Corporation (LMT )は宇宙船や衛星を設計・製造するNASAの主要請負企業です。地球低軌道より遠くへ向かうアルテミス計画のOrionを製造しています。火星関連では着陸機や周回機、ローバーミッションの保護用エアロシェルに貢献しており、すべてのローバー全体を製造したわけではありません。衛星通信、探査、ミサイル防衛も事業に含まれます。

3. Boeing Company

BA 価格チャート

Boeingは衛星や宇宙船の分野で長い歴史を持ち、国際宇宙ステーションの重要なパートナーです。2023年には地球低軌道への乗員輸送を目的とするCST-100 Starlinerを開発していました。これは当時の計画の説明であり、定期運航が既に始まっていたという意味ではありません。宇宙活動は同社の幅広い事業の一部です。

2023年当時の非上場企業

SpaceX

イーロン・マスク氏が率いるSpaceXは、この記事が書かれた2023年当時は非上場でした。その後、2026年6月12日にNasdaqへSPCXの銘柄コードで上場しました。現在の埋め込み株価と、この過去の説明は区別する必要があります。

再使用可能なロケットは、SpaceXが宇宙へのアクセス費用を下げる戦略の中心です。FalconとDragonはISSへの貨物・有人輸送を支えています。Starlinkは衛星群による通信を展開し、Starshipは長期的な火星計画を含む、より広範なミッションに向けて開発されています。

同社の進歩は宇宙探査で重要な役割を果たしています。ただし、火星計画は技術面・運用面の課題を伴う目標であり、技術への関心が投資利益を保証するわけではありません。

Blue Origin

結び

HD 110067のような系の研究は、惑星の形成や進化への理解を深めます。基礎研究と技術は互いに役立ち得ますが、この発見自体が有人火星飛行や小惑星の商業採掘の実現可能性を直接証明するわけではありません。