プラネットハンターズのしくみ

望遠鏡、天文学者、または歴史書が登場するずっと前に、人々は後に観測者が惑星と呼ぶ「さまよう星」を見つめていました。遠い領域の神話をこれらの天体に適用するにつれて、私たちは他の世界での生命の可能性について疑問に思い始めました。それ以来、私たちはその考えに夢中になりました。

ここ数十年で、電波望遠鏡、軌道天文台、その他の強力なハイテクツールを装備した天文学者がその質問に答え始めました。 1995年、ジュネーブ大学の天文学者ミシェル・マイヨールとディディエ・ケローは、太陽系の外にある最初の惑星、ペガスス座51番星に似た「主系列」星の周りを周回する木星のような巨大惑星の発見を発表しました[出典：市長とケロー]。それ以来、NASAのケプラーミッションの科学者を含む他の人々は、これらの太陽系外惑星をもっと見つけるための探求に取り組んできました。、天文学者によって呼ばれているように。特に、彼らはいわゆる「Goldilocksゾーン」内にある岩の多い地球のようなオーブを特定することを目指しています-つまり、液体の水を維持する表面温度を持つために星からちょうどいい距離にあり、したがって少なくとも生命の発達の可能性[出典：Borucki ]。

最先端の望遠鏡やその他のハイテクツールを装備した天文学者は、驚くべき速さで新しい世界を発見しています。 2012年の初めの時点で、それらを周回する惑星の兆候を探して15万個の遠方の星をスキャンしているケプラーの科学者は、約2,300個の「候補」または惑星である可能性のある物体を特定しました[出典：Brumfiel ]。 2012年1月下旬、彼らは11の新しい惑星系の発見を発表しました。これには、地球の半径の約1.5倍の岩石惑星から、木星よりも大きな巨大ガスまで、26の確認された太陽系外惑星が含まれます。 1つの星であるケプラー33には、5つの惑星からなる太陽系があり、そのサイズは地球の1.5倍から5倍の範囲です[出典：NASA ]。

しかし、それらの発見は氷山の一角に過ぎないかもしれません。ケプラーの科学者たちは、天の川には500億もの太陽系外惑星が存在する可能性があると推定しています[出典：オニール]。NASAのジェット推進研究所の天文学者であるJosephCatanzariteは、2011年にSpace.comに、そのうちの20億もの規模が地球のようなものである可能性があると語った。「その数が多いので、チャンスのある生命があり、おそらくそれらの惑星のいくつかには知的な生命さえ存在するかもしれない」と彼は付け加えた[出典：崔]。

では、科学者は太陽系外惑星を見つけるためにどのような機器や技術を使用し、それらはどのように機能するのでしょうか？

コンテンツ

1. プラネットハンターズのテクニックとテクノロジー
2. ケプラーによる太陽系外惑星の探索
3. プラネットハンターズのマイルストーン：一握りから数百まで
4. プラネットハンターズのマイルストーン：ケプラー、コロー、そして最初の千人

私たちの太陽系の外の惑星を探すことは、遠くの灯台のランプに貼られた切手を読み込もうとするようなものです。親の星は非常に明るく輝いているので、そのまぶしさは他のすべてをかき消します。これを補うために、科学者たちは、太陽系外惑星の親星への影響を測定することによって、太陽系外惑星を検出するための独創的な方法を考案しました。

惑星は2つの有用な方法でその星に影響を与えます。第一に、その重力は、惑星がそれを周回するときに、星をわずかに前後に引っ張る。第二に、惑星は（私たちの観点から）星の前を通過するときに少量の光を遮断します。

これらの影響は、それぞれに長所と短所があるいくつかの便利な方法を使用して検出できます。まず、位置天文学に取り組みましょう。軌道を回る惑星の重力がその親星を引っ張ると、それは星を空を横切るその経路でぐらつく原因にします。星の位置を正確に測定することで、この微妙な動きを識別できます。周期、または星がぐらつきを完了するのにかかる時間に基づいて、惑星の質量とともに、惑星の軌道の周期と半径を計算できます。位置天文学は、太陽から遠く離れた軌道を持つ巨大な惑星を見つけるのに最適です。

ドップラー分光法は、この重力プッシュプルを利用するが、アストロメトリは、の相対左右運動使用に対しスターを、この方法では、使用したドップラーシフト惑星からの結果は、次に、それから離れて、地球に向かって星を引っ張ることを。星が地球に向かって移動すると、その光はスペクトルのより短い波長に向かって圧縮または「青方偏移」します。それが私たちから遠ざかるにつれて、光波がスペクトルの赤（長波長）の端に向かって伸びているのがわかります。星のスペクトルを経時的に測定することにより、1つまたは複数の惑星が星を私たちに近づけたり遠ざけたりすることによって引き起こされるドップラーシフトを検出できます。

ドップラーシフトは、星の視線速度（星が私たちに近づいたり遠ざかったりする速度）も示します。ご想像のとおり、視線速度が大きいほど惑星も大きくなります。星の質量とシフトの周期に基づいて、惑星の軌道半径を計算することもできます。この方法は、親星の近くにある巨大な惑星を検出するのに最適であり、そのような惑星の最小質量しか推定できません。

測光は、ぐらつきやずれを探しません。代わりに、それは、軌道を回る太陽系外惑星が通過するとき、またはそれと私たちの間を通過するときに生じる星の明るさの明白な減光を監視します。

3つの方法を組み合わせると、天文学者はこれらの惑星のより鮮明な画像を作成できます。次に、ケプラーミッションが測光を使用して、潜在的に居住可能な惑星の恒星の国勢調査を実行する方法を探ります。

ケプラーは、他の星の周りにある地球サイズの惑星を見つけることができる最初のNASAミッションです。その主な目標は、液体の水が存在するための条件が適切であるハビタブルゾーン内を周回するそのような惑星の数の基本推定値または国勢調査を生成することです。

機器パッケージは、衛星内で地球を周回しません。直径9フィート（2.7メートル）、高さ15.3フィート（4.7メートル）の宇宙船内に収容され、太陽を周回し、私たちの故郷の惑星を追跡します。

ケプラーは、非常に広視野の望遠鏡と光度計（露出計）を使用して、156,000を超える星の明るさの変化を同時に測定します[出典：エイムズ研究センター、NASAは地球サイズの惑星候補を見つけます]。惑星の軌道と関係する星のタイプに応じて、トランジットには1時間から半日かかることがあるため、これらの測定値は30分ごとにかかります。

ミッションの科学者はまた、地上の天文台からの分光データを使用して、惑星の候補を確認し、星の観測を使用して、連星（共通の重心を中心に回転する星のペア）などの他の交絡因子を取り除きます。

はくちょう座-こと座周辺は、星が多く、地球の軌道面よりも十分に高く、太陽、地球、月がケプラーの観測の邪魔にならないため、調査地域として選択されました。星は600から3,000光年離れています。私たちの観点からは、それらは空の1/400に相当する領域をカバーしています[出典：Harwood ]。

ケプラーは、測光法またはトランジット法によって惑星を検出します。つまり、軌道を回る惑星が星と私たちの間を通過するときに発生する、星の明るさの小さな低下を検出します。データ分析で調光イベントが特定されると、科学者は同じ大きさ、期間、期間のさらなるディップを探して、惑星の存在を確認します。

これは平均的な偉業ではありません。太陽サイズの星の前を横切る地球サイズの惑星は、その光をわずか0.01パーセント暗くします。NASAの人々は、このような小さな伏角を検出することは、数マイル離れたところからヘッドライトを横切って這うノミを見つけるようなものだと言いたいです。木星サイズの惑星は、より大きな影を落とします。それでも、太陽系の外から見ると、木星の通過は太陽の明るさを1〜2パーセントしか低下させません[出典：エイムズ研究センター、FAQ ]。

もっとあります。トランジット法が機能するためには、惑星が私たちの視線にほぼ完全に沿って通過する必要があります。その可能性は、地球サイズの惑星（地球サイズの軌道）では約0.5％、木星サイズの惑星では10％です。 （星の近くを周回する場合）[出典：エイムズ研究センター、FAQ ]。

言い換えれば、実際に地球のような惑星を持っている10万個の星を調べたとしても、トランジット法ではそのうちの500個しか「見る」ことができません。このような確率を使用して、科学者はケプラーの観測から私たちの銀河の惑星人口を推定することができます。

ゴールディロックゾーン

惑星が生命に順応するためには、多くの要因が「ちょうどいい」必要があります。良い候補は、地球型（岩だらけの）惑星でなければなりません。理想的には、地球の半分から2倍の大きさである必要がありますが、重要なことは、大気を保持するのに十分な大きさでありながら、木星のようなガス巨人や海王星のような氷の巨人に膨れ上がるほど大きくないことです。

また、表面温度が液体の水を凍らせたり沸騰させたりしない、親星から離れたハビタブルゾーンに配置する必要があります。このゾーンの位置は、星の特性によって異なります。

ケプラーが登場する前は、天文学者によって配置された遠方の惑星の厩舎は、数千ではなく数十から数百でした。それにもかかわらず、これは、利用可能な機器、特に大気の歪みを補償することを研究者に要求する地上望遠鏡を使用する科学者が直面する制限を考慮すると、異常な数でした。

2005年から2008年の間に、研究者たちは5つのスーパーアースを発見し、それぞれが地球の5倍から10倍の質量を誇っています。

2008年、ハッブル宇宙望遠鏡の近赤外線カメラとマルチオブジェクト分光計を使用している天文学者は、太陽系外惑星で初めて二酸化炭素を検出しました。この方法では、星と惑星を組み合わせたデータから親星の分光データを差し引く必要がありました。残念ながら、木星サイズの太陽系外惑星HD 189733 bは、その星に近すぎて居住できない軌道を描いていますが、この手法を他の居住可能な候補に適用すると、貴重な情報が得られる可能性があります。科学者は二酸化炭素に興味を持っています。なぜなら、二酸化炭素はメタンのように生物学的プロセスを指し示すことができるからです。

2009年に、天文学者は、位置天文学によってこれまでに発見された最初の太陽系外惑星を報告し、それをドップラーシフト法によって以前に発見された350の惑星のリストに追加しました。確認されていれば、VB10bは木星の6倍の重さで体重計を傾けていただろう。しかし、その後のドップラー分光観測では、親星であるVB 10で予想される視線速度シフトを検出できず、その主張は反駁されました[出典：Bean ]。

その同じ年、地上のアマチュア型望遠鏡からの6か月の観測を使用して、科学者はGJ 1214bを発表しました。これは、地球の6.5倍の質量で、2.7倍の幅の惑星です。研究者たちは、惑星は主に水でできているかもしれないと信じています。GJ 1214bは、水星と太陽の間の40分の1の距離に相当する距離で、地球から40光年以上離れた赤色矮星を周回しています。

2010年と2011年にどのような発見がありましたか？

将来のミッション

ケプラーの発見は、宇宙干渉計ミッション（SIM）と地球型惑星ファインダー（TPF）の2つの計画されたミッションをサポートするために、近くの星のどのタイプが惑星を所有している可能性が高いかを判断します。この情報は、SIMとTPFに機器を向ける場所を教えてくれます。

どちらのミッションも、ヌル干渉法と呼ばれる手法を使用して、ターゲットの星からのまぶしさを打ち消し、軌道を回る惑星を明らかにします。2つの望遠鏡は同じ星を見ていますが、一方の望遠鏡からの光は、結合される前にもう一方の望遠鏡からの光と半音ずれており、互いに打ち消し合っています。逆に、惑星からの光は、その信号を強化する方法で結合されます。

TPFは、干渉計による観測とコロナグラフのデータを組み合わせて、星の直接光を物理的な物体で遮ることでグレアをキャンセルし、パイロットが親指で太陽を遮るように、星のコロナだけが見えるようにします。グレアの大部分が減少すると、軌道を回る惑星がより目立つようになります。

2010年3月、研究者たちは別のマイルストーンを発表しました。それは、地球から1,500光年離れた木星のような惑星で、比較的涼しく、詳細に調べることができました。 COROT衛星がそれを発見したので、それはCOROT-9bと呼ばれました。以前の研究ではすでに他のクールな惑星が発見されていましたが、COROT-9bはその星と地球の間を通過する最初のものでした。これは、科学者がそのサイズ（親星の光を減少させた量から）とその大気組成（星の光がその大気を通過するときにそれと相互作用する方法から）の両方を研究できることを意味しました[出典：ESA ]。

COROT-9bはその星のハビタブルゾーンにありますが、それはガスの世界であるため、科学者はそれが生命に親切である可能性が高いとは考えていません。しかし、その大気には水が含まれている可能性があり、そのような大きな惑星は居住可能な衛星をスポーツする可能性もあります[出典：ESA ]。

2010年9月下旬、地上の機器からの分光データを使用して米国の天文学者のグループが、わずか20光年離れた星グリーゼ581を周回する潜在的にもてなしの惑星グリーゼ581gの発見を発表しました。この発表は、惑星が地球に非常に近い場所で発見され、天文学者が最初の太陽系外惑星を特定してからわずか15年後に、幅広い興奮を引き起こしました。しかし、発表後すぐに、科学グループは発見について疑問を投げかけ始めました[出典：ウォール]。

研究者たちは、同じ赤色矮星系の他の惑星の証拠をすでに発見しており、そのうちの2つ（グリーゼ581dとグリーゼ581e）がハビタブルゾーンの周辺を周回していました。では、グリーゼ581の子供たちのうち、人生を支えるためにこれまでに見つかった最高の候補者として王冠をとるのはどれでしょうか。この問題は複雑すぎて簡単に解決できませんでした。惑星を分光的に検出するには、観測データに固有のノイズをトーンダウンしてから、使用する仮定を決定する必要があります。同じデータで、奇行（長楕円）軌道を想定するか、ほぼ円形の軌道を想定するかに応じて、惑星の数が異なると主張する可能性があります。この記事が書かれた時点では、科学者たちはまだ合意に達していませんでした。

2011年1月、ケプラーミッションは、地球の1.4倍の大きさであると推定される最初の岩石惑星の発見を確認しました。ハビタブルゾーンのかなり外側に位置するケプラー10bは、これまでのところ太陽系の外で発見された最小の惑星として際立っています。

そして2011年2月、ケプラーの科学者たちは5つの惑星の発見を発表しました。それぞれの惑星は、太陽よりも小さくて涼しい星のハビタブルゾーンを周回しています。確認された場合、これらはハビタブルゾーンで見つかった地球のようなサイズの最初の惑星を表します。その同じ月、ケプラーは、地球から2,000光年離れた太陽のような星ケプラー11を周回する6つの確認された惑星を見つけました。これは、私たちの太陽系の外でこれまでに発見された単一の星を周回する通過する惑星の最大のグループを構成します[出典：NASA ]。

これらの発見は重大なものでしたが、これまでのところ、ケプラーは既知の宇宙のごく一部しか検索していないことを覚えておくことが重要です。今後数年のうちに、科学者はさらに驚くべき発見をするでしょう-おそらく、生物の故郷である地球のような惑星を含みます。

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