1995年は、1492年と同様に、発見の時代の幕開けでした。 新しい探検家たちは、船を使って大陸を発見する代わりに、望遠鏡を使って遠くの星の周りを回る惑星を発見しました。
この太陽系外惑星の探検家であるミシェル・マヨールとディディエ・ケロズの2人は、1995年の発見により、ノーベル物理学賞の半分を受賞しました。
しかし、ノーベル賞の引用文には奇妙な点があります。 それは、「太陽型星の周りを回る太陽系外惑星の発見」というものです。 最初の太陽系外惑星と言うべきではないでしょうか？ 結局のところ、何百人もの天文学者が太陽系外惑星を発見してきました。 私も何人かの天文学者のお手伝いをしました。 高校生やアマチュアの天文学者も発見しています。
ノーベル委員会は誤植をしたのでしょうか？
いや、そうではなく、それによって物語が成り立っているのです。 ジョン・キャボット？ クリストファー・コロンブス？ アメリゴ・ヴェスプッチ、誰の名前が定着しているのか？ 何万年も前にシベリアから徒歩でやってきた人たち？）と同じように、誰が最初の太陽系外惑星を発見したかを決めるのは難しい。 少なくとも5人の有力な候補者がいて、それぞれのケースのメリットを考えるのは楽しく、魅力的です。
まず、太陽系外惑星を発見する前の天文学者の考え方を理解する必要があります。 彼らは、すべての惑星系が私たちの太陽系に似ていると考えていました。
何世紀にもわたって天文学者たちは、生まれたばかりの星を取り巻く物質の渦の中で起こる物理的なプロセスの必然的な結果として、なぜこのようなパターンが普遍的でなければならないのかを説明する、惑星形成に関する理論を発展させてきました。 この理論について説明したいところですが、詳細は割愛します。なぜなら、初期の太陽系外惑星の発見は、この理論が間違っていること、あるいは少なくとも不完全であることを示しているからです。
また、太陽系外惑星を発見する方法も知っておく必要があります。 まず最初に試すのは、望遠鏡を星に向けて、その周りを回っている暗い天体を探すことでしょう。 しかし、これはほとんど不可能です。惑星はあまりにもかすかすぎます。
子供たちは、惑星は太陽の周りを回っていると教えられていますが、それはちょっとした白々しい嘘です。 実際には、太陽と惑星は太陽系全体の重心を中心に回っています。 平らな円盤の上に太陽系のスケールモデルを置いた場合、指先でバランスを取れるところが質量中心です。 太陽は太陽系の中で最も質量が大きいので、常に質量の中心に近い位置にありますが、少しずつずれていきます。 遠くの星の周りにある惑星は、星にも動きを与えているはずです。
音や光など、動いている物体が波を出すとき、波と波の間の長さは、順方向には圧縮され、逆方向には伸張されます。 音は波長によって音程が決まるので、救急車のサイレンの音が速くなると音程が下がるのはこのためです。 光は、波長によって色が決まります。 星がこちらに向かってくると、その光は少しずつ青くなり、後退すると赤くなる。
ここまでで、最初の太陽系外惑星の発見者の候補を検討してきましたが、もう1つあります。 それは、「発見」という言葉の意味をあらかじめ決めておくことです。
辞書的な定義では「初めて知識を得ること」となっています。 しかし、知識とは何でしょうか？
辞書の定義では、「初めて知識を得ること」となっています。
それが真実でなければならないので、何十年にもわたって惑星探査機の評判を落としてきた、すべての誤ったスタートや偽りの主張について議論する必要はありません。 正当であることを要求することで、幸運な推測をする人たちを脇に追いやることができるのです。 1953年、フィリップ・K・ディックはプロキシマ・ケンタウリという星の周りに惑星があるという設定の物語を書き、2017年には天文学者がそのような惑星を検出しましたが、フィリップ・K・ディックはその惑星を発見していません。
私たちのブリーフィングが完了したので、年代順に候補者をリングに迎え入れることができます。
1979年、ブリティッシュ・コロンビア大学のゴードン・ウォーカーと数人の同僚が惑星の探索を始めました。 ウォーカー氏は、精密なドップラー観測の世界的な権威でした。 彼は、すべての惑星系は太陽系に似ているという前提で調査を行った。 太陽の周りを12年かけて回る木星のような巨大な惑星から最大の信号が出ているはずであり、彼の装置の限界を考えると、信号を検出できる可能性はそれしかなかった。
また、木星のような惑星が一般的であることを期待しなければなりません。
また、木星型惑星が多いことを期待しなければなりません。 ウォーカーは後にこう書いている。 “ウォーカーは後にこう書いている。「1980年代の惑星探査計画に対する懐疑的で無関心な雰囲気は、今ではなかなか理解できません。
そんな中、1988年には「ガンマ・ケッペイ」という恒星の周りを2.7年ごとに回っている木星質量の惑星の信号を検出した。 では、ウォーカー氏はこの賞を受賞しているのだろうか？
2003年に惑星の存在が確定的に確認されたのは事実です。 問題は、その信念が1988年の時点で正当なものであったかどうかです。 ウォーカーの信号はノイズの中ではっきりと目立っていましたが、彼はまだ騙されているのではないかと心配していました。 ドップラー信号は、惑星以外にも何か原因があるのではないか。 もしかしたら、2.7年周期のパターンは、運動ではなく星の自転によるものかもしれない。
1992年に発表された論文では、この懸念に基づいて、ウォーカーはガンマ・ケッペイからの信号が惑星のものであるという主張を撤回しました。 しかし、この星の分類は間違っていました。 巨大な星ではないのだ。 ウォーカーは、自分で自分を騙していたのだ。 敵意にも似た懐疑的な雰囲気の中で、彼の警戒心は当然のことだった。
それでは、次の候補者であるスミソニアン天体物理観測所のデビッド・レイサム氏をご紹介しましょう。 1989年、彼と共同研究者たちは、HD 114762という恒星の周りに興味深いドップラー信号があることを報告しました。 信号は非常に明瞭で、その特徴は軌道に沿ったものであることがわかりました。
これは一見すると大発見のように見えます。 実際、HD 114762はNASAの太陽系外惑星の総合データベースに含まれており、発見年は1989年と記録されています。
では、なぜレイサムはスウェーデンの国王と握手しないのでしょうか？ それは、当時、レイサムの功績が惑星の発見として認識されていなかったからです。
まず、その惑星の軌道は円形に近いものではありません。
まず、軌道は円形に近くなく、太陽系の惑星とは異なり、一次元の長さが二次元の長さである楕円形です。 次に、この惑星は木星の11倍の質量を持っていますが、これは突拍子もないことです。 ドップラー法では惑星の最小質量しかわからないので、実際にはもっと大きい可能性があります。
最後に、巨大な惑星にしては軌道が小さすぎると思いました。 木星の軌道の10分の1にも満たないのです。 惑星形成の理論によれば、巨大な惑星は星の近くにはできないはずです。
レイサム氏はこの天体が惑星である可能性があると考えていましたが、彼のチームメンバーの中には（そして他の多くの天文学者も）それは無理があると考えていました。 1989年に発表された論文では、惑星の可能性については推測でしか触れられていません。
しかし現在では、HD 114762の「特異性」はどれも特異なものではないと考えられています。 太陽のような恒星の数パーセントは、小さくて高い楕円軌道を持つ巨大な惑星を持っていることがわかっています。
Latham氏は、太陽系外惑星を最初に発見したという良い主張をしていますが、これはあくまでも私たちの回顧的な視点から見た場合です。 その主張は真実であり、データによって十分に正当化されるものでした。
その後、驚くべきことが起こりました。 1992年、アレクサンダー・ウォルシュッツァンとデール・フレイルは、ドップラー法のバリエーションを用いて、地球と同程度の質量を持つ2つの惑星を発見したと発表したのです。 その証拠は完璧で説得力のあるものだった。
パルサーは、宇宙で最もエキゾチックなものの一つです。 パルサーは、巨大な星が核燃料を使い果たして不安定になったときに起こる、超新星爆発の残骸です。 パルサーは、太陽全体の質量をわずか20kmの球に詰め込んだもので、その密度は高く、一歩間違えれば崩壊してブラックホールになってしまいます。
「最初の太陽系外惑星」の候補として、どのように評価すべきでしょうか。 その主張は真実であり、正当なものでした。 天文学界では信じられており、今でも信じられています。
その時点まで、天文学者の作業的な惑星の定義は、星や褐色矮星になるには小さすぎる質量を持つ物体でした。 パルサーの発見は、より慎重な評価を迫るものでした。 惑星という言葉は、ゾンビ星ではなく、普通の星の周りを回っている天体に使うべきなのかもしれない。
一部の天文学者は、若い星を取り巻く物質の渦の中で惑星が形成されなければならないと主張していました。 しかし、今回のパルサーの伴侶はそこから生まれたものではありません。 おそらく、超新星爆発の後に形成されたと考えられています。 もしかしたら、爆発した物質の一部が下に落ちて中性子星の周りを回り始め、その物質から惑星ができたのかもしれません。
結局のところ、天文学者はWolszczanとFrailの天体を惑星と呼ぶことに慣れてしまいました。
その結果、天文学者たちはWolszczanとFrailの天体を惑星と呼ぶことに慣れましたが、パルサー惑星は異常なものとして扱われ、他の天体を探すことは不毛で非生産的なものとなりました。 パルサーに惑星があることがわかっているのは、他に1つだけですが、その場合も証拠は確実ではありません。 スイス・ジュネーブ天文台の天文学者、ミシェル・マヨールとディディエ・ケロズは、ドップラー法の改良に取り組んでいた。 それ以前にも、マヨールはレイサムの星の観測を手伝っていました。 そして、マヨールと弟子のケロズは、自分たちで惑星を探しに行くことにしたのだ。
その中の1つ、「51ペガサス」という太陽のような星は、振幅が毎秒50メートル、周期がわずか4.2日で、行ったり来たりしていました。 この信号は、土星と木星の中間の最小質量を持つ惑星の存在を示唆していました。 天文学者が納得する質量である。
それにしても、地球から太陽までの距離の20分の1しかない軌道距離は、巨大な惑星が存在する場所ではないと多くの理論家が主張していました。 恒星に近いため、51Pegの軌道上にある天体は数千度の熱を帯びている。
天文学者たちは、自分たちの予想との矛盾だけでなく、この分野の波乱に満ちた歴史からも、懐疑的でした。 ドップラーシフトは軌道運動ではなく、恒星の脈動によるものではないか、51ペグの表面は一定のリズムで膨らんだり沈んだりしているのではないか、などと懸念する声もありました。 これは本物です。
メイヤーとケロスは、太陽のような恒星の周りにある太陽系外惑星であると誰もが認める天体の存在を、正当に信じることができた最初の人でした。 また、51Pegの発見は、無限に広がる未踏の大陸を初めて目にしたのと同じ効果をもたらした。 惑星の発見と、この分野で活躍する科学者の数が急激に増えたのは1995年からです。
ただし、51Pegが惑星であるという主張は、100%正当化されるものではないということを、私は衒学者の帽子をかぶって指摘しておきます。 ドップラー法は、軌道上の天体の最小質量を明らかにするだけで、本当の質量はもっと大きい可能性があります。 本当の質量はもっと大きいかもしれません。その軌道がたまたま私たちの視線と垂直であれば、もっと大きいかもしれません。 これは非常に稀な偶然の一致ではありますが、当時は51Pegの伴星が実は褐色矮星であることも考えられました。 しかし、実際には惑星でした。
その後、惑星自身の光の検出に頼る別の手法で真の質量が測定されましたが、2015年になってからのことです。
質量が曖昧さなく測定された最初の太陽系外惑星は、HD 209458bと名付けられています。 その場合、惑星の軌道がたまたま恒星の真正面に運ばれ、ミニチュアの日食を引き起こしています。 これにより、通常の軌道の向きに関する不確かさが解消されたのです。 この日食は、1999年にシャルボノー氏とヘンリー氏が率いる2つのグループによって発見された。
衒学的な話はさておき、すべての失敗にもかかわらず、太陽系外惑星の検出は、プロジェクトが予想よりも簡単になった、稀で素晴らしい機会の1つであったことも注目に値します。 通常、マーフィーの法則は、何事も予想以上に難しく、時間がかかるものです。 この場合、予想外の自然からの贈り物であるホットジュピターの存在が、プロジェクトを容易にしてくれました。 ホットジュピターは最大のドップラー信号を発生するため、ウォーカー氏が考えていたように何十年も待つ必要はなく、わずか数週間のデータで検出・確認することができます。
実は、ホットジュピターを誰も予想していなかったというのは、ちょっと違うようです。 1956年、オットー・ストルーベは、ドップラー測定の精度が高くなり、大質量の惑星を検出できるようになったが、それは小さな軌道に存在する場合に限られると指摘する短い論文を発表しました。 そのような惑星がどのようにしてできたのかという疑問はさておき、彼はそのような惑星の存在を禁じる物理法則はないことに気づいた。 この論文は、天文学の新しい分野に火をつけたかもしれませんが、実際には無名のまま終わってしまいました。
私は、過度に悲観的になっているときには、この話を思い出すようにしています。
私は、過度に悲観的になっているときには、この話を思い出すようにしています。たとえ、過去の主張が間違っていたためにその分野が汚されていたとしても、他の有能な人々が以前に挑戦していたとしても、理論家たちがあなたのアイデアは突飛だと言ったとしても、本当に素晴らしい現象が発見されるのを待っているかもしれません。