ウェッブ望遠鏡が初の惑星気候図　トラピスト-1の2惑星、大気なし確認

太陽系外の岩石惑星について、初めての完全な気候マップが完成した。宇宙望遠鏡ジェームズ・ウェッブが観測したトラピスト-1系の内側2惑星は、常に光が当たる昼半球と永遠に暗い夜半球の間に400度以上の温度差を持つことが明らかになった。これほどの温度格差は、熱を両半球間で移動させる大気が存在しない場合にのみ物理的に生じうる。トラピスト-1bとトラピスト-1cに大気はなく、生命が存在できる条件を持たない荒涼たる岩石天体であることが確認された。

トラピスト-1は、地球外生命探索において最も注目され続けてきた惑星系だ。みずがめ座の方向に39光年という比較的近い距離にある赤色矮星で、地球サイズの惑星が7つ存在する。そのうち3つは「居住可能域」——恒星からの距離が適切で、表面に液体の水が存在しうる温度帯——に位置している。天の川銀河の全恒星の4分の3以上を占める赤色矮星の周囲に、地球型惑星が特に多く見つかっていることは、こうした系における生命の可能性を系外惑星研究の中心的課題に押し上げてきた。今回のデータは、その可能性の議論を内側2惑星については閉じるものだ。

大気が失われた理由として指摘されるのは潮汐固定だ。トラピスト-1は太陽よりもはるかに小さく冷たいため、その内側の惑星は非常に近い距離を公転し、地球時間で2日足らずで1周を完了する。この近さにより、潮汐力が惑星の自転周期と公転周期を一致させた——ちょうど月が地球に対して常に同じ面を向けているように。結果として片面は永遠の昼、もう片面は永遠の夜となる。密な大気があれば、風が昼側から夜側へ熱を運び温度差を緩和するはずだ。しかしウェッブが測定した400度の格差は、その熱移動が一切起きていないことを示している。熱を動かす空気がないからだ。

史上初の岩石系外惑星気候図

この研究を率いたのは、ジュネーブ大学の天文学者エムリーヌ・ボルモン氏のチームだ。ウェッブのMIRIと呼ばれる中間赤外線カメラ/分光器を使い、両惑星の「熱位相曲線」を取得した。惑星が公転する間、恒星-惑星系全体の赤外線輝度の変化を複数の軌道にわたって追うことで、惑星の軌道上の各点における表面温度を再現する手法だ。トラピスト-1bの昼面は200度を超え、夜面は氷点下200度を下回ることが判明した。トラピスト-1cは全体的に低温だが、同様に極端な温度コントラストを示した。地球サイズの系外岩石惑星について完全な熱的気候図が得られたのは、天文学史上初めてのことだという。

居住可能域の惑星は未解明のまま

ただし、結論を広く取りすぎることには注意が必要だ。トラピスト-1bとcは恒星の放射に最も強くさらされる位置にあり、大気剥離に対して最も脆弱な惑星だ。ボルモン氏らの理論モデルによれば、系の外側にある惑星は内側2惑星とは異なり、大気を保持している可能性がある。研究チームが示した類推はわかりやすい。太陽に最も近い水星には大気がなく、より遠い金星や地球は大気を維持している。トラピスト-1bとcの運命は、居住可能域にあるe、f、gの運命を決定しない。また熱位相曲線は間接的な証拠であり、濃い大気の不在は確認されるが、検出限界以下の極めて薄い気体層の存在までは排除しない、とチームは慎重に注記している。

研究成果は学術誌『ネイチャー・アストロノミー』に掲載された。居住可能域の中心部に位置するトラピスト-1eについては、宇宙望遠鏡科学研究所のDREAMSプログラムのもと観測が進行中で、さらに15回のトランジット観測が計画されている。ウェッブが系外惑星の気候地図作成という新たな領域を切り開いた今、問いは消えたのではなく、より精密な座標に絞られた。太陽系外に生命が存在するとすれば、それがどこにあるかを問う条件が、また一つ更新された。