コロラド州の駐車場にある望遠鏡のブリップが宇宙ミッションを後押しし、数千の惑星を発見しました…そしてその数は増えています

1999 年 9 月 9 日、 25歳のハーバード大学大学院生、デビッド・シャルボノーは、コロラド州の駐車場にある合板小屋の中に置かれた4インチ望遠鏡を使用して、前世紀で最も重要な天文学的発見の1つを達成した。シャルボノーとその望遠鏡を製作した顧問のティム・ブラウンは、HD 209458 という平凡なニックネームを持つ太陽に似た星からの光を測定した。彼らは、星からの光を測定する測光と呼ばれる技術を使用して、HD 209458 の周りを惑星が周回しているという推測を裏付けたいと考えていた。当時、NASAは同じ技術を使用する宇宙望遠鏡であるケプラー計画に資金を提供するかどうかを決定していた。測光法では太陽系外の恒星の周りを回る惑星を検出したことがなかったため、ケプラーは望み薄でした。ブラウンとシャルボノーはロングショットを安全な賭けに変えようとしていた。

1999年には、確認された系外惑星、つまり太陽系の外にある惑星はほとんどなく、それらは木星サイズの巨大ガス惑星であり、地球のような小さな岩石惑星ではありませんでした。これらは、ドップラー分光法として知られる方法を使用して確認されました。この方法は、星がその周りを回る惑星によって前後に引っ張られるときの、時間の経過に伴う色のスペクトルの変化を記録しました。ドップラーは、恒星に近い木星サイズの惑星を見つけるのには役立ちましたが、恒星から遠く離れた小さな惑星については必ずしも明確なデータが得られるとは限りません。ドップラー分光法を使用している天文学者は、地球から約150光年離れたHD 209458の周囲で何か異常なことが起こっていることに気づきましたが、色のスペクトルの「変動」には星の収縮や膨張など、別の原因がある可能性があります。

理論的には、シャルボノーとブラウンが使用した測光方法は、惑星が遠くの太陽の周りを周回しているかどうかをより明確に示すことができます。多くの測光望遠鏡は、数パーセント未満の明るさの変化を記録できませんでした。しかしブラウン氏は、わずか 1% の星の明るさの変化、つまり木星ほどの大きさの惑星が星の前を通過するときに生じる歪みを継続的に監視できるように望遠鏡を設計しました。

シャルボノーとブラウンが HD 209458 で視力を訓練している間、コンピューター プログラムが星の明るさをプロットしました。シャルボノー氏は、予測された 1% の低下を目撃しました。これは、惑星が恒星を食むか、恒星を通過することを測光的に明確に示す初めての証拠です。最初彼は不安を感じた。 「ここでは、これまで誰も見たことのない現象があった」と彼は最近語った。 「『私は幻覚を見ているのだろうか？自分自身を欺いているのだろうか？望遠鏡に問題があるのか​​、それともデータに問題があるのだろうか？』と本当に自問するのです。」そんなことはありませんでした。 2 か月後、別のチームが HD 209458 で同様の測光データを収集しました。

ケプラー ウラリ V

一部の人は、シャルボノーの発見が、NASA がケプラー ミッション（これまでに他の星を周回する 2,700 以上の惑星の存在を確認している複数年にわたるプロジェクト）に着手した瞬間だったと信じています。 (データはまだ分析中です。) ミッションの主任研究員であるウィリアム・バーロッキーは、長年にわたり測光の使用を推進していました。彼は、惑星が太陽を横切る様子を測定することが、小さな世界を検出する最良の方法であると信じていました。私たちの太陽系の外には、岩が多く、居住可能な可能性のあるものをさらに増やすことができます。これがケプラーの主な目標の 1 つでした。 「私は、太陽のような星のハビタブルゾーンで地球サイズの惑星を見つけるのに十分な通過技術を開発できると確信していました」と彼は最近のNASAオーラルヒストリーで語った。 1999 年までに、ボロッキのチームは、ケプラー装置が地球サイズの惑星を見つけるのに十分な精度であることを実験室で実証しました。

NASAは2001年にこのミッションを正式に承認し、ケプラー宇宙望遠鏡はフロリダ州ケープカナベラルからデルタ2ロケットで午後11時前に打ち上げられた。現地時間2009年3月6日。口径0.95メートルの望遠鏡には測光セルのモザイクが組み込まれており、0パーセントという低い明るさの小さな変化を検出することができた。それは、白鳥座と琴座の星群の空の領域に照準を合わせ、4 年間にわたって 200,000 個の恒星からなる同じグループからの光を集めました。この探査機は地球の後ろを追跡するように設計されており、遮るもののない空の眺めが得られます。 2010年、ケプラー研究チームは、最初の6週間で5つの新しい惑星が発見されたと発表した。科学者らは、その星のハビタブルゾーン（生命にとって暑すぎず、寒すぎず）に最初の惑星を発見した。 2013 年、NASA のエンジニアは機器の当初の寿命を延ばすことに成功し、K2 と呼ばれるプロジェクトの第 2 段階では、調査された星の総数が 50 万個に達しました。 2014 年 4 月、科学者たちは最初の地球サイズの惑星、つまり地球と同じような生命を維持できる可能性のある岩石世界のタイプを発表しました。

2018年についに探​​査機の燃料が尽きたが、ケプラーは多くの驚くべきものを発見する時間があった。 スターウォーズ; 3 つ、4 つ、または 5 つの惑星を持つ惑星系。マシュマロほどの密度を持つ巨大ガス惑星。これらの発見は系外惑星研究の分野を大きく拡大し、NASAのTESS探査機は引き続き研究を継続し、ローマのナンシー・グレース望遠鏡は来年中に軌道に入る際にも引き続き運用される予定である。この新しい望遠鏡は、地球よりもさらに小さな惑星の重力場を検出し、太陽系の外にある木星サイズの惑星の直接画像を初めて撮影することにより、ケプラーの発見に追加されます。

見方によっては、ケプラーのミッションは控えめなものでした。 1958 年以来、NASA は太陽系のすべての惑星に探査機を送り、ビッグバンが残したかすかなハム音を測定してきました。 1977 年に打ち上げられた双子のボイジャー宇宙船は、今でも数十億マイル離れた場所から無線でオペレーターと通信しています。しかし、ケプラーのミッションは、天文学者が銀河全体を理解する方法を変えました。その結果、他の恒星を周回する惑星は珍しいことではなく一般的であり、それらのいくつかは生命を維持するのに適切な条件を備えている可能性があることを発見しました。ケプラーが登場する以前、私たちは空を見て星を見ました。ケプラーの後には、太陽系が見えてきます。

船員 2 そして 船員 4: 別の惑星に到達した最初の機能する宇宙船であるマリナー 2 号は、幅が約冷蔵庫 5 台分で、金星へのミッションで 1962 年に打ち上げられ、金星には濃密な CO2 大気と 800 度を超える信じられないほど高温の表面があることが発見されました。 1965 年、マリナー 4 号は、磁気テープ レコーダーを備えたテレビ カメラを使用して、火星の最初のクローズアップ画像を送信しました。

の 先駆者 そして 旅行者: 1972 年に打ち上げられたパイオニア 10 号は、木星の放射線と磁場を測定するために小惑星帯を横断しました。 1973 年、パイオニア 11 号は土星に向かい、そこで新しい環と 2 つの衛星を発見しました。その後、ボイジャー1号は木星の衛星イオに火山を発見し、ボイジャー2号は天王星と海王星の両方の周りに環といくつかの衛星を発見した。

ガリレオ、 カッシーニ そして ジュノ: ガリレオは 1995 年から 2003 年にかけて木星とその衛星からデータを収集し、地球上のどの海よりも多くの水を持つヨーロッパの地下海がある証拠を発見しました。 2004 年、カッシーニは土星の周回を開始し、液体ガソリンのような雨が空から降る衛星タイタンにホイヘンス探査機を放出しました。 2016 年、ジュノーは木星のカラフルな帯が深さ 1,900 マイルまで広がっていることを発見しました。

火星探査機: 1997 年、パスファインダーは、岩石や土壌の分析に X 線アルファ陽子分光計を使用した、火星初の探査車であるソジャーナーという探査車を配備しました。 2004 年に、より大型の探査車スピリットとオポチュニティが到着し、かつて火星に水があったことを確認しました。車サイズのキュリオシティは2012年に着陸し、続いて2021年にはインジェニュイティヘリコプターを配備したパーサヴィアランスが着陸した。これらの探査機は一緒に 130 マイル以上を移動し、古代の湖や川に残された手がかりを分析しました。

ヨーロッパクリッパーとトンボ: エウロパ クリッパーは、氷貫通レーダー、紫外線分光器、高解像度カメラなどのツールを使用して、生命が存在できる環境を探索するため、2030 年に木星の氷の月に到着します。 2028年に打ち上げ予定のドラゴンフライは、大型回転翼船を土星の衛星タイタンに送る予定だ。分光計、サンプラー、カメラ一式を装備したこの宇宙船は、分厚い大気中を飛行し、アイシー砂丘やその他の月面の地形を登ります。