科学者たちは地球サイズの惑星を7つ発見した。これらは、年が2週間足らずで終わるほど、暗い恒星の周りに密集している。惑星の数と、恒星TRAPPIST-1から受ける放射の量によって、これらの惑星系は私たちの太陽系のミニチュア版のようなものになっている。
TRAPPIST-1をめぐる興奮は非常に大きく、発見は論文としてNatureに発表され、NASAの記者会見も行われた。過去20年間に、太陽以外の恒星を公転する惑星がほぼ3,500個見つかっているが、その大半はニュースの見出しを飾らない。
こうした新世界の中に、地球のような青い大理石を本当に見つけられる可能性はどれほどあるのだろうか？
地球2.0？
これらの惑星について確実に分かっていることはまだ少ないが、初期の手がかりは期待を抱かせる。
7つの惑星はいずれも、1.5日から13日で公転を一周する。あまりにも密集しているため、惑星のひとつに立つ人には、隣の惑星が空に浮かぶ月より大きく見えるかもしれない。公転周期が短いことから、惑星はどれも、太陽系のどの惑星よりも恒星に近い位置にある。それでもTRAPPIST-1は非常に暗いため、惑星が焼けつくことはない。
TRAPPIST-1は小さな超低温矮星で、光度は太陽のおよそ1000分の1だ。水曜日の記者会見で両者を比較したNature論文の筆頭著者、ミヒャエル・ギヨンは、太陽をバスケットボールの大きさに縮尺すると、TRAPPIST-1は小さなゴルフボールほどになると述べた。熱量がごくわずかなため、TRAPPIST-1の7つの惑星のうち3つが実際に受ける放射量は、金星、地球、火星と同程度だ。
この別の太陽系は、私たちの太陽系を小型化したように見える。だが、TRAPPIST-1には地球2.0があるのだろうか？
まずは良い知らせから。
7つの姉妹惑星はいずれも地球サイズで、半径は地球の4分の3から地球と同じ大きさまで、質量は地球の約50%から150%の範囲にある（最も外側の惑星の質量はまだ不確かだ）。
いずれも地球の半径の1.6倍未満であるため、7つのTRAPPIST-1惑星は、ガス状の海王星ではなく、岩石惑星である可能性が高い。TRAPPIST-1d、e、fは恒星の温暖領域、いわゆる「ゴルディロックス・ゾーン」（暑すぎず寒すぎない領域）にあり、地球に似た惑星なら表面に液体の水が存在しうる。
内側の6惑星の公転軌道はほぼ共鳴している。つまり、最も内側の惑星が恒星を8周する間に、その外側の惑星たちはそれぞれ5周、3周、2周する。
こうした共鳴軌道の連鎖は、惑星が形成された場所から移動した恒星の周囲で予想される。この移動は、惑星がまだ若く、恒星のガスからなる惑星形成円盤に埋もれている間に起きる。若い惑星の重力とガス円盤が互いに引き合うことで、惑星の軌道は変化し、通常は恒星に近づいていく。
系に複数の惑星がある場合、それぞれの重力も互いに作用する。惑星がガス円盤の中を移動するにつれて、この作用が軌道を共鳴状態へと導く。その結果、TRAPPIST-1を取り巻くように、恒星の近くに共鳴軌道の惑星が連なって並ぶ。
恒星から遠く離れた場所で誕生することには、いくつかの利点が考えられる。TRAPPIST-1のような暗い恒星は若いころに活動が激しく、フレアや強い放射を放ち、近くの惑星の表面を生命の存在できない状態にする可能性がある。TRAPPIST-1系が実際にもっと遠くで形成され、内側へ移動してきたのなら、惑星は焼かれずに済んだかもしれない。
温度の低い場所で形成されたなら、惑星には大量の氷が含まれていた可能性もある。惑星が内側へ移動するにつれ、この氷が溶けて海になることもありうる。この考えは、惑星の推定密度によって裏付けられている。密度が十分低く、水や厚い大気のような揮発性物質に富む組成を示唆しているのだ。
地球ではない？
地球外生命の探査では、水の存在に注目するため、氷が溶けた惑星は理想的に思える。
しかし、実際には居住可能性にとって悪い兆候かもしれない。地球の表面の71%は海に覆われているが、水が占める割合は地球の質量の0.1%未満だ。水の割合が高い惑星は、水の惑星となり、海に覆われて陸地が露出しない可能性がある。
水深が深ければ、海底に厚い氷の層ができることもある。惑星の岩石質の核が大気と海の両方から隔てられると、地球の大気中の温暖化をもたらす二酸化炭素の量を調整するサーモスタットのような働きをする炭素・ケイ酸塩循環が形成されない可能性がある。
TRAPPIST-1の惑星が恒星から受ける放射量の違いを補えなければ、惑星の温暖領域は細い帯状に縮小する。軌道のわずかな楕円率から恒星の明るさの変動まで、少しの違いで惑星は雪玉のような氷の世界にも、焼けつく砂漠にもなりうる。
海が十分に浅く、この運命を避けられたとしても、氷に富む組成は非常に奇妙な大気を生み出すかもしれない。初期の地球では、火山の噴煙から大気が放出された。TRAPPIST-1の惑星の内部が、ケイ酸塩に富む地球というより巨大な彗星に近いなら、放出される大気は温室効果ガスであるアンモニアとメタンに富むおそれがある。どちらも惑星表面に熱を閉じ込めるため、液体の水が存在しやすいのは、実際には「ゴルディロックス・ゾーン」より低温の領域かもしれない。
最後に、TRAPPIST-1系の軌道には問題がある。恒星に非常に近いため、惑星は自転と公転が同期している可能性が高い。つまり、常に同じ面を恒星に向け、その結果、一方の面では昼が続き、もう一方では夜が永遠に続く。
こうした環境が奇妙な体験になるだけでなく、極端な温度差によって水がすべて蒸発し、大気が崩壊する可能性もある。惑星の風が熱を再分配できなければ、そうなるおそれがある。
また、見かけ上は円形の惑星軌道がわずかに楕円形であるだけでも、潮汐加熱と呼ばれる別の熱源が生じ、惑星が金星のような温室になる可能性がある。恒星の周りを回る惑星の軌道が少し引き伸ばされていると、公転の間に恒星の重力の引力が強まったり弱まったりする。これによって惑星はストレスボールのように変形し、潮汐熱を生み出す。
この過程は、木星の最も大きな衛星のうち3つでも起きている。これらの衛星のわずかに楕円形の軌道は、TRAPPIST-1の惑星と同じような軌道共鳴によって生じている。エウロパとガニメデでは、変形による熱によって地下に液体の海が存在できる。しかし、木星に最も近い衛星イオは、太陽系で最も火山活動が活発な場所だ。
TRAPPIST-1の惑星の軌道も同じように歪んでいるなら、灼熱の惑星になるかもしれない。
ここから見えるもの
では、TRAPPIST-1の惑星が実際にどのような姿なのか、どうすれば分かるのだろうか。考えられるシナリオを調べるには、TRAPPIST-1の姉妹惑星の大気を観測する必要がある。
TRAPPIST-1という名前は、恒星の最初の3つの惑星を昨年発見したチリにあるベルギー製の口径60cmのTRAnsiting Planets and Planetesimal Small Telescope（惑星・微惑星トランジット小型望遠鏡）に由来する（ベルギービールの種類の名前でもある）。その名のとおり、最初の3つの惑星と新たに見つかった4つの姉妹惑星は、いずれもトランジット法を使って発見された。惑星が恒星と地球の間を通過すると、恒星の光がわずかに暗くなる現象を利用する方法だ。
トランジットが観測される惑星は、次世代の望遠鏡による観測に適している。恒星の光が惑星のガスを通過する際に、その大気中の分子を特定できるためだ。したがって今後5年間で、太陽系のどの惑星とも大きく異なる歴史を持つ岩石惑星を初めて本格的に観測できるかもしれない。
NASA科学ミッション局の副局長トーマス・ズルブーケンは、TRAPPIST-1の発見について、「私たちは孤独なのか」という問いへの答えに一歩近づいたと述べた。
しかし、TRAPPIST-1の本当の宝は、惑星が私たちの故郷である地球にそっくりかもしれないという可能性ではない。まったく新しい何かを目にしているかもしれないという、わくわくする考えにある。
