ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡を使用した天文学者たちは、遠く離れた惑星の表面を直接分析することに初めて成功した。系外惑星 LHS 3844 b は、約 50 光年離れたところにあるスーパーアースで、水星と同様の特徴を持つ、大気のない暗く乾燥した世界であることが判明しました。
この発見は宇宙探査における画期的な出来事です。系外惑星の大気に焦点を当てたこれまでの研究とは異なり、マックス・プランク天文学研究所の科学者たちは、地質学的組成を解明するために惑星の表面から放射される赤外線熱を測定した。この観測の主任研究員であるローラ・クライドバーグ氏は、「大気のない、暗くて熱い不毛の岩が見えている」と語った。
遠く離れた岩石惑星の特徴
LHS 3844 b は地球より約 30% 大きいです。この惑星は赤色矮星の周りをわずか 11 時間で公転し、同期回転しています。つまり、一方の面が常に星に面しており、もう一方の面は永遠の暗闇の中にあります。昼側は摂氏約 725 度の極端な温度に達します。
天文学者は、2019 年にこの系外惑星を発見しました。主星に非常に近いため、激しい加熱が発生し、大気を維持できる条件が存在しません。これらの要因が組み合わさって、液体の水が地表に存在できない過酷で乾燥した環境が生み出されました。
JWST赤外線分析法
研究チームは2023年から2024年にかけて、惑星が恒星の背後に移動する際に3回の二次日食を観測した。彼らは、望遠鏡の中赤外線観測装置 (MIRI) を使用して、地球の非常に熱い側から放出される赤外線を測定しました。この技術により、科学者は直接着陸や追加の探査を必要とせずに、表面の組成を研究することができました。
研究者らは赤外線データを地球、月、火星の既知の岩石や鉱物と比較した。この比較分析により、シリカと花崗岩が豊富な地球に似た地殻は除外されました。このタイプの地殻は通常、水による地質学的プロセスとプレートテクトニクスを通じて形成されますが、LHS 3844 b には存在しない現象です。
表面の構成と考えられる説明
得られたデータは、鉄とマグネシウムが豊富な黒い火山岩である玄武岩が大半を占める表面を示しています。このタイプの鉱物は月と水星でよく見られます。ハーバード大学とスミソニアン天体物理学センターの研究主著者であるセバスチャン・ジーバ氏は、「この惑星にはおそらく水がほとんど含まれていない」と述べた。
表面の性質を説明する 2 つの仮説があります。
- 最近の火山活動により若い地殻が形成され、新鮮な溶岩は微小隕石の衝突によってまだ断片化されていないが、溶岩から放出される二酸化炭素や二酸化硫黄などのガスは検出されていない
- 月や水星で起こるプロセスと同様に、放射線や隕石の衝突によって長期間にわたって形成された、薄くて暗い物質の厚い層で覆われています。
2 番目の説明は、長期間にわたる地質学的不活動に基づいています。保護的な大気がなければ、惑星の表面は宇宙風化と呼ばれるプロセスを受け、数十億年かけて岩石が徐々に分解され、黒ずんでいきます。
調査の次のステップ
MIRI 装置は、惑星の大気中に大量の火山ガスを検出しませんでした。この研究の公式発表は、「もしそれがLHS 3844 bに妥当な量で存在していれば、MIRIはそれを検出したはずである。しかし、何も検出されなかった。」と強調した。
表面の特性をさらに精緻化するために、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による追跡観測が計画されています。科学者たちは、LHS 3844 b が固い岩の地殻を持っているのか、それとも緩い風化した物質で覆われているのかを解明しようとしています。クライドバーグ氏は、「同じ技術を使えば、LHS 3844 b、そして将来的には他の岩石系系外惑星の地殻の性質を明らかにできると確信している」と述べた。
惑星系外占星地質学への影響
研究者らが言うように、遠い惑星の地質のこの直接分析は、「その性質を解明するための次のステップ」を表している。太陽系の外の惑星表面を研究できることにより、岩石世界の多様性とその形成過程を理解するための新たな道が開かれます。
この研究は、5月4日にジャーナル「ネイチャー・アストロノミー」に掲載され、宇宙の遠隔地における惑星の形成と進化の理解に対するジェームズ・ウェッブ望遠鏡の貢献を確固たるものとした。
