空に巨大な「隣の星」が浮かぶ惑星。

編集・制作：未知なる宇宙科学 ARCHIVES 編集部

空に巨大な隣の惑星が浮かぶ世界 ― その科学的条件と現在の研究状況

地球の空は、宇宙の標準ではない

夜空の星は、肉眼では輝く点にしか見えません。しかし宇宙には、隣の惑星が空を大きく占める世界が存在します。赤みがかった太陽に照らされた地表から見上げると、隣の惑星が満月の何倍もの見かけの大きさで浮かんでいる。そのような光景は、物理法則の範囲内で十分に実現しうるものです。

この記事では、そうした世界を成立させる天文学的な条件と、現在の観測研究の到達点を順に整理します。

系外惑星研究の出発点 ― 1995年の最初の発見

太陽以外の恒星にも惑星があるという考え自体は古くからありました。16世紀の哲学者ジョルダーノ・ブルーノが「無数の太陽に無数の地球がめぐる」と説いたことはよく知られています。ただし、それを確かめる技術がなかった時代には、あくまで思想の域を出ませんでした。

系外惑星（太陽系の外にある惑星） が初めて確実に確認されたのは、1995年です。スイスの天文学者ミシェル・マイヨールとディディエ・ケローが、ペガスス座51番星をめぐる惑星「51 Pegasi b」を発見しました。この功績により、二人は2019年にノーベル物理学賞を受賞しています。

最初の発見が覆した惑星形成の常識

この惑星が驚かれたのは、その性質からでした。木星ほどの巨大なガス惑星でありながら、公転周期がわずか約4日。主星との距離は、太陽と水星の距離の10分の1以下とされています。太陽系の知識をもとにすれば、巨大ガス惑星は主星から遠い軌道に形成されるはずです。この発見は、惑星系の多様性が当初の想定をはるかに超えることを示しました。

その後、観測技術の進歩に伴い、確認された系外惑星の数は現在までに 5,000個以上 にのぼります。候補も含めると、さらに多くの天体が知られています。

「巨大な隣の惑星」が見える空を成立させる条件

空に巨大な惑星が浮かぶ世界を実現するには、いくつかの条件が重なる必要があります。

赤色矮星という主星

まず重要なのが、主星の種類です。冒頭のような景色が想定される惑星系の多くで主役を担うのが、赤色矮星 と呼ばれる恒星です。太陽より小さく、表面温度も低い恒星で、表面温度は約3,000〜4,000度とされています（太陽は約5,500度）。放つ光は赤やオレンジに偏るため、その惑星の空は全体的に赤みがかった色調になると考えられています。

赤色矮星が注目される理由の一つは、その数の多さです。天の川銀河の恒星のうち、約7割が赤色矮星にあたると考えられています。宇宙全体で見れば、赤い太陽のもとにある惑星のほうがむしろ多数派かもしれません。

ハビタブルゾーンが主星のすぐそばにある

赤色矮星は暗い分、惑星が液体の水を保てる距離の範囲、いわゆる ハビタブルゾーン（生命居住可能領域） が主星のごく近くに位置します。地球と太陽の距離を1とすれば、その10分の1から20分の1ほどの距離が相当するとされています。

惑星同士の軌道間隔もそれに応じて狭くなるため、隣り合う惑星が互いの空に大きく見える状況が生まれます。

見かけの大きさを数字で確認する

具体的に計算してみます。地球から見た満月は、距離約38万km、直径約3,474kmの天体で、見かけの大きさ（視直径）は約0.5度です。

地球サイズ（直径約12,700km）の惑星が、わずか100万kmの距離、つまり地球と月の距離の約2.6倍のところに隣接していた場合、その視直径は計算上 満月の約7倍 に相当します。空を見上げれば、惑星の円盤が握りこぶし程度の大きさで見えることになります。これが複数の惑星で起きれば、いくつもの大きな惑星が空に並ぶ景色が現実のものとなります。

実際に存在する密集した惑星系 ― TRAPPIST-1

これは仮想の話ではありません。2017年に発見された TRAPPIST-1 系は、その具体例です。地球から約40光年に位置するこの赤色矮星のまわりを、7つの地球サイズの惑星 が非常に近接した軌道で公転しています。最も内側の惑星の公転周期は約1.5日。軌道間隔は非常に狭く、ある惑星から見た隣の惑星の見かけの大きさは、月よりはるかに大きくなると計算されています。

現在の観測研究 ― 系外惑星の「空気」を調べる段階へ

こうした世界の環境を実際に調べる技術は、この数年で大きく進みました。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による大気分析

2021年末に打ち上げられた ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST） は、系外惑星の大気研究を新しい段階に進めました。惑星が主星の手前を通過する際、主星の光の一部が惑星の大気を通過します。その光を分光分析することで、大気中にどのような分子が含まれているかを調べることができます。

JWSTはすでに、系外惑星の大気から二酸化炭素・水蒸気・二酸化硫黄などの分子を検出しています。数十光年先の惑星の大気組成を、地球にいながら調べられる時代になっています。

まだわかっていないこと ― 潮汐ロックとフレアの問題

赤色矮星の近くにある惑星については、未解明の点も多く残っています。

潮汐ロックの影響

主星に近い惑星の多くは、潮汐ロック の状態にあると考えられています。これは自転と公転が同期し、常に同じ面を主星に向け続ける現象で、月が地球に常に同じ面を見せているのと同じ原理です。

潮汐ロック状態にある惑星には、永続的な昼側と夜側が生まれます。昼側は高温にさらされ、夜側は低温に凍りつく可能性があります。そのような極端な環境下で大気や液体の水が安定して存在できるのか、また昼夜の境界線（ターミネーター）付近にのみ比較的穏やかな環境が成立しうるのかについては、現在も研究が続いています。

恒星フレアによる大気への影響

もう一つの課題が、フレアの影響です。赤色矮星はしばしば激しい フレア（恒星表面の大規模なエネルギー放出） を起こし、至近距離にある惑星に強い放射線を浴びせます。これにより惑星の大気が失われる可能性も指摘されており、ハビタブルゾーン内の惑星が長期にわたって安定した環境を保てるかどうかは、確定的な答えが出ていません。

まとめ ― 地球の空の位置づけと今後の展望

ここまで整理すると、空に巨大な隣の惑星が浮かぶ世界は、特定の条件が重なれば物理的に実現しうることがわかります。赤色矮星が宇宙の恒星の大多数を占める点を踏まえると、そのような景色が見られる惑星は、宇宙全体ではそれほど珍しくないかもしれません。

一方、地球の空が現在の姿であるのは、太陽が十分に明るく、惑星同士の軌道が十分に離れているためです。私たちが見慣れた青い空と小さな月は、宇宙的なスケールで見ると、一つの特定のパターンにすぎません。

JWSTの後継機や次世代の大型望遠鏡が稼働すれば、系外惑星の地表環境や雲の様子まで推定できるようになると期待されています。「あの惑星の空には、隣の惑星がこれだけの大きさで見えている」という記述が、科学的な観測データとして示される日はそう遠くないかもしれません。現在の研究の焦点は、そうした世界で液体の水や生命が存在しうるかどうかという問いに向かっています。