Kepler-90 bとcは5対4の共鳴状態にあるのか？
Kepler-90 cは8.7198日ごとに星を一周し、すぐ内側のbは約7.008日ごとに周回する。cが4周する間にbは約4.977周し、二つの公転周期は5対4に近い。しかし、周期の比率が近いという事実だけで二つの惑星が共鳴するとは確定できない。共鳴とは二つの惑星が互いの重力に影響を受け、一定の位置関係を繰り返し維持する状態だからである。
- 約8.7198日 繰り返しの通過で測定したcの公転周期
- 約4.977周 cが4周する間にbが回る回数
- 地球の約1.19倍 通過の深さと星の大きさから求めたcの半径
- 地球の約236倍 cが受けると計算された星のエネルギー
公転周期は5対4に近いが、正確には一致しない
cが4回公転するのにかかる時間は約34.88日である。その間にbは正確に5回ではなく、約4.977回公転する。足りない0.023回は軌道上で約8度に相当する。一度では小さな差だが、同じ過程が繰り返されると二つの惑星が出会う位置は少しずつ変わる。したがって、二つの周期の比が1.244で1.25に近いという事実だけでは、同じ位置関係が常に繰り返されるとは言えない。
二つの惑星は約35.7日ごとに星を基準に同じ方向に置かれるが、その位置は少しずつ移動する。5対4で生じるずれは、約378日を周期として繰り返されると計算される。このような変化が実際の通過時刻に現れるかを観測すれば、二つの惑星が互いにどれだけ強く影響を与えているかがわかる。しかし、約378日という計算値だけで共鳴を確定することはできない。
公転周期の比が5対4に近いということは、共鳴の可能性を示す手がかりである。共鳴を確認するには、二つの惑星の位置関係が一定の範囲内で繰り返されるかどうかも調べる必要がある。
二つの惑星の位置関係が繰り返されるか確かめる必要がある
共鳴状態では、公転回数が似ているだけでなく、二つの惑星が出会う位置も一定の範囲内で繰り返される。天文学者は二つの惑星の現在の位置と楕円軌道で星に最も近い方向を一つの角度で計算し、これを共鳴角と呼ぶ。この角度が一定の範囲内で前後に動くと共鳴を維持している証拠となる。逆に全ての方向を通過し続ける場合、周期が近くても完全な共鳴とは見なさない。この計算には、二つの惑星の質量と軌道がどれだけ楕円か、最初の位置がどこだったかが必要である。
Kepler-90 bとcの質量と軌道の形はまだ正確に測定されていない。2024年の研究チームは、可能な値をいくつか変えながら二つの惑星の動きを計算した。ほぼ円形の軌道を入れた一部の計算では5対4の共鳴が現れたが、他の計算では共鳴角が動き続けるか、しばらくだけ一定の範囲に留まった。軌道を少し楕円形と仮定した場合は完全な5対4の共鳴は維持されなかった。したがって現在は、二つの惑星の周期が5対4に近く、共鳴の影響を受ける可能性があると言えるだけである。
- 通過の繰り返し bとcの公転周期をそれぞれ測定する。
- 周期比の計算 cが4周する間にbが約4.977周することを確認する。
- 軌道計算 質量、軌道形状、方向を変え、共鳴角が一定の範囲内に収まるか確認する。
- 追加の観察 通過時刻と星の動きを測定して、二つの惑星の質量と軌道をより正確に求めることができる。
半径は分かっているが、質量と内部組成はまだ分からない
cの半径は地球の約1.19倍で、bの約1.31倍より少し小さい。しかし、惑星が覆う星光の量は鉄と岩石の比率や大気の量を示さない。大きさが同じでも内部の物質が異なれば質量も異なることがある。現在のリストの約1.81地球質量も、cの重力を直接測定した値ではなく、似た大きさの複数の惑星の見える質量分布を適用した推定値である。
したがって、この推定質量によって計算された密度だけを見て、cが岩石惑星であると確定することはできない。bとcの実際の質量を同じ方法で測定することで、二つの惑星が一緒に移動して現在の周期比に至ったのか、互いの軌道にどれほど強く影響を与えているのかをより正確に判断できる。
強い星の光だけでは実際の表面環境は分からない
cは恒星から約0.089AU、約1,330万km離れています。cが受けるエネルギーは、地球が太陽から受ける量の約236倍と計算されます。星の光を反射する度合いや熱の移動を単純に仮定した温度は約987K、摂氏で約714度です。非常に強い熱を受ける惑星であることは明らかですが、この温度は実際の表面で測定した値ではありません。
大気があれば、明るい側の熱を暗い側に移したり、特定の光のエネルギーを閉じ込めることができます。明るい雲や表面は入ってくる光をより多く反射することができます。現在の通過資料だけでは、cの大気や表面、内部物質を知ることはできません。公転周期の割合を正確に知っていることと、惑星の環境を知っていることは異なります。
ページに見える惑星は観測写真ではなく、理解を助けるための図です。公転周期8.7198日と地球の約1.19倍という半径は通過観測に基づきます。地球の約1.81倍という質量は他の惑星と比較した推定値であり、摂氏約714度は条件を単純に設定して計算した値です。5対4の共鳴もまだ確定していません。
出典
- NASA Exoplanet Archive — Kepler-90 c Parameters and Mass Provenance
- Astronomy & Astrophysics — The Planetary System to KIC 11442793
- Monthly Notices of the Royal Astronomical Society — Analysing the Dynamics of the Kepler-90 Planetary System
- The Astronomical Journal — Dynamics of Tightly Packed Planetary Systems
- The Astrophysical Journal — Probabilistic Mass–Radius Relation
- NASA Science — Kepler Transit Method
- NASA Exoplanet Archive — Kepler Data Products Overview