私たちの銀河のどこかに別の地球が存在していますか？最近のケプラー宇宙船の登場により、天文学者は地球のような軌道で地球サイズの惑星を見つけることにますます近づいています。しかし、その検索が成功したら、研究を推進する次の質問は次のようになります。その惑星は居住可能ですか？地球のような雰囲気ですか？これらの質問に答えることは容易ではありません。しかし、この課題に対応する望遠鏡はジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）であり、2013年に計画された打ち上げに向けて設定されています。地球規模の地球に近い場合、オゾンやメタンなどのバイオマーカーと呼ばれる特定のガスを検出できます。 （関連記事：JWSTのJohn Mather博士とのQ＆Aを参照してください。）
ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡は、大きな鏡と宇宙空間のL2ポイントに位置しているため、天文学者に、近くの地球のような世界の居住可能性に関する答えを見つける最初の現実的な可能性を提供します。ハーバードスミソニアンセンターのLisa Kalteneggerジェット推進研究所の天体物理学とウェズリートラウブのカルテネッガー氏は、「トランジットイベント中に地球のような惑星の大気を解読して、地球に似ていると言えるようにするには、本当に幸運でなければならない」と述べた。 「そのためには、多くのトランジットを合計する必要があります。20光年離れた星の場合でも、数百のトランジットが必要です。」
「それは難しいことですが、遠くの惑星の大気を特徴付けることは信じられないほどエキサイティングな努力になるでしょう」と彼女は付け加えました。
トランジットイベントでは、遠く離れた太陽系外の惑星が、地球から見て星の前を横切っています。惑星が通過するとき、大気中のガスは星の光のごく一部を吸収し、各ガスに固有の指紋を残します。星の光を虹色またはスペクトルに分割することにより、天文学者はそれらの指紋を探すことができます。 KalteneggerとTraubは、これらの指紋がJWSTで検出できるかどうかを調査しました。
トランジット技術は非常に困難です。地球がバスケットボールのサイズである場合、大気は紙のシートと同じくらい薄いので、結果の信号は信じられないほど小さいです。さらに、この方法は、惑星がその星の前にある場合にのみ機能し、各トランジットは最大で数時間続きます。
カルテネッガーとトラウブは、太陽のような星を周回する地球のような世界を最初に検討しました。 1つのトランジットから検出可能な信号を取得するには、星と惑星が地球に非常に接近している必要があります。十分に近い太陽に似た唯一の星はアルファケンタウリAです。そのような世界はまだ発見されていませんが、テクノロジーは地球サイズの世界を検出できるようになりつつあります。
この研究では、赤い矮星を周回する惑星も検討しました。タイプMと呼ばれるそのような星は、天の川の中で最も豊富です。太陽のような黄色のタイプGの星よりもはるかに一般的です。また、太陽よりも涼しく、より暗く、Mスターを通過する地球のような惑星を見つけやすくなっています。
地球のような世界は、液体の水を十分に暖めるには、赤い小人の近くを周回しなければなりません。その結果、惑星はより速く軌道を回り、それぞれの通過は数時間からほんの数分続くでしょう。しかし、一定の時間内により多くのトランジットが行われます。天文学者は、いくつかのトランジットからの信号を追加することにより、大気を検出する可能性を向上させることができ、より頻繁なトランジットのために赤い矮星を魅力的なターゲットにします。
太陽のような星を周回する地球のような世界は、毎年1回10時間の通過を経験します。 100時間の通過観測を蓄積するには10年かかります。対照的に、中型の赤い矮小星を周回する地球は、10日ごとに1時間の通過を経験します。 100時間のトランジット観測を蓄積するには、3年もかかりません。
「近くの赤い矮星は、通過する地球の大気中のバイオマーカーを検出する最良の可能性を提供します」とカルテネッガーは言いました。
「結局のところ、直接イメージング–惑星自体からの光の光子の研究–は、トランジット手法よりも地球に似た世界の大気を特徴付けるより強力な方法を証明するかもしれません」とTraubは言いました。
直接研究はすでに、非常に高温で巨大な太陽系外惑星の粗温度マップを作成するために使用されています。次世代の機器を使用することで、天文学者は気温だけでなく大気組成を研究できる可能性があります。 「淡い青色の点」の特徴付けは、1つの惑星の何百ものトランジットを合計することによっても、星の光を遮断して惑星の光を直接分析することによっても、次のステップです。
最良のシナリオでは、アルファケンタウリAは、まだ誰も発見していない、通過する地球のような惑星を持っていることが判明する可能性があります。その後、天文学者はその惑星の大気を解読し、おそらく最初の双子の地球の存在を確認するために、ほんの一握りのトランジットしか必要としません。
出典：Harvard Center For Astrophysics
