TRAPPIST-1 b, c, d, e, f, g, h

(Imaginary TRAPPIST-1 System by Exoplanetkyoto Image Credit: Yosuke A. Yamashiki, Fuka Takagi, Ryusuke Kuroki, Natsuki Hosono)

(Imaginary Picture of TRAPPIST-1 d, Credit Shione Fujita & SGH Moriyama High School)

TRAPPIST-1 は、みずがめ座に位置し、太陽系からおよそ39光年離れたところに存在する、M8型の赤色矮星で、表面温度2550K、半径はProxima Centauriより小さい0.117太陽半径、質量は0.08太陽質量です。木星の半径は0.1太陽半径、質量は0.001太陽質量なので、見かけ上木星よりわずかに大きく、質量は木星の80倍程度なので、いわゆる自分で光るギリギリの大きさの恒星(矮星)だと言えます。Ultra Cool Dwarf Star（超低温矮星）とも言われています。

(TRAPPIST-1の大きさの比較図　左はProxima Centauri星との比較、右は太陽との比較)

TRAPPISTとは、TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescopesの略で、ベルギー・リエージュ大学(http://www.ulg.ac.be/cms/c_5000/accueil)の天文地学海洋専攻(AGO)のプロジェクトでチリのESO La Silla 天文台 とモロッコのOukaïmden 天文台(2016.10.6開始)に設置された望遠鏡ネットワークであり、このTRAPPIST-1は2016年にLa Silla天文台で発見され、地球よりわずかに大きな惑星が３つ、このクラスの赤色矮星の周りに初めて発見されました1) 。さて、特にこのTRAPPIST-1系のハビタブルゾーンにあると言われた3番目の惑星TRAPPIST-1dのトランジット観測による周期と軌道が確定せず、ハビタブルゾーンの惑星発見のニュースはキャンセルされるかと心配されていました。ところがそれがさらなる大発見につながったのです。

2017年2月22日(日本時間2月23日午前3時)、NASAはTRAPPIST系に合計7つの惑星が発見されたと発表しました。また、そのうち3-4つはハビタブルゾーンにあると考えられています。

(Imaginary Picture of TRAPPIST-I b, credit, Yosuke Yamashiki, Ryusuke Kuroki & Natsuki Hosono)

<潮汐ロックされたと仮定した場合のTRAPPIST-1 dの想像図 credit: Miu Shimizu, Habitable Research Group SGH Moriyama High School>

<潮汐ロックされたと仮定した場合のTRAPPIST-1 eの想像図 credit: Rina Maeda, Habitable Research Group SGH Moriyama High School>

(潮汐ロックされたと仮定した場合のTRAPPIST-1 fの想像図 (アイボールアース), credit: Haruka Inagaki, Habitable Research Group, SGH Moriyama High School)

(Imaginary Picture of TRAPPIST-I h, covered with imaginary ice, credit, Yosuke Yamashiki, Ryusuke Kuroki & Natsuki Hosono)

(TRAPPIST-1の7つの惑星群の公転の状況）

それぞれの公転軌道半径は(TRAPPIST-1 b, c, d, e, f, g, hの順で) 0.011, 0.015, 0.021, 0.028, 0.037, 0.045, 0.063 天文単位に存在し、半径はそれぞれ地球の1.08, 1.05, 0.77, 0.92, 1.04, 1.12, 0.76倍と、ほぼ地球の大きさに等しいと見積もられています。この星のハビタブル・ゾーンは太陽系相当天文単位(SEAU)によると、
金星相当軌道 0.016 天文単位
地球相当軌道 0.023天文単位
火星相当軌道0.035天文単位

(SEAUによるハビタブルゾーンの位置)

Kopparapu et al.2013によると
内側境界Recent Venus 0.019天文単位
地球サイズ惑星の暴走温室限界 0.024天文単位
外側境界最大温室限界0.048天文単位

(Kopparapu et al. によるハビタブルゾーンの位置)

となっており、SEAUによると、bは内側境界の内側で温度は高く、c, d, eはハビタブル・ゾーンに存在すると考えられています。

(SEAUによるハビタブルゾーンとTRAPPIST-1b,c,d,e,f,g,hの軌道位置,赤線が金星相当軌道,緑が地球相当軌道,水色が火星相当軌道,青がスノーライン)

ただし、TRAPPIST-1 bにおいても、潮汐ロックされているとすれば、惑星の昼半球と夜半球の境界領域にハビタブル・ゾーンが存在する可能性が指摘されており、また、他のf,gについてもスノーラインの内側にあり、潮汐力や内部の熱源などあれば、ハビタブルゾーンと考えられる可能性もあります。

また、Kopparapu et al.2013によると、ハビタブルゾーンにある惑星は、d, e, f ,g となり、先ほどのcは内側境界の中に位置してしまいます。TRAPPIST-I dはしかしながらRecent Venusの内側に位置はしますが、暴走温室限界線の内側にあるので、そのままでは海洋は存在できませんが、潮汐ロックされている場合境界領域(terminator)に狭い海が存在しうるとも考えられます。TRAPPIST-I gはしかしながら、外側境界最大温室限界付近のため、十分な温室効果ガスがある場合のみ居住可能だと考えられます。

(Kopparapu et al. 2013 によるハビタブルゾーンとTRAPPIST-1b,c,d,e,f,g,hの軌道位置,赤線がRecent Venus境界線、緑色が薄い色からそれぞれ火星・地球・スーパーアースサイズの暴走温室限界線,その外側の薄青色が最大温室効果限界線(Maximum G), その外側の青が初期火星線(Early Mars)。この判定によるとTRAPPIST-1 e, f, gがハビタブルゾーンとなる)

NASAの公式ページには、カラフルなイメージ図やVR, 3Dイメージなども公開されています。

https://exoplanets.nasa.gov/trappist1/

カリフォルニア工科大学のジェット推進研究所(JPL)-Spitzer宇宙赤外望遠鏡のページによると、TRAPPIST-1の惑星のほとんどすべてが潮汐ロックされており（すなわち、常に中心星TRAPPIST-1に同じ面を向けており)、乾燥して暑い（熱い）昼半球と、寒くて氷に覆われているであろう夜半球にわかれているだろうとされています。ハビタブルゾーンに存在する惑星はTRAPPIST-1 e, f, gであるが(b-hの)いずれの惑星も液体の水が潜在的に存在する可能性があるとされている。また境界領域(terminator)に海が存在するのはTRAPPIST-1dで、海が広く存在する可能性のあるTRAPPIST-1e,fでも昼半球に集中しており、夜半球は氷で覆われているであろう、と解説がされています。このページではTRAPPIST-1 bは木星の衛星イオ(Io)のようであり、また最も寒いTRAPPIST-1 hはエウロパ(Europa)のように描かれています。

http://www.spitzer.caltech.edu/images/6266-ssc2017-01a-TRAPPIST-1-Planet-Lineup

2018年2月のより詳細な調査結果によって、いくつかの惑星は地球よりも水を大量に保有している可能性も示唆されています。より中心星に近いb,cでは水蒸気、d,e,fでは液体と氷、そしてgは大部分が氷としてでしょう。この詳細調査によって、それぞれの惑星の密度がより正確に求められました。現在ではTRAPPISTシステムは最もよく観測された惑星システムの一つといえます。

七つの地球サイズの惑星にそれぞれ液体の水が存在する可能性のある惑星系というのは、非常に興味深い惑星系です。また赤色矮星の寿命は太陽とくらべて桁違いに長いので、もしかすると非常に長い間進化した安定的な生命体が文明を築き、それぞれの惑星間で文明交流を繰り返しながら今後も長きにわたって存在してゆく、「理想郷」なのかもしれません*。
（文責：山敷庸亮）

TRAPPIST-1についての詳しいデータは以下のデータベースに

http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/TRAPPIST-1.html

* 実際に理想郷かどうかについて、以下のような懸念と論点もあります(野津翔太・山敷庸亮)

1) M型星は黒点活動・フレア等が太陽型星より活発であり、ハビタブルゾーンでの紫外線・X線強度などが強い。それらがハビタビリティにどう影響するかは不明。惑星大気が剥ぎ取られている可能性も否定できないが、逆に厚い大気に覆われていれば、これらが高エネルギー電磁波のシールドになる可能性もある。ただし、潮汐ロックされているとすれば、地磁気が存在しない可能性もあるため、その点では荷電粒子の直撃を受ける可能性も高い。
2) M型星の中でも低温側の星は全球対流状態にあると同時に、自転・活動性の振る舞いがM型の高温側の星に比べて良く分かっていない部分もあるため、実際どの程度このTRAPPIST-1が上記の活動があるのかはわからない。

なお、イラストにおいてexoplanetkyoto のページでは、潮汐ロックは起こりうるであろうが、それぞれ自転している惑星を想定しての想像図となっています

以下、Stellar Windowを利用して表示したTRAPPIST-1の星図上での位置。

(Position in Stellar Map of star TRAPPIST-1 and its Exoplanet TRAPPIST-1 b,c,d,e,f,g,h)

(Zoomed pos.in Stellar Map of star TRAPPIST-1 and its Exoplanet TRAPPIST-1 b,c,d,e,f,g,h)

1)Michaël Gillon, Emmanuël Jehin, Susan M. Lederer, Laetitia Delrez, Julien de Wit, Artem Burdanov, Valérie Van Grootel, Adam J. Burgasser, Amaury H. M. J. Triaud, Cyrielle Opitom, Brice-Olivier Demory, Devendra K. Sahu, Daniella Bardalez Gagliuffi, Pierre Magain & Didier Queloz. Temperate Earth-sized planets transiting a nearby ultracool dwarf star, Nature 533, 221–224 (12 May 2016) doi:10.1038/nature17448, Received 11 January 2016 Accepted 18 February 2016 Published online 02 May 2016
http://www.nature.com/nature/journal/v533/n7602/full/nature17448.html

https://www.theguardian.com/science/2016/may/02/could-these-newly-discovered-planets-orbiting-an-ultracool-dwarf-host-life

2)Michaël Gillon, Amaury H. M. J. Triaud, brice-Olivier Demory, Emmanuël Jehin1, Eric Agol, Katherine M. Deck, Susan M. Lederer, Julien de Wit, Artem burdanov, James G. Ingalls, Emeline bolmont, Jeremy Leconte, Sean N. Raymond, franck Selsis, Martin Turbet, Khalid barkaoui, Adam burgasser, Matthew R. burleigh, Sean J. Carey, Aleksander Chaushev, Chris M. Copperwheat, Laetitia Delrez, Catarina S. fernandes, Daniel L. Holdsworth, Enrico J. Kotze, Valérie Van Grootel, yaseen Almleaky, Zouhair benkhaldoun, Pierre Magain & Didier Queloz. Seven temperate terrestrial planets around the nearby ultracool dwarf star TRAPPIST-1. Nature 542, 456–460 (23 February 2017) doi:10.1038/nature21360.

Received 21 November 2016 Accepted 21 December 2016 Published online 22 February 2017

http://www.nature.com/nature/journal/v542/n7642/full/nature21360.html

HD 164595 b

HD 164595 b は、2015 年に Courcol ら によって発見された、太陽系から 94 光年（28.9 pc）離れた距離にある海王星サイズの系外惑星です。

(Imaginary Picture of Warm Neptune HD164595 b)

中心星 HD 164595 は、太陽と同じ G 型星（G2V）で、表面温度は 5790 度、質量は 0.99 太陽質量と、太陽とほどんど同じです。そのため、HD 164595 恒星系のハビタブルゾーンは、太陽系とほとんど同じ位置にあると考えられます。それに対して、HD 164595 b は軌道長半径 0.23 天文単位（3441万km）と、水星軌道より随分内側を公転周期 40 日で一周し、質量が地球の 16 倍、半径が地球の 4.17 倍という、熱い海王星（Hot/Warm Neptune）だと考えられます。表面温度の計測結果はありませんが、惑星のアルベドを 0.3 と仮定すると、黒体温度が 531 ケルビン（摂氏258℃）と相当高くなり、地球型生命が住むには不適切な環境ではないかと想像できます。例えばこの惑星が大型の衛星を有していたとしても、その公転軌道（離心率は低い）から、ハビタブルゾーンに位置するのは困難であると考えられます。

(Imaginary Picture of Warm Neptune HD164595 b orbiting around its Host Star HD164595)

（ExoKyoto(アプリ版) による HD 164595 中心星の表示画面。中心星はG型星(G2V)で、その大きさの比較が、下の段の4つに記されています。左からハビタブル・ゾーン惑星が見つかったProxima Centauriとの比較、二番目が太陽との比較（大きさがほとんど同じ）、三番目がふたご座のポルックス（Pollux)との比較、一番右側がオリオン座のリゲル(Rigel)との比較）。ハビタブル・ゾーンの表示は、太陽系相当天文単位(SEAU)で、赤い線が金星軌道相当線、緑が地球軌道相当線、青が火星軌道相当線、で、この中心星データからの推定値では、ほとんど太陽系と一致しています)

（ExoKyoto による HD 164595 の公転軌道とハビタブル・ゾーン（Kopparapu et al. 2013 による）の表示。金星相当軌道より内側にあることがわかります）

2016 年に、この恒星系から11GHzの電波シグナルが観測されたとの発表がありました。
(CNN News)
(Wired日本語記事)

現在、11GHzの電波シグナルの真偽については様々な議論がなされていますが、上述のとおり、このシグナルが「仮に」知的生命体のものであったとしても（１）知的生命体は、この惑星 HD164595 b ではなく、「未発見の」HD 164595 恒星系のハビタブルゾーンに位置する岩石惑星に住んでいるか、（２）地球型以外の（灼熱の環境・あるいは液体の水のない環境で生息できる）知的生命体か存在するか、あるいは（３）このシグナルが知的生命体が発信したものではないか、（４）Vakoch らが述べているように、重力レンズの作用で他の天体からの電波が曲げられたか、あるいは（５）観測エラーか、のどれかであることが考えられます。

また、HD 164595 は、ヘラクレス座(ケプラー観測領域のはくちょう座とこと座周辺)に位地し、夏から秋の夜空で観測することが可能なため、興味のある方は望遠鏡を向けて観測されることをお勧めします。

（ExoKyoto Stellar Window を用いた HD 164595 の天球上の位置表示）

HD 164595 b についての詳しい情報は、こちらをご覧ください。
http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/HD_164595_b.html

（文責：山敷庸亮)

51 Pegasi b

1995 年に人類史上初めて、スイスのミシェル・マイヨール（Michel Mayor）らにより発見された最初の太陽系外惑星です。マイヨールとディディエル・クゥエロツらは当時最新鋭の高分散分光器ELODIEを備えたフランスのオート・プロヴァンス天文台（Observatoire de Haute-Provence: OHP）にて、視線速度法によりペガスス座51番星を観測し、木星質量の惑星が太陽系の水星軌道の内側を自転周期 4.2 日で公転していることを Nature 誌に発表しました (i)。この功績により、両氏は2019年ノーベル物理学賞を受賞しました。

（Imaginary Picture of 51 Pegasi b as original “Hot Jupiter” Credit：Yosuke Yamashiki, Ryusuke Kuroki & Natsuki Hosono)

（Hot Jupiter 51 Pegasi b orbiting around its host star 51 Pegasi, Credit：Yosuke Yamashiki, Ryusuke Kuroki & Natsuki Hosono)

ペガサスに騎乗したギリシャ神話の英雄ベレロポンにちなんでベレロフォン（Bellerophon）と呼ばれることもあるこの系外惑星（51 Pegasi b）は、その灼熱の推定環境にちなんでホットジュピター（灼熱の木星）と分類されました。その後、視線速度法により、数々のホットジュピターが発見されています。例えば同じペガサス座のオサイリス（Osiris: HD 209458 b）などは公転周期がわずか 3.5 日で主星のまわりを公転し、ハッブル望遠鏡により 2001 年に大気中に酸素と炭素が含まれていることが観測された初めての系外惑星です。

太陽系の形成過程の標準モデルでは、ガス惑星は中心星から遠くはなれた場所（~5AU）で形成されるとされていたため、このような中心星近傍（<0.05AU）に存在する巨大ガス惑星の形成過程は多くの議論を呼びました。その後、恒星から遠く離れて形成された巨大ガス惑星が軌道変遷により水星軌道の内側にまで移動してきた可能性が最も高いとされています。

なお、ミシェル・マイヨール氏は第 31 回京都賞を受賞され、同年にはノーベル物理学賞候補にもノミネートされました。そして、2019年には宇宙論のJames Peebles, そして共同発見者のディディエル・クゥエロツ(Didier Queloz)とともにノーベル物理学賞を受賞しました。

(i) Michel Mayor & Didier Queloz. 1995. A Jupiter-mass companion to a solar-type star. Nature 378(23): 355-359.

マイヨールとクゥエロツは、高分解能分光計（高分散分光器）ELODIEを備えたフランスのオート・プロヴァンス天文台にてペガスス座51番星（51 Pegasi）の視線速度を測定し、木星質量の惑星が太陽系の水星軌道の内側（0.05AU）を公転周期 4.2 日で公転していることを発見し、また系外惑星（51Pegasi b）が、小さな赤色矮星からガスが流れ出た残骸であるという可能性と同時に、元々恒星から遠く離れて（~5AU）形成された木星質量のガス惑星が内側に移動してきたと考えられる可能性を示しています。特に恒星 51 Pegasi の推定寿命が G 型星の寿命に近い 100 億年と推定されたこともあり、惑星軌道の変遷によりガス惑星が内側に移動した可能性があることが発表後議論されました。また、この視線速度の変化が大質量星のパルサーに由来するものではないことを明らかにし、系外惑星発見の揺るぎないデータと論述を示しました。またフィレンツェにおける研究発表を通じて、ハーバード・スミソニアン天体物理センターを含む他の天文グループにより視線速度変化の周期が 4.2 日であるという独立調査がなされ、その信頼性が確認されました。

（文責：山敷庸亮）

（ExoKyoto Stellar Window を用いて表示した 51 Peg b の位置）

51 Pegasi b についての詳しい情報はこちら。
http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/51_Peg_b.html

Kepler-452b

(Kepler-452 b Ocean Planet Credit: Chise Hatsuoka, Habitable Research Unit SGH Moriyama High School)

Kepler-452b is located about 1,400 light-years away in the Cygnus constellation and is thought to be the first rocky planet discovered in the habitable zone. Its orbit is 384 days around its host star, Kepler-452, which is a G-type sun-like star around 60 billion years old. Since the planet is so similar to Earth, it has been called ‘Earth’s Cousin.’

(Kepler-452 b Credit: Fuka Takagi and Yosuke Yamashiki, generated using Planet Map Generator and OpenGL)

（Credit: Shione Fujita & SGH Moriyama High School）

Using ExoKyoto and the Weiss and Marcy method, the mass was estimated at about 4 times that of Earth, which is why the exoplanet is considered a ‘Super-Earth.’ Based on the assumption that it can easily have a large amount of water under high gravity and the fact that it is difficult to dissipate the acquired water, we imagine that this Ocean Planet is almost entirely occupied by oceans 30-50 km deep. If this is the case, the planet wouldn’t have continents but it is assumed to have only chains of islands like Hawaii.

However, since the host star is about 1.5 billion years older than our Sun, it is expected to radiate more energy than the Sun, and Kepler-452b probably receives more energy than the Earth. Therefore, the water on the surface might not exist due to the (runaway) greenhouse effect. Additionally, the planet Kepler-452b is about 1.5 billion years older than the Earth, so a detailed study of the surface environment could provide information on environmental changes that Earth might face in the future.

In any case, it is important to verify the existence or non-exitance of the planetary surface environment and ocean through detailed follow-up observations in the future.

（文責：藤田汐音・佐々木貴教）

The location of Kepler-452 shown on the ExoKyoto Stellar Screen

For more information about Kepler-452b, please visit the ExoKyoto Database:
http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/Kepler-452_b.html

Journal Articles:

1.) Discovery and Validation of Kepler-452b: A 1.6-R⊕ Super Earth Exoplanet in the Habitable Zone of a G2 Star

2.) Climate and Habitability of Kepler 452b Simulated with a Fully Coupled Atmosphere–Ocean General Circulation Model

3.) Quantitative estimates of the surface habitability of Kepler-452b

WEB Articles:

1.) Kepler-452b: Earth’s Bigger, Older Cousin — Briefing Materials

2.) One Of The Most Earth-Like Worlds We’ve Found May Not Actually Exist

3.) Kepler 452 b: Inhabitable ‘Earth 2.0’ could be statistical mirage, study shows

Kepler-186f

Kepler-186f is an exoplanet that orbits the M-type main-sequence star, Kepler-186, which is located in the constellation Cygnus, about 492 light years from Earth.  With an orbit of about 130 days, Kepler-186f is the first near-Earth-sized planet discovered in the habitable zone outside our solar system, and it is the closest exoplanet to the Earth. Kepler-186f is and is one of five planets in the outer system. The  exoplanet orbits about 32.5 million miles (52.4 million kilometers) from the Sun.

（Credit: Natsuki Shirako & SGH Moriyama High School）

（Credit: Saaya Shimozaki & SGH Moriyama High School）

The host star, Kepler-186, is a red dwarf that has a red light. It has a mass of 0.478 and a surface temperature estimated at 3,788 K, about 2,000 degrees lower than our Sun’s. This means the energy of the light that reaches Kepler-186f is weak, composed fo many infrared rays. Because of this, the light that reaches the surface of the planet is unsuitable for energy absorption by green chlorophyll a, which is used by plants on Earth for photosynthesis.

If there was life on Kepler-186f, the plants might have black photosynthetic pigments that are more likely to absorb longer wavelengths of red light.

（Credit: Saaya Shimozaki & SGH Moriyama High School）

Since Kepler-186f is close to its host star at about 0.36 AU (Earth-Sun distance = 1 AU), its rotation and orbit may be synchronized by tidal forces, which is due to the gravity from the host star. If this is the case, one surface of the planet would always be facing the host star, so this surface might be very dry, while the opposite side might be covered with ice. If this is the case, only the regions in between would be habitable.

Also, because wind moves from higher temperatures to lower temperatures, on the surface of the planet, strong winds are expected to blow in a certain direction from the day side to the night side, which could mean that any plants growing on the surface are always being pushed in the same direction.

This planet is sometimes called “Earth 2.0.” It is a habitable planet that is about the same size as Earth. However, since its host star is very different from our Sun, it is probably best to think of it as a “different” Earth-type planet.

（文責：下崎紗綾・佐々木貴教）

（Kepler 186f in the ExoKyoto Stellar Window）

For more information about Kepler-186f, please visit:
http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/Kepler-186_f.html

Journal Articles

1.) An Earth-Sized Planet in the Habitable Zone of a Cool Star

2.) FORMATION, TIDAL EVOLUTION AND HABITABILITY OF THE KEPLER-186 SYSTEM

WEB Articles

1.) Kepler-186f, the First Earth-size Planet in the Habitable Zone

2.) 5 Things to Know About Alien Planet Kepler-186f, ‘Earth’s Cousin’

3.) Kepler 186f

Kepler-16b

Kepler-16b orbits the binary stars, a K-type Kepler-16A and an M-type Kepler-16B in the constellation Cygnus. Kepler-16b is the first object discovered orbiting a binary star. This means that two “suns” are visible from the surface of the planet. Its orbit is located at the outer edge of the habitable zone of the brighter star, Kepler-16A.

Kepler-16b has a radius of 8.5 times that of Earth and a mass of 105 times that of Earth. It is close to the size Saturn from our solar system, and is considered a gas giant. If it has a sufficient atmosphere, there is a possibility for life to occur.

（Credit: Shione Fujita & SGH Moriyama High School）

From this imaginary satellite, if you look into the sky, you will see Kepler-16b (the Saturn-like planet with rings) and two suns (Kepler-16(AB)) shining in the distance. It is interesting to think that life could be occurring on a “habitable moon,” which is unknown in our solar system, The landscape would be completely different than on Earth.

When Kepler-16b was first introduced at a research conference in the United States, the audience gave it a standing ovation. People thought that Luke Skywalker’s hometown of Tatooine, from the movie “Star Wars,” had finally been discovered! It was such a wonderful moment where science fiction caught up with reality.

Circumpolar planets have been discovered since then, and various studies are now being actively investigated, including the possibility of different ways of forming planets from single stars, and calculating more complex habitable zones. Since there are more binary stars in the universe than single stars, it is important to understand these binary planets.

（文責：藤田汐音・佐々木貴教）

（Kepler-16b in the ExoKyoto Stellar Window）

For more information about Kepler-16b, please visit:
http://www.exoplanetkyoto.org/exohtml/Kepler-16_(AB)_b.html