遠くの星の明るさが、一定の間隔で少し下がる。その記録から、星の前を惑星が通っている可能性を考える方法があります。惑星が恒星の手前を横切り、光の一部を遮る現象をトランジットと呼びます。
ただし、明るさが一回下がっただけで惑星を発見したと決まるわけではありません。星自身の変化や別の天体、観測条件も候補になります。暗くなったという観測と、その原因の説明を二段に分けて読みましょう。
惑星の写真ではなく、星の光の記録
トランジットを調べるグラフの縦軸は、受け取った光の量などです。惑星の表面を撮影した絵ではありません。横軸の時刻に沿って、いつ、どれほど、どのくらいの時間だけ明るさが変わったかを追います。
同じ惑星が一周するごとに星の前を横切る条件なら、暗くなる現象が繰り返されます。ただし、観測者から見た軌道の向きが合わなければ、惑星が存在しても星の前を通って見えません。「暗くならなかったので惑星はない」という逆向きの断定はできないのです。
地球で見る日食にも、手前の天体が奥の光を遮る関係があります。しかし、遠い恒星のトランジットでは、普通は星の光のごく一部の変化を測ります。図を分かりやすく描くために惑星を大きくしていることもあるので、図の寸法をそのまま実物の比にしないでください。
暗い時間と、一周する時間は別
一回の減光が続く時間は、星の前を通過する間の長さです。一周する周期は、同じ通過が次に起こるまでの間隔から考えます。短いくぼみの横幅と、くぼみ同士の間隔を取り違えないことが大切です。
測る位置もそろえます。ある回は減光の始まり、次は減光の中央を使うと、間隔がずれます。ここでは各減光の中央の時刻を比較します。くぼみが三つあれば、その間の間隔は二つです。個数をそのまま割る数にしないでください。
例題1｜三回の減光から周期を読む
同じ惑星による通過をすべて観測できたとする模型です。減光の中央は、観測開始から2日、8日、14日でした。一回の減光はそれぞれ3時間続きました。この模型での公転周期は何日ですか。3時間は何を表しますか。
答え・解説： 中央同士の間隔は8−2＝6日、14−8＝6日なので、周期は6日です。3時間は一回の通過で暗くなっていた時間で、公転周期ではありません。
最初から最後までの12日を、二つの間隔で割っても6日になります。ただし、実際に途中の観測が欠けていれば、見逃した通過があるかもしれません。今回は「すべて観測できた」という条件があるから、この読み方ができます。
減った光を、元の光で割る
初めの光の量を100とする表示で、99になったなら、減少は1で減光率は1％です。99％暗くなったわけではありません。残った割合と、減った割合のどちらを答えるのかを確認します。
さらに、同じ大きさの惑星でも、前を通る恒星の大きさが違えば遮る割合は変わります。減光率の大きさだけで、異なる恒星を回る惑星の絶対的な大きさを比較するには情報が足りません。星の明るさの分布や通る位置なども実際の解析には関わります。
例題2｜1％を隠す円の直径は、1％？
表面の明るさが一様な円形の恒星を、不透明な円形の惑星が完全に内側に入って隠す理想模型です。受け取る光が10000から9900へ下がりました。減光率は何％ですか。また、惑星と恒星の見かけの直径の比は何対何ですか。
答え・解説： 減った量は100なので、100÷10000×100＝1％です。隠した面積は恒星の100分の1です。円の面積は直径の2乗に比例するため、直径は10分の1、比は1対10です。
直径まで100分の1とするのは、面積と長さの混同です。10分の1の円を縦横それぞれ10倍すれば元の円の寸法になり、面積は100倍になると考えてもよいでしょう。実際の恒星には縁ほど暗く見える性質などがあり、この単純模型を無条件には使いません。
見つけた候補を、別の観測で確かめる
周期的な減光が見つかっても、別の恒星同士が隠し合っているなどの可能性を調べる必要があります。繰り返し観測したり、異なる色の光で比べたり、別の方法の測定と合わせたりして、原因を絞っていきます。
大切なのは、分からないことを全部否定することではありません。グラフから周期や減光率を計算できるなら、その値は求めます。そのうえで、その計算だけでは決まらない天体の種類や質量まで断定しないようにします。計算できる範囲と、追加の証拠が必要な範囲を分ける読み方です。
このような観測では、遠くて形が直接見えなくても、光の変化から条件を推定できます。初めての題材でも、割合、円の面積、時間間隔という既習の考え方が使えます。新しい用語に圧倒されず、グラフの軸と模型の条件から取り組んでください。