[비즈한국] 2011年6月25日、ハッブル宇宙望遠鏡の視線は海王星に向けられた。下の写真が撮影される5年前に冥王星が太陽系の惑星の地位を失ったため、その時点で海王星が公式な太陽系最後の惑星となっていた。海王星は今、太陽系を去る前に出会う最後の惑星であり、最後の関門と見なされている。
しかし実際には、太陽系は海王星の彼方にも続いている。海王星の向こう側にも、はるかに小さな小天体がひしめき合っている。想像以上に膨大な数だ。特に海王星軌道を超えてから、その外側で大きく歪んだ楕円軌道を描く小天体が次々と発見された。こうした天体を海王星以遠天体（TNO）と呼ぶ。TNOはこれまでに発見されたものだけで3000個を超える。太陽と地球の距離の100倍から、遠くは200～300倍の距離に至るまで、非常に大きく歪んだ特徴的な楕円軌道を描いている。
かつて、TNOの楕円軌道が特定の方向に偏って分布しているという事実が発見された。TNOがランダムに分布するだろうという予想とは異なる、不自然な分布だった。これを説明するために、一部の天文学者は、TNOの軌道が偏っていない正反対の側に、まだ発見されていない「第9惑星」が隠れている可能性があると主張した。冥王星のような曖昧なレベルではなく、天王星や海王星のように誰が見ても明らかに惑星と認められるような大きな惑星が、もう一つ隠れているという説だった。皮肉にも、冥王星が惑星から外れるきっかけを作った天文学者、別名「冥王星殺し（Pluto Killer）」のマイク・ブラウンがこの説を提唱したため、より大きな注目を集めた。
暗闇を彷徨いながら、太陽系の「真の」最後の惑星を探す天文学者たちの狩りは、今も終わっていない。いまだに第9惑星は確認されていない。もしかすると、全く別の理由があるのではないだろうか？
最近、これについて非常に興味深い分析結果が出た。もしかすると、私たちの太陽系が現在の姿になったのには、第9惑星ではない別の本当の理由があるのかもしれない。太陽系が誕生した直後、太陽とほぼ同じくらいの大きさの星一つが太陽系の内側まで深く入り込み、私たちのそばをかすめて通り過ぎた可能性があるというものだ。
これまで発見されたTNOは大きく3つのグループに分類される。まず、海王星軌道の内外でほぼ完璧な円に近い軌道を描くカイパーベルトに属する天体がある。2番目に、はるかに大きく歪んだ楕円軌道を描き、海王星軌道の内側と外側を大きく行き来する天体があり、その代表例がセドナだ。そして、まるで彗星のように60度近くまで大きく傾いた軌道を描く場合もある。
TNOもまた、太陽の重力に引き寄せられた太陽系のメンバーである。ただし、あまりに外縁部に位置しているため、純粋に太陽の重力だけの影響を受けるわけではない。彼らの軌道は太陽だけでなく、太陽系の外側、暗闇に隠れているかもしれない他の天体の影響も受けている。したがって、彼らの軌道がどのように分布しているかは、暗闇の向こう側に誰がどこに隠れているのかを示す重要なガイドとなる。
天文学者たちは、私たちの太陽系が過去に他の星と比較的近い距離でかすめて通り過ぎる、いわゆる「フライバイ」を経験した可能性を検討した。実際、星同士が近くを通り過ぎることは非常に頻繁に起こる。星の密度が低くスカスカな星団であっても、星全体のうち1%以上は星同士のフライバイが発生する。すべての星は、他の星の気配を感じざるを得ない。誕生してから宇宙で消えるまで、生涯一度も他の星と相互作用を交わさず孤独に生きる星は存在しない。
天文学者たちは、今日太陽系で発見されるTNOの軌道を再現できるかどうか、多くのシミュレーション計算を行い、その結果を比較した。結果は非常に興味深いものだった。
シミュレーションによると、太陽質量の80%程度の少し軽い星が、太陽から100AUほどの距離を通り過ぎたと仮定した時、現在の太陽系の姿を最もよく再現できる。100AUという距離は、現在の太陽と海王星の距離の4倍より少し小さい。今日、太陽を中心に大きく歪んだ細長い楕円軌道を描くTNOの軌道範囲内に収まる数値だ。約165億kmである。海王星軌道を超えて太陽系の外へ向かっていたボイジャー探査機が地球を撮影した「ペイル・ブルー・ドット（淡く青い点）」の写真は、地球から約60億km離れた場所で撮影された。165億kmであれば、ペイル・ブルー・ドットを撮影した当時のボイジャーの位置から見て2～3倍の距離に相当する。これほどの距離であれば、星が太陽系のそばを通り過ぎたというより、事実上、太陽系の内側に一度深く入り込んでから出ていったと見なせるレベルだ。私たちの太陽系が形成されてからわずか1000万年しか経っていない極めて初期に、2つの星の遭遇が起きたと推定される。
過去に太陽系の深くまでやってきた星との重力的相互作用は、太陽のそばを巡っていた惑星や小惑星、小天体の軌道に大きな変化をもたらした。特に太陽系の縁を巡っていた小天体の軌道は大きく揺れ動き、長く歪んだ楕円へと変わり、軌道傾斜角も激しく傾いた。単に「第9惑星」のみを仮定した場合に比べて、現在の太陽系外縁部の小天体の分布をはるかにうまく説明できる。
こうした2つの星のフライバイは、太陽系の縁だけでなく、より内側でも様々な連鎖反応を引き起こしたはずだ。今でも木星や土星など巨大ガス惑星の周囲の衛星を見ると、他の衛星とは逆に逆行して公転するケースがある。こうした衛星は、中心の惑星が最初に誕生した時から一緒に作られたものとは考えにくい。代わりに、後から外部から捕獲された衛星と見なすことができる。シミュレーションによると、全TNOのうち約7%が太陽系の内側に引き込まれる。太陽系の近くを他の星が通過する過程で、太陽系の縁にいた多くの小天体が太陽系の内側へより深く引き込まれ、その後木星や土星の重力に捕らえられ、逆行したり大きく傾いた軌道を描く衛星になったことをよく示している。
一部の天文学者はさらに踏み込み、2つの星の偶然の接近遭遇が、私たちの地球にとって特別な幸運として働いたかもしれないと考えている。例えば、現在私たちのそばに巨大な月が存在することになった巨大衝突の理由になり得る。また、太陽系最外縁の冷たい縁を漂っていた氷の天体が大挙して地球を含む太陽系の内側に降り注ぎ、凍っていた水と有機物質を供給する重要なイベントのきっかけになった可能性もある。実際、多くの天文学者は今や地球生命体の起源を地球内だけで探すのではなく、小惑星や彗星などの氷の天体に凍りついていた地球外物質が地球に飛来して供給された可能性まで含めて検討している。
現在、私たちの太陽系から最も近い星は、光の速さで約4.2年かかるプロキシマ・ケンタウリである。太陽を含め、周囲の星々も宇宙の中で静止しているわけではない。互いに少しずつ異なる方向と速度で、銀河系空間を移動している。そのため時期によって各星の距離も少しずつ変わり、太陽系から最も近い星も変化する。今後約4万年が経てば、私たちに最も近かったプロキシマ・ケンタウリは少し遠ざかり、その間に「Ross 248」という星が最も近づいてくる。この時、この星は太陽系からほぼ3光年以内の距離まで接近する。その間、すでに遠い昔に太陽系の外へ向かったボイジャーも宇宙空間を移動し、他の星のそばを通り過ぎることになる。今後4万～5万年ほどが過ぎれば、ボイジャー1号は「グリーゼ445（Gliese 445）」という星のそばをほぼ1光年の距離で通過する。その時が来れば、人類が作ったボイジャー1号にとって、最も近い星は初めて太陽ではなく別の星になるだろう。
現在、私たちの太陽は特定の星団に属さない孤独な星だ。宇宙の半分近くが連星（伴星を連れている星）であるにもかかわらず、哀れな私たちの太陽のそばには誰もいない。しかし、これまで他のどんな星とも相互作用をしてこなかったわけではない。袖をすれ違う程度の比較的軽い相互作用であっても、私たちの太陽も遠い昔から絶えずやり取りをしてきたはずだ。今日、太陽系の縁で発見される大きく歪んだTNOや小天体の分布は、私たちの太陽もまた宇宙の数多くの存在と影響を及ぼし合う、孤独ではない存在であることを示している。
「宇宙論的認識」という言葉がある。宇宙に見えるすべてのものが、見えないものの影響を受けており、知られているすべてのものが、まだ知られていないすべてのものとつながっているという事実を認識することである。今日、私たちは太陽系外縁の天体を見て、その彼方の星間空間で何が起きているのかを想像する。太陽系という巨大な垣根の向こう側の世界と、私たちが確実につながっていることを確認しているのだ。
参考
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02349-x
筆者チ・ウンベは？ 猫と宇宙を愛する。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えたいという夢を持つようになった。現在、延世大学銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室で、銀河の相互作用を通じた進化を研究しており、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『サムに乗る天文学者』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。