近所の清掃

天体力学では、天体の軌道の周りの「近傍の除去」（または力学的優位性）とは、天体が重力的に優位になり、その天体の自然衛星または重力の影響下にある天体以外に同等の大きさの天体が存在しないことを意味します。

「近隣の掃討」は、国際天文学連合（IAU）が2006年に採択した定義によれば、天体が太陽系の惑星とみなされるために必要な3つの基準のうちの1つである。 ^{[1] 2015年には、この定義を}太陽系外惑星にまで拡張する提案がなされた。^[2]

惑星形成の最終段階では、このように定義された惑星は、自身の軌道域の「近傍を一掃」する、つまり同等の大きさの他の天体を排除する。惑星の他の基準を満たすが近傍を一掃していない大きな天体は、準惑星に分類される。これには、軌道の一部が海王星の内側にあり、多くのカイパーベルト天体と軌道近傍を共有している冥王星が含まれる。IAUの定義では、この用語に特定の数値や方程式は付けられていないが、IAUが認定したすべての惑星は、準惑星や準惑星候補よりもはるかに大きな程度（桁違い）で近傍を一掃している。^[2]

このフレーズは、惑星科学者の アラン・スターンとハロルド・F・レヴィソンが2000年のIAU総会で発表した論文に由来する。著者らは、恒星を周回する物体が、その質量と公転周期に基づいて、その物体が「その周辺領域から微惑星を一掃する」可能性があるかどうかを判断する理論的根拠を開発した際に、いくつかの類似したフレーズを使用した。^[3]スティーブン・ソーターは、動的優位性という用語を好んで使用しており、^[4]ジャン＝リュック・マルゴは、そのような用語は「誤解されにくいようだ」と述べている。^[2]

2006年以前は、数十年にわたって新しい惑星が発見されていなかったため、IAUには惑星の命名に関する具体的な規則がなかったが、小惑星や彗星など、新たに発見された多数の小天体の命名については確立された規則があった。エリスの命名プロセスは、その大きさが冥王星に匹敵したため、2005年の発見発表後停滞した。IAUは、惑星を小惑星と区別するための分類学上の定義を求めることで、エリスの命名問題を解決しようとした。

このフレーズは、軌道を回る天体（惑星または原始惑星）が、近くにあるより小さな天体と重力的に相互作用することによって、時間の経過とともにその軌道領域を「掃き出していく」ことを指す。多くの軌道周期にわたって、大きな天体は、小さな天体をそれに集積させるか、別の軌道に乱されるか、衛星としてまたは共鳴軌道に捕獲される傾向がある。その結果、その天体は、自身の衛星または自身の重力の影響によって支配されている他の天体を除いて、かなりの大きさの天体と軌道領域を共有することはない。この後者の制限には、軌道が交差することはあっても、軌道共鳴により互いに衝突することのない天体、たとえば木星とそのトロヤ群、地球とクルイトネ、海王星と冥王星は含まれない。^[3]必要とされる軌道クリアの範囲に関して、ジャン＝リュック・マルゴは「重力と放射力が小惑星や彗星の軌道を惑星横断軌道に絶えず乱すため、惑星が軌道ゾーンを完全にクリアすることは決してできない」と強調し、IAUは完璧な軌道クリアという不可能な基準を意図していなかったと述べています。^[2]

スターンとレヴィソンは論文の中で、どの「惑星が周囲の領域を支配しているか」を判断するアルゴリズムを模索した。^[3]彼らはΛ（ラムダ）を定義した。これは、宇宙の年齢（ハッブル時間）に等しい期間にわたって、その軌道領域からより小さな質量を拡散させる天体の能力の尺度である。Λは次のように定義される無次元数である 。

$${\displaystyle \Lambda ={\frac {m^{2}}{a^{3/2}}}\,k}$$

ここで、mは天体の質量、aは天体の長半径、kは散乱される小天体の軌道要素と散乱の程度を表す関数である。太陽系惑星円盤の領域では、太陽から特定の距離にある小天体のkの平均値にほとんど変化はない。^[4]

Λ > 1の場合、その天体はその軌道領域にある小天体を排除する可能性が高い。スターンとレヴィソンはこの判別式を使用して、太陽の周りを回る重力的に丸い天体を、「周囲の微惑星を排除するほど動的に重要な」超惑星と、それ以下の惑星に分けた。超惑星は太陽を周回する最も質量の大きい 8 つの天体 (つまり、IAU 惑星) であり、それ以下の惑星は残りの天体 (つまり、IAU 準惑星) である。

スティーブン・ソーターは、恒星を周回する天体を惑星と非惑星に分けるための観測に基づく尺度μ (ミュー) を提案し、これを「惑星判別式」と呼んだ。 ^[4]彼は、 μ を次の ように 定義した。μは無次元パラメータ、Mは候補惑星の質量、m は軌道領域を共有する他のすべての天体の質量である。軌道領域とは、主天体から共通の半径距離を横切る軌道を持ち、非共鳴周期の差が 1 桁未満のすべての天体のことである。^[4]$${\displaystyle \mu ={\frac {M}{m}}}$$

周期の要件が桁違いに似ているため、彗星は計算から除外されるが、彗星の合計質量は太陽系の他の小天体と比較して無視できるほど小さいため、計算に含めても結果にはほとんど影響がない。次に、候補天体の質量を、その軌道を共有する他の天体の合計質量で割ってμを計算する。これは、軌道領域の実際の清浄度の尺度である。ソターは、μ > 100 の場合、候補天体を惑星と見なすことを提案した。^[4]

天文学者のジャン＝リュック・マルゴは、天体自身の質量、軌道長半径、および恒星の質量のみに基づいて天体を分類できる判別式Π ( π ) を提案した。 ^{[2]シュテルン・レヴィソンの}Λと同様に、Π は天体が軌道を回る能力の尺度であるが、Λとは異なり、理論のみに基づいており、太陽系の経験的データは使用していない。Πは、軌道領域の正確な調査を必要とするソーターのμとは異なり、太陽系外天体に対しても実行可能に決定できる特性に基づいている。

$${\displaystyle \Pi ={\frac {m}{M^{5/2}a^{9/8}}}\,k}$$

ここで、mは候補天体の質量（地球質量）、aはAUでのその長半径、Mは親星の質量（太陽質量）、k は、その軌道領域をクリアできる天体に対してΠ > 1となるように選ばれた定数です。kは、望ましいクリアの範囲と、それに必要な時間によって異なります。Margot は、ヒル半径の倍の範囲と、主系列における親星の寿命（星の質量の関数）の時間制限を選択しました。すると、前述の単位と主系列の寿命 100 億年で、k = 807 となります。^[a] Π > 1の場合、その天体は惑星です。Π = 1の場合、特定の軌道をクリアするために必要な最小質量が与えられます。 ${\displaystyle 2{\sqrt {3}}}$

Πは、候補天体が近くの軌道にある小天体に十分なエネルギーを与え、小天体が目的の軌道範囲から排除されるために必要な軌道数の計算に基づいています。これは、小惑星帯の小惑星のサンプルに必要な排除時間の平均を使用するΛとは異なり、そのため太陽系のその領域に偏っています。Πが主系列の寿命を使用するということは、天体が最終的に恒星の周りの軌道を排除することを意味します。一方、 Λがハッブル時間を使用するということは、天体が実際に軌道を排除できるようになる前に、恒星が惑星系を混乱させる可能性があることを意味します (たとえば、新星になるなど)。

Πの式は円軌道を前提としています。楕円軌道への適応は今後の研究に残されていますが、Margot は円軌道の場合と 1 桁以内で同じになると予想しています。

褐色矮星の周りを公転する惑星に対応するために、均一なクリアリングタイムスケールを100億年とする基準の更新版が2024年に発表されました。 ^{[5]太陽系天体の}Πの値は変更されていません。

以下は、マーゴットの惑星判別式Πによって降順でランク付けされた惑星と準惑星のリストです。 ^[2] IAU によって定義された 8 つの惑星すべてにおいて、Πは 1 より大きい桁数ですが、すべての準惑星ではΠは 1 より小さい桁数です。また、シュテルン・レヴィソンのΛとゾーターのμもリストされています。この場合も、惑星はΛに対して 1 より大きく、 μに対して 100 より大きい桁数であり、準惑星は Λ に対して 1 より小さく、 μ に対して 100 より小さい桁数です。また、 Π = 1 およびΛ = 1の距離も示されています(この場合、天体は惑星から準惑星に変わります)。

セドナの質量は不明であるが、ここでは大まかに次のように推定される。10 ²¹  kg、密度を約10 21 kgと仮定すると、2g/cm3^です。

冥王星探査機ニューホライズンズの主任研究者であるスターンは、冥王星が近隣の惑星を一掃できないという理由で再分類されたことに反対した。彼は、IAU の文言は曖昧であり、冥王星と同様に、地球、火星、木星、海王星も軌道上の近隣の惑星を一掃していないと主張した。地球は 10,000 個の地球近傍小惑星(NEA)と共軌道を回っており、木星の軌道上には 100,000 個のトロヤ群小惑星がある。「海王星が近隣の惑星を一掃していれば、冥王星はそこにいなかっただろう」と彼は言った。^[8]

IAU の「惑星」というカテゴリーは、スターンが提案した「超惑星」というカテゴリーとほぼ同じです。スターンとレヴィソンの Λ 判別式を提案した論文では、「超惑星とは、恒星の周りを周回する惑星体で、その周囲の微惑星を一掃するほどの力学的重要性を持つ天体と定義します...」と述べ、数段落後には「力学的観点から、太陽系には明らかに 8 つの超惑星が含まれています」と述べており、これには地球、火星、木星、海王星が含まれます。^[3]スターンはこれを惑星の力学的サブカテゴリーを定義するために提案しましたが、惑星とは何かを定義するものとして却下し、力学的関係よりも固有の属性の使用を主張しました。^[9]

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