惑星の地球物理学的定義

国際地質科学連合(IUGS) は、地球科学分野における命名法と分類に関する合意を促進する役割を担う国際的に認められた団体です。しかし、同連合は「惑星」という用語の正式な定義をまだ作成していません。^[1]その結果、専門の地球物理学者、惑星科学者、および地球科学の他の専門家の間では、さまざまな地球物理学的定義が使用されています。多くの専門家は、惑星の命名法を定める主要な組織である国際天文学連合によって投票された定義ではなく、これらのいくつかの地球物理学的定義の 1 つを使用することを選択しています。^[2]

地球科学者の中には、国際天文学連合（IAU）が2006年8月に提案した惑星の正式な定義に固執する者もいる。 ^[3] IAUの惑星の定義によると、惑星とは、太陽の周りを公転し、自身の重力で回転できるほど質量が大きく、公転軌道の周囲を掃き清めた天体である 。^[4]

地球物理学的に広く受け入れられている惑星の定義としては、 2002年に惑星科学者の アラン・スターンとハロルド・レヴィソンが提唱したものが挙げられる。この2人は宇宙空間の物体が惑星の定義を満たしているかどうかを判断するための以下のルールを提唱した。^[5]

惑星とは、その質量に関して次の検証可能な上限と下限の基準を満たす宇宙の物体として定義されます。外部からの摂動（例えば、力学的および熱的摂動）から隔離されている場合、その物体は次の条件を満たす必要があります。

1. 質量が十分に小さいため、いかなる時点（過去または現在）でも、自己持続的な核融合連鎖反応によって内部でエネルギーを生成することはできません（そうでなければ、褐色矮星または恒星になります）。また、
2. ハッブル時間（現在の宇宙の年齢とほぼ同じ）未満で、その形状が機械的強度やその他の要因（表面張力、自転速度など）ではなく、主に重力によって決定されるほど十分に大きく、この時間スケールまたはそれよりも短い時間で天体の内部が静水力平衡状態に達する。

彼らは、この定義は惑星の進化段階と主な特徴をより明確に描写していると述べて、その推論を説明しています。具体的には、惑星であることの特徴は「物体の質量が機械的強度を圧倒し、その形状が自身の重力によって支配される平衡楕円体に流れ込むという集合的な行動」であり、この定義は「重力が支配的な力としてまだ完全には現れていない可能性のある初期の期間」を許容していると主張しています。

彼らは惑星を以下のように分類した。

• 惑星：恒星の周りを直接回る
• 惑星規模の衛星：最大のものはルナ、ガリレオ衛星、タイタン、トリトンで、最後のものは「かつてはそれ自体が惑星だった」ようです。
• 束縛されていない惑星:星々の間にある放浪惑星
• 二重惑星: 惑星と巨大な衛星が 2 つの天体の間の点を周回する惑星 (太陽系で知られている唯一の例は冥王星とカロン)

さらに、重要な動的カテゴリがあります。

• 超惑星：恒星の周りを公転し、ハッブル宇宙望遠鏡の時間内に隣接する微惑星を排除するほどの力学的優位性を持つ。
• 太陽系外惑星: 近傍を一掃できない惑星。たとえば、軌道が不安定であったり、より質量の大きい天体と共鳴したり、その周りを回ったりする惑星。境界はΛ = 1です。

2018年に上記の定義を要約したものでは、すべての惑星を惑星と定義しました。これはより一般的な読者向けに書かれており、IAUの惑星の定義に代わるものとして意図されていました。惑星科学者は、分野によって「金属」の定義が異なるのと同じように、「惑星」の異なる定義が自分の分野にとってより有用であると考えていると指摘しています。彼らにとって、惑星とは次のようなものです。^[6]

一度も核融合を経験したことがなく、軌道パラメータに関係なく静水力平衡により球形になるのに十分な重力を持つ恒星質量未満の天体。

惑星科学者が境界天体を分類する方法には、いくつかのバリエーションが見られる。例えば、小惑星パラスやベスタなどである。これら2つはおそらく生き残った原始惑星であり、明らかに楕円形の天体よりも大きいが、現在はそれほど丸くはない（ベスタは過去には丸かった可能性が高い）。これらを含める定義もあれば、^[7]含めない定義もある。^[8]

2009 年、ジャン＝リュック・マルゴ(近傍をクリアするための数学的基準を提案) とレヴ​​ィソンは、「丸さ」は重力が物質の強度を超える天体を指すべきであり、丸い天体は「世界」と呼ぶことができると示唆しました。彼らは、そのような地球物理学的分類は妥当であり、必ずしも惑星の動的概念と矛盾するものではないと指摘しました。彼らにとって、「惑星」は動的に定義され、「世界」のサブセットです (これには準惑星、丸い衛星、自由浮遊体も含まれます)。しかし、彼らは、丸さは直接観察されることがほとんどなく連続体であり、サイズや質量に基づいて丸さを代理すると、惑星の物質の強度が温度、構成、混合比に依存するため、矛盾が生じるため、丸さに基づく分類法は非常に問題があると指摘しました。例えば、氷で覆われたミマスは直径396キロメートル（246マイル）で丸いが、岩石でできたベスタは直径525キロメートル（326マイル）で丸くない。^[9]そのため、彼らは、物体を世界として分類する際にはある程度の不確実性が許容されるが、その力学的分類は質量と軌道周期から簡単に決定できると述べた。^[9]

太陽系の地球物理学的惑星の数は、正確な定義と、十分に観測されていない多くの天体に関する詳細な知識に依存し、境界線上のケースもいくつかあるため、客観的に列挙することはできない。2006年のIAUの定義の時点では、氷天体が静水圧平衡状態にある可能性が高い限界は直径約400キロメートル（250マイル）であると考えられており、カイパーベルトと散乱円盤に多数の準惑星があることを示唆していた。^{[10]しかし、2010年までに、直径1,500キロメートル（930マイル）までの氷衛星（}イアペトゥスなど）は平衡状態にないことがわかった。イアペトゥスは丸いが、現在の自転に対して扁平すぎる。つまり、実際の自転周期79日ではなく、16時間の自転周期に対して平衡形状を保っている。^{[11]これは、イアペトゥスの形成直後に厚い}地殻の形成によって形状が固定され、その後も潮汐力による消散により自転が遅くなり、潮汐固定されたためである可能性があります。^[12]ほとんどの地球物理学的定義では、とにかくそのような天体がリストされています。^{[5] [6] [7]}（実際、これはすでにIAUの定義に当てはまります。水星は現在、静水圧平衡にないことが知られていますが、それでも普遍的に惑星であると考えられています。）^[13]

2019年にグランディらは、直径900～1,000キロメートル（560～620マイル）までの太陽系外縁天体（例えば（55637）2002 UX 25やグクノンホムディマ）は内部の多孔性が圧縮されたことがなく、^{[14] [15]}したがって惑星ではないと主張した。2023年にエメリーらは、太陽系外縁領域での化学進化についても同様の閾値があると主張した。^[16]このような高い閾値は、最大で9つの既知の太陽系外天体のうち地球物理学的惑星である可能性があると示唆している。すなわち、冥王星、エリス、ハウメア、マケマケ、ゴンゴン、カロン、クワオアー、オルクス、セドナが900キロメートル（560マイル）の閾値を超えている。^{[16] [17]}

地球物理学的に惑星であると一般的に認められている天体には、次の 8 つの主要な惑星が含まれます。

1. ☿ 水星
2. ♀ ビーナス
3. 🜨 地球
4. ♂ 火星
5. ♃ 木星
6. ♄ 土星
7. ⛢ 天王星
8. ♆ 海王星

地球物理学者が一般的に惑星であると認めている9つの準惑星：^{[17] [18]}

1. セレス
2. オルクス
3. 冥王星
4. ハウメア
5. クワオア
6. マケマケ
7. ゴンゴン
8. エリス
9. セドナ

そして19個の惑星質量の衛星:

• 地球の衛星の一つ – 月​
• 木星の4つの衛星 –イオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト
• 土星の7つの衛星 –ミマス、エンケラドゥス、テティス、ディオネ、レア、タイタン、イアペトゥス
• 天王星の5つの衛星 –ミランダ、アリエル、ウンブリエル、ティタニア、オベロン
• 海王星の衛星の一つ、トリトン
• 冥王星の衛星の一つ、カロン

境界線には、小惑星パラス、ベスタ、ヒギエア（ミマスより大きいが、パラスとベスタは明らかに丸くない）、海王星の2番目に大きい衛星プロテウス（ミマスより大きいが、それでも丸くない）、または準惑星であるかもしれない海王星外縁天体などの他の天体も含まれることがある。^[7]

宇宙船の画像を調べると、物体が自らの重力（冥王星やタイタンのように純粋に重力によるものでも、イオやエウロパのように潮汐加熱によるものでも）によって丸くなるほどの大きさになる閾値が、地質活動の閾値とほぼ等しいことが示唆されている。^{[19]しかし、}カリストやミマスなどの例外もあり、これらは平衡形状（ミマスの場合は歴史的）を呈しているが、過去または現在における内因性地質活動の兆候は見られない。^{[20] [21]}また、エンケラドゥスは潮汐加熱により地質学的に活発であるが、現在は平衡状態ではないようだ。^[11]

いくつかの地球物理学的定義は IAU の定義と同じですが、他の地球物理学的定義は IAU の惑星の定義の 2 番目の条項とほぼ同等になる傾向があります。

スターンの2018年の定義は、2002年の定義とは異なり、IAUの定義の第一項（惑星が恒星の周りを公転していること）と第三項（惑星がその公転軌道の周囲の領域を一掃していること）を除外している。したがって、準惑星と惑星質量の衛星を惑星としてカウントしている。

現在、IAUによって準惑星として認識されている、または準惑星と命名されている天体は5つあります。ケレス、冥王星（知られている中で最も半径が大きい準惑星）^{[22] 、} エリス（知られている中で最も質量が大きい準惑星）^{[23] 、} ハウメア、マケマケですが、最後の3つは実際には準惑星であることが証明されていません。^[24]天文学者は通常、これら5つに加えて、クワオアー、セドナ、オルクス、ゴングゴンの4つを準惑星に含めます。

IAUの決定に対する批判の多​​くは、冥王星を惑星として保持することに焦点を当てており、「惑星」という用語が地球科学でどのように定義されるべきかについて議論したり議論したりすることに興味がなかった。^{[25] [26]} IAUの定義を拒否する初期の請願には300人以上の署名が集まったが、これらの批判者全員が別の定義を支持したわけではない。^{[27] [28] [29]}

他の批評家は定義そのものに問題があり、異なる分野で使用できる代替の定義を作成したいと考えていました。

スターンとレビンソンが提唱した地球物理学的惑星の定義は、IAUの惑星の定義に代わるものであり、地球物理学的定義として位置づけられることを意図している。一方、IAUの定義は天文学者向けであると彼らは主張している。とはいえ、一部の地質学者はIAUの定義を支持している。^{[3] [30] [31] [6]}スターンとレビンソンの地球物理学的定義の支持者は、惑星とは何かというそのような概念は惑星科学者によって何十年も使用されており、IAUの定義が確立された後も継続されており、小惑星は日常的に「小」惑星と見なされているが、その使用法はかなり異なることを示している。^{[32] [33]}

地球物理学的定義は太陽系外惑星の定義に使用されてきた。2006年のIAUの定義は意図的に太陽系外惑星の複雑さには触れていないが、2003年にIAUは「太陽系外の天体が惑星と見なされるために必要な最小質量は、太陽系で使用されるものと同じでなければならない」と宣言した。^[34] IAUの定義とは異なる地球物理学的定義の中には、理論的には太陽系外惑星や放浪惑星に当てはまるものがあるが、^[31]ほとんどの太陽系外惑星の地球物理学的特性が不明であるため、実際には使用されていない。地球物理学的定義では通常、核融合を経験した天体は除外されるため、太陽系外惑星カタログに含まれる高質量天体だけでなく低質量天体も除外される可能性がある。太陽系外惑星百科事典、太陽系外惑星データエクスプローラー、NASA太陽系外惑星アーカイブには、いずれも重水素融合が支持されると考えられる理論上の木星質量閾値¹³よりもはるかに重い天体が含まれていますが、その理由としては、この限界が岩石核を持つ天体にどのように適用されるかという不確実性、太陽系外惑星の質量に関する不確実性、重水素融合と形成メカニズムのどちらが惑星と恒星を区別する最も適切な基準であるかという議論などがあります。これらの不確実性は、IAUの惑星の概念にも同様に当てはまります。^{[36] [37] [38]}

IAUの定義とそれとは異なる地球物理学的定義はどちらも、静水力平衡を考慮した物体の形状を考慮している。物体の丸みを決定するには複数の弦にわたる測定が必要であり（それでも、物体が実際に平衡状態にあるかどうかを判断するには不十分である）、太陽系外惑星検出技術では、惑星の質量、断面積と主星の断面積の比、または相対的な明るさしか得られない。小さな太陽系外惑星の1つであるケプラー1520bの質量は地球の0.02倍未満であり、太陽系内の物体との類推から、岩石物体が惑星となるにはこれだけでは不十分な可能性があることが示唆されている。もう 1 つのWD 1145+017 b は、質量が地球の 0.0007 倍しかありません。一方、SDSS J1228+1040 b は、大きさが地球の半径の 0.01 倍しかない可能性があり、太陽系の氷天体の平衡上限をはるかに下回っています。(最小の太陽系外惑星のリストを参照してください。)

• 太陽系の重力的に丸い天体のリスト- 地球物理学的な惑星の定義を満たすと天文学者が一般的に認めている天体のリストで、多くの特性が示されています。

• 月は惑星である：惑星科学の分類における科学的有用性と文化的目的論、フィリップ・T・メッツガー、ウィリアム・M・グランディ、マーク・サイクス、S・アラン・スターン、ジェームズ・F・ベル3世、シャーリーン・E・デテリッチ、カービー・D・ラニヨン、マイケル・サマーズ、2021年10月22日