惑星の質量

天文学において、惑星質量は、惑星のような天体の質量の尺度である。太陽系内では、惑星は通常、天文単位系で測定され、質量の単位は太陽質量（M _☉）、つまり太陽の質量である。太陽系外惑星の研究では、測定単位は通常、大きなガス惑星の場合は木星の質量（M _J） 、より小さな岩石の地球型惑星の場合は地球の質量（M _E）である。

太陽系内の惑星の質量は、天体暦を作成する際に調整されるパラメータです。惑星の質量を計算する方法には 3 つのバリエーションがあります。

• 惑星に天然の衛星がある場合、ニュートンの万有引力の法則を使ってその質量を計算し、惑星とその衛星の質量を含むケプラーの第3法則の一般化を導くことができる。これにより、太陽の質量の単位で測定された木星の質量を早期に測定することが可能になった。
• 惑星の質量は、他の惑星の軌道への影響から推測できます。1931年から1948年にかけて、この方法の誤った適用により、冥王星の質量の計算が不正確になりました。
• 宇宙探査機の軌道から収集された影響データを使用できます。例としては、外惑星へのボイジャー探査機や水星へのメッセンジャー宇宙船などがあります。
• また、他の多くの方法によっても妥当な近似値を得ることができます。たとえば、準惑星の可能性があるヴァルナは、準惑星ハウメアと同様に、その軸を中心に非常に速く回転します。ハウメアは、遠心力によって引き裂かれないように、非常に高い密度を持つ必要があります。いくつかの計算により、物体の密度に制限を設けることができます。したがって、物体のサイズがわかれば、質量の制限を決定できます。詳細については、前述の記事のリンクを参照してください。

惑星質量の基本単位として太陽質量M ☉_を選んだのは、惑星質量を決定するために使用された計算から直接導かれたものである。最も正確なケースである地球自体の質量は、太陽質量で12桁の有効数字で知られている。一方、同じ質量をキログラムやその他の地球ベースの単位で表すと、有効数字は5桁しか知られておらず、その精度は100万分の1以下である。^[1]

違いは、惑星の質量の計算方法にあります。実験室で使用されている質量標準を使って、惑星、ましてや太陽を「計量」することは不可能です。一方、惑星の軌道は、各天体の相対的な位置に関する幅広い観測データを提供し、これらの位置は、ニュートンの万有引力の法則を使用して相対的な質量と比較することができます(必要に応じて一般相対性理論の小さな補正を行います)。これらの相対的な質量をキログラムなどの地球ベースの単位に変換するには、ニュートンの万有引力定数Gの値を知る必要があります。この定数は、実際には測定するのが非常に難しく、その値はわずか 1/100 の相対的な精度でしかわかっていません。2.2 × 10 ⁻⁵ . ^[2]

太陽の質量は、太陽系の規模では非常に大きな単位です。1.9884(2) × 10 ³⁰  kg。^[1]最大の惑星である木星の質量は太陽の0.09%であり、地球の質量は太陽の約300万分の1(0.0003%)である。

惑星同士を比較する場合、特に地球型惑星の場合は、地球の質量( M _EまたはM _E ) を基準として使用すると便利なことがよくあります。ガス惑星、およびほとんどの太陽系外惑星と褐色矮星の質量については、木星の質量 ( M _J ) が便利な比較です。

惑星の質量は、特に形成過程にある間は、大きな質量を持つことでその構造に影響を与えます。十分な質量を持つ天体は、その圧縮強度を克服して丸い形状（ほぼ静水力平衡）を実現できます。2006年以降、これらの天体は太陽の周りを公転する場合（つまり、他の惑星の衛星でない場合）、準惑星に分類されています。しきい値は、組成、温度、潮汐加熱の存在など、いくつかの要因によって異なります。丸いことがわかっている最小の天体は、土星の衛星ミマスで、質量は地球の約1/160000です。一方、カイパーベルト天体サラシアのような大きな天体は、質量が地球の約1/13000で、圧縮強度を克服していない可能性があります。小惑星などのより小さな天体は、 「太陽系の小天体」 に分類されます。

準惑星は、定義上、重力によって近隣の微惑星を一掃できるほど質量が小さい。そうするために必要な質量は位置によって異なる。火星は現在の位置では軌道を一掃できるが、オールトの雲内を周回していたらそうはならないだろう。

より小さな惑星はケイ酸塩と金属のみを保持しており、地球や火星のような地球型惑星である。岩石惑星の内部構造は質量に依存している。例えば、プレートテクトニクスでは、それが発生するのに十分な温度と圧力を生成するために最小限の質量が必要になる場合がある。^[3]地球物理学的な定義には、岩石と金属ではなく氷と岩石で構成されていることを除けば地球型惑星に似ている太陽系の外縁部の準惑星と衛星も含まれる。そのような最大の天体には、ガニメデ、タイタン、カリスト、トリトン、冥王星がある。

原始惑星が集積によって地球の約2倍以上の質量に成長すると、その重力は大気中に水素を保持できるほど大きくなります。この場合、原始惑星は氷巨星またはガス巨星に成長します。そのため、地球と金星は、岩石のままで惑星が通常成長できる最大サイズに近いです。^[4]その後、惑星が移動を開始すると、そのシステムの霜線内をうまく移動し、恒星に非常に近い軌道を回るホットジュピターになり、恒星の放射線によって大気が剥ぎ取られるにつれて徐々に少しずつ質量を失っていきます。

恒星が中心核で水素の核融合を起こす理論上の最小質量は約75  M _{Jと推定されているが、}重水素の核融合は木星質量の13倍ほどの質量でも起こり得る。^{[5] [6] [7]}

ジェット推進研究所^{[1] [8]}のDE405/LE405エフェメリスは、1998年から広く使用されており、太陽系全体をカバーしています。そのため、惑星の質量は自己矛盾のないセットを形成しますが、より最近のデータでは必ずしもそうではありません（以下を参照）。

惑星に天然衛星がある場合、その質量は通常、システム全体 (惑星 + 衛星) に対して引用されます。これは、システム全体の質量が他の惑星の軌道に摂動として作用するためです。天然衛星は親惑星よりもはるかに小さいため、違いは非常にわずかです (上の表を見るとわかるように、最大​​の衛星のみがリストされています)。

地球と月は、他の自然衛星と比較して、月が母惑星に対して異常に大きい（地球の質量のわずか 1% 強）という理由もあって、その好例です。また、地球と月のシステムについては、特に月レーザー測距実験(LLR) から非常に正確なデータが入手できます。

地球の質量とニュートンの万有引力定数の積である地心万有引力定数は、月と人工衛星の軌道から高精度に測定できます。2 つの質量の比率は、月の引力によって生じる地球の軌道のわずかな揺れから判定できます。

太陽系の完全で高精度なエフェメリスを構築するのは、大変な作業です。^[9]モデル内の他の惑星の動きを「固定」することで、関心のある惑星（または準惑星、衛星、小惑星）のみに関係する部分的なエフェメリスを構築することは可能です（そして、いくらか簡単です）。2 つの方法は、特に結果に不確実性を割り当てる場合、厳密には同等ではありません。ただし、小惑星と小惑星の質量に関する「最良の」推定値（少なくとも結果に引用された不確実性に関して）は、通常、部分的なエフェメリスから得られます。

それにもかかわらず、新しい完全な暦の作成が続けられており、最も有名なのはロシア科学アカデミー応用天文学研究所のEPM2004暦である。EPM2004は1913年から2003年までの317,014回の個別の観測に基づいており、これはDE405の7倍以上であり、ケレスと5つの小惑星のより正確な質量を与えている。^[9]

様々な天文定数の「現在の最良の推定値」の新しいセット^{[15]は、2009年8月に開催された}国際天文学連合（IAU）の第27回総会で承認されました。^[16]

2009年の「現在の最良の推定値」は、2012年にIAU第28回総会の決議B2によって更新されました。 ^[24] 水星と天王星（および冥王星系とベスタ）については改善された値が示されました。

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