地球型惑星

地球型惑星、地殻惑星、岩石惑星は、主にケイ酸塩、岩石または金属で構成されている惑星である。太陽系内では、IAUが認める地球型惑星は、太陽に最も近い内惑星である水星、金星、地球、火星である。地球物理学的定義に基づく惑星の定義を用いる天文学者の間では、2つまたは3つの惑星質量の衛星（地球の月、イオ、場合によってはエウロパ）も地球型惑星とみなされることがある。大きな岩石小惑星パラスとベスタも、まれではあるが、含まれることがある。^{[1] [2] [3]}「地球型惑星」および「地殻惑星」という用語は、ラテン語の地球（TerraおよびTellus）に由来しており、これらの惑星は構造的に地球に似ている。地球型惑星は一般に地質学者、天文学者、地球物理学者によって研究されています。

地球型惑星は固体の惑星表面を持ち、さまざまな物理的状態で存在する水素、ヘリウム、水の組み合わせで大部分が構成されているより大きなガス惑星とは大きく異なります。

太陽系のすべての地球型惑星は、中心の金属核（主に鉄）とその周囲のケイ酸塩マントルなど、同じ基本構造を持っています。

大きな岩石小惑星ベスタは同様の構造をしており、おそらくより小さな21ルテティアも同様である。^[4]もう一つの岩石小惑星パラスはベスタとほぼ同じ大きさだが、密度がかなり低く、核とマントルを区別したことがないと思われる。地球の月と木星の衛星イオは地球型惑星に似た構造をしているが、地球の月の鉄核ははるかに小さい。もう一つの木星の衛星エウロパは密度が似ているが、表面にかなりの氷の層があるため、代わりに氷の惑星と見なされることもある。

地球型惑星は、侵食性液体や地殻変動活動、あるいはその両方の存在に応じて、峡谷、クレーター、山、火山などの表面構造を持つことがあります。

地球型惑星は、火山のガス放出や彗星の衝突による残骸によって生成された二次大気を持っています。これは、大気が一次大気である外側の巨大惑星とは対照的です。一次大気は、元の太陽系星雲から直接取り込まれたものです。^[5]

力学的定義によれば、太陽系には水星、金星、地球、火星の4 つの地球型惑星がある。地球の月、木星の衛星イオとエウロパも地球物理学的には地球に数えられるだろう。また、おそらくは大型の原始惑星小惑星パラスとベスタも含まれるだろう(ただし、これらは境界例である)。これらの天体のうち、地球だけが活発な表面水圏を持つ。エウロパは氷層の下に活発な水圏を持つと考えられている。

太陽系の形成期には、多くの地球型微惑星や原始惑星が存在したが、そのほとんどは4つの地球型惑星と合体するか、4つの地球型惑星から放出され、パラスとベスタだけがほぼ無傷で生き残った。この2つは過去には準惑星だった可能性が高いが、衝突によって均衡形状を崩した。他の原始惑星の中には、集積と分化を始めたものの、16プシケ^[4]や8フローラ^[6]のように、壊滅的な衝突で金属または岩石の核だけが残ったものもある。S型^[6]やM型小惑星の多くは、そのような破片である可能性がある。^[7]

小惑星帯から外側にあるその他の球体は、地球物理学的には氷惑星である。これらは固体表面を持つという点で地球型惑星に似ているが、岩石と金属ではなく、氷と岩石でできている。これらには、ケレス、冥王星、エリスなどの準惑星が含まれ、これらは現在、初期の太陽系で直射日光の下で水の氷が安定していた形成雪線を超えた領域でのみ発見されている。また、その他の球状の衛星も含まれ、これらは氷岩（ガニメデ、カリスト、タイタン、トリトンなど）またはほぼ純粋な（少なくとも99%の）氷（テティス、イアペトゥス）である。これらの天体のいくつかは、エウロパのように地下水圏を持つことが知られており（ガニメデ、カリスト、エンケラドゥス、タイタン）、他のいくつかの天体でもその可能性がある（ケレス、ミマス、ディオネ、ミランダ、アリエル、トリトン、冥王星など）。^{[8] [9]}タイタンの表面には液体の天体もありますが、水ではなく液体メタンです。木星のガニメデは氷で覆われていますが、月、イオ、エウロパ、地球型惑星のように金属の核を持っています。

地球型惑星という名称は、その構成に関係なく、すべての固体惑星（丸い形をした天体）を定義するために提案された。したがって、地球型惑星と氷惑星の両方が含まれることになる。^[10]

地球型惑星の非圧縮密度は、その物質が圧力ゼロのときに持つ平均密度です。非圧縮密度が大きいほど、金属含有量が多いことを示します。非圧縮密度は、惑星の核内部の圧縮によって密度が増加するため、真の平均密度 (「バルク」密度とも呼ばれる) とは異なります。平均密度は、惑星のサイズ、温度分布、物質の硬さ、および組成によって異なります。

圧縮されていない密度を推定する計算には、本質的に惑星の構造モデルが必要です。着陸機や複数の軌道を周回する宇宙船がある場合、これらのモデルは地震データと宇宙船の軌道から得られる慣性モーメントデータによって制約されます。そのようなデータが利用できない場合、不確実性は必然的に高くなります。^[11]

太陽を直接周回する丸い地球型天体の非圧縮密度は、太陽からの距離が増すにつれて低い値に向かう傾向があり、これは原始太陽系星雲内に存在したであろう温度勾配と一致している。ガリレオ衛星は木星から外側に向かって同様の傾向を示しているが、土星や天王星の氷衛星ではそのような傾向は観察されていない。^{[12]氷の世界の密度は通常 2 g·cm −3}未満である。エリスはそれよりもかなり密度が高い（2.43 ± 0.05 g·cm ⁻³）、エウロパのように大部分が岩石で表面の一部に氷がある可能性があります。^[2]太陽系外の地球型惑星全体がこのような傾向に従うかどうかは不明です。

以下の表のデータは、主に太陽系の丸い重力を持つ天体と惑星質量の衛星のリストから取得されています。太陽からの距離はすべて平均です。

太陽系外で発見された惑星のほとんどは巨大惑星である。なぜなら、それらの方が検出が容易だからである。^{[14] [15] [16]}しかし、2005年以降、何百もの地球型惑星の可能性がある太陽系外惑星も発見されており、そのうちのいくつかは地球型であると確認されている。これらのほとんどはスーパーアース、つまり地球と海王星の中間の質量を持つ惑星である。スーパーアースは、質量やその他のパラメータに応じて、ガス惑星または地球型惑星の可能性がある。

1990年代初頭、パルサー PSR B1257+12の周りを公転する最初の太陽系外惑星が発見されました。パルサーの測定によると、それぞれの質量は地球の0.02倍、4.3倍、3.9倍でした。

核融合がまだ進行中の恒星の周りで発見された最初の惑星である51 Pegasi b が発見されたとき、多くの天文学者はそれを巨大な地球型惑星であると想定しました^[要出典]。これは、51 Pegasi b ほど恒星に近い (0.052 AU) ガス惑星は存在しないと想定されていたためです。後に、この惑星はガス惑星であることが判明しました。

2005年、主系列星を周回し、地球型惑星の兆候を示した最初の惑星が発見されました。グリーゼ876 dとOGLE-2005-BLG-390Lbです。グリーゼ876 dは、地球から15光年離れた赤色矮星グリーゼ876を周回し、質量は地球の7～9倍で、公転周期はわずか2地球日です。OGLE-2005-BLG-390Lbは、地球の約5.5倍の質量を持ち、さそり座にある約21,000光年離れた恒星を周回しています。2007年から2010年にかけて、グリーゼ581惑星系内で3つ（おそらく4つ）の地球型惑星の可能性がある軌道を周回する惑星が発見されました。最も小さいグリーゼ581eは、質量が地球の約1.9倍しかありませんが^[17]、恒星に非常に近い軌道を回っています。^[18]他の2つのグリーゼ581cと議論の余地のあるグリーゼ581dは、より質量が大きいスーパーアースで、恒星のハビタブルゾーン内またはその近くを周回しているため、地球のような温度で居住可能である可能性があります。

2011年には、地球の3.6倍以上の質量を持つ、地球型惑星の可能性があるHD 85512 bが発見されました。 ^[19] これらの惑星の半径と組成はすべて不明です。

最初に確認された地球型太陽系外惑星であるケプラー10bは、トランジット法を用いて他の恒星の周りを回る地球サイズの惑星を発見するために特別に設計されたケプラー宇宙望遠鏡によって2011年に発見されました。^[20]

同年、ケプラー宇宙望遠鏡ミッションチームは、 1235個の太陽系外惑星候補のリストを発表しました。その中には、 「地球サイズ」または「スーパーアースサイズ」（つまり、半径が地球の2倍未満）の6つが含まれており、 ^[21]恒星のハビタブルゾーン内にあります。 ^[22] それ以来、ケプラーは月サイズからスーパーアースサイズまで数百の惑星を発見しており、このサイズ範囲の候補はさらに多くのものがあります（画像を参照）。

2016年、破れたべき乗法則を用いた惑星の質量と半径の関係の統計モデル化により、岩石質の地球型惑星と明確な表面を持たないミニ海王星との間の遷移点が、実際には地球と金星のそれに非常に近いことが示唆され、私たちの惑星よりもはるかに大きい岩石質惑星は実際には非常にまれであることが示唆された。^[10]この結果、「スーパーアース」という用語は科学的に誤解を招くとして廃止を主張する人もいた。^[23] 2016年以降、既知の太陽系外惑星のカタログは大幅に増加し、質量半径モデルの改良版がいくつか発表されている。2024年現在、岩石質惑星と中質量惑星との間の遷移点は、およそ地球の質量の4.4倍、およそ地球の半径の1.6倍になると予想される。^[24]

2020年9月、天文学者たちはマイクロレンズ技術を用いて、恒星に束縛されず天の川銀河内で自由に浮遊している地球質量の放浪惑星（OGLE-2016-BLG-1928と命名）を初めて発見したと報告した。^{[25] [26] [27]}

以下の太陽系外惑星は、密度が少なくとも 5 g/cm ³で、質量が海王星より小さいため、地球型である可能性が非常に高いです。

ケプラー-10b、ケプラー-20b、ケプラー-36b、ケプラー-48d、ケプラー-68c、ケプラー-78b、ケプラー-89b 、ケプラー-93b、ケプラー-97b、ケプラー-99b、ケプラー-100b、ケプラー-101c、ケプラー-102b、ケプラー-102d、ケプラー-113b 、ケプラー-131b、ケプラー-131c、ケプラー-138c、ケプラー-406b、ケプラー-406c、ケプラー-409b。

2013年、天文学者はケプラー宇宙ミッションのデータに基づき、天の川銀河内の太陽のような恒星と赤色矮星のハビタブルゾーンを周回する地球サイズおよび超地球サイズの惑星が400億個存在する可能性があると報告した。^{[28] [29] [30]}これらの推定惑星のうち110億個は太陽のような恒星を周回している可能性がある。^[31]科学者によると、最も近いそのような惑星は12光年離れている可能性がある。^{[28] [29]}しかし、これは太陽系外地球型惑星の数の推定値を与えるものではない。なぜなら、地球と同じくらい小さい惑星がガス惑星であることが示されているためである（ケプラー138dを参照）。^[32]

推定によると、居住可能な惑星の約80％は陸地で覆われており、約20％は海洋惑星です。地球のような陸地30％、海洋70％の比率の惑星は、これらの世界のわずか1％を占めるだけです。^[33]

固体惑星にはいくつかの分類法が提案されている。^[34]

ケイ酸塩惑星

金星、地球、火星のような固体惑星で、主に金属（鉄）の核を持つシリコンベースの岩石マントルで構成されています。

炭素惑星（「ダイヤモンド惑星」とも呼ばれる）

理論上の惑星のクラス。金属核とそれを取り囲む主に炭素ベースの鉱物で構成される。金属含有量が大部分を占める場合は、地球型惑星の一種と見なされる可能性がある。太陽系には炭素惑星は存在しないが、ケレスやヒュギエアなどの炭素質小惑星は存在する。ケレスの核が岩石質か金属質かは不明である。^[35]

鉄の惑星

ほぼ完全に鉄でできているため、同等の質量の他の固体惑星よりも密度が高く、半径が小さい理論上の固体惑星のタイプ。太陽系の水星は、惑星質量の60〜70％に等しい金属核を持ち、鉄惑星と呼ばれることもあります^[36]が、その表面はケイ酸塩でできており、鉄は乏しいです。鉄惑星は、水星のように恒星に近い高温領域で、原始惑星系円盤が鉄に富んでいる場合に形成されると考えられています。

氷の惑星

揮発性物質の氷の表面を持つ固体惑星の一種。太陽系では、惑星質量の衛星のほとんど（タイタン、トリトン、エンケラドゥスなど）と多くの準惑星（冥王星、エリスなど）がこのような組成である。エウロパは表面の氷のため氷惑星と見なされることもあるが、密度が高いことから内部は主に岩石であることが分かる。このような惑星は、内部に塩水の海と液体の水を噴出する氷火山（エウロパやエンケラドゥスのような内部水圏）を持つことがある。また、大気と水圏がメタンまたは窒素でできていることもある（タイタンなど）。ガニメデのように金属核が存在する可能性もある。^[2]

核のない惑星

理論上の固体惑星の一種で、ケイ酸塩岩石でできているが金属核を持たない。つまり鉄惑星の反対である。太陽系には核を持たない惑星はないが、コンドライト小惑星や隕石は太陽系でよく見られる。ケレスとパラスは炭素質コンドライトに似た鉱物組成を持っているが、パラスは水分含有量が著しく低い。^[37]核を持たない惑星は、揮発性酸化物質がより一般的である恒星から離れた場所で形成されると考えられている。

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