惑星の定義

IAUの宣言にもかかわらず、多くの批判者が納得していません。 この定義は、恣意的で混乱を招くものだと考えられている。 特にNASAの冥王星探査機「ニュー・ホライゾンズ」の責任者であるアラン・スターン氏は、「冥王星を惑星とする」という定義の変更を求める嘆願書を天文学者に配布しています。 スターン氏の主張は、天文学者の投票率が5％に満たないことから、今回の決定は天文学界全体を代表するものではないというものです。

Clearing the neighbourhoodEdit

問題となっている主な点の1つは、「その軌道の周りの近隣をクリアした」の正確な意味です。 アラン・スターンは、「矮小惑星と惑星の間に境界線を引くことは不可能であり、作為的である」とし、地球、火星、木星、海王星のいずれもその領域の破片を完全に除去していないため、IAUの定義ではいずれも適切に惑星とは見なされないと異議を唱えています。

マイク・ブラウン氏はこれらの主張に対し、主要な惑星はその軌道をクリアしていないどころか、その軌道圏内にある他の天体の軌道を完全にコントロールしていると述べています。 木星はその軌道上に多数の小天体（トロイア小惑星）と共存しているかもしれないが、これらの小天体が木星の軌道上に存在するのは、木星の巨大な重力に揺さぶられているからである。 同様に、冥王星は海王星の軌道を横切ることがありますが、海王星はずっと前に冥王星とそれに付随するカイパーベルト天体（プルトイノスと呼ばれる）を3：2の共鳴、つまり海王星3周に対して太陽を2周するように固定しました。

2015年10月、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の天文学者Jean-Luc Margot氏は、ある天体が特定の時間スケールでヒル半径の2√3の範囲の軌道をクリアできるかどうかに由来する軌道帯クリアの指標を提案しました。 この指標によって、矮小惑星と太陽系惑星の間に明確な境界線が引かれることになる。 矮小惑星の計算は、母星の質量、天体の質量、軌道周期に基づいて行われる。 太陽質量の星を周回する地球質量天体は、星から最大400天文単位の距離で軌道をクリアする。 冥王星の軌道上にある火星質量の天体は、その軌道をクリアする。

この定義に反対する人の中には、「近隣をクリアする」というのは曖昧な概念だと主張する人もいます。

反対派の中には、”clearing neighbourhood “という概念が曖昧であると主張する人もいます。 サイクスは、この定義は組成や形成によって惑星を分類しているのではなく、事実上、惑星の位置によって分類していると考えている。

しかし、ブラウン氏は、「近隣をクリアする」という基準を捨てれば、太陽系の惑星の数は8つから50以上に増え、さらに数百もの惑星が発見される可能性があると述べています。

静力学的平衡 編集

IAUの定義では、惑星は自身の重力によって静力学的平衡状態になるのに十分な大きさであることが義務付けられており、これは丸い楕円形になることを意味しています。 ある質量までは不定形でも構いませんが、それ以上になると、重力によって自分の重心に向かって引っ張られるようになり、楕円体に崩れてしまうのです。 太陽系の大きな天体はどれも真球ではありません。

しかし、ある物体が静力学的平衡に達したと言える正確な時点はありません。

しかし、静力学的平衡に達したと言える正確な時点はありません。ソーター氏が論文で述べているように、「惑星を特徴づける丸みの度合いをどのようにして定量化するのか？ 惑星の形が球状から10％ずれていても、1％ずれていても、重力に支配されるのでしょうか？ 自然界には丸い形と丸くない形の間に空白はないので、どのような境界も恣意的な選択になってしまいます」。 さらに、物体の質量が楕円体に圧縮されるポイントは、その物体の化学的構造によって異なります。 エンケラドゥスやミランダのような氷でできた天体は、ベスタやパラスのような岩でできた天体よりも簡単にその状態になります。 また、重力崩壊や衝突、軌道共振などの潮汐力、放射性崩壊などの熱エネルギーも、楕円体になるかどうかの要因となる。土星の氷の月ミマスは楕円体だが（もはや静水圧平衡状態ではない）、海王星の大きな月プロテウスは、同じような構成だが、太陽からの距離が長いために寒く、不規則な形をしている。

二重惑星と月Edit

定義では、「衛星」という言葉を直接定義していないものの、特に衛星を矮小惑星のカテゴリーから除外しています。 当初の草案では、冥王星とその最大の衛星であるカロンは、どちらかの天体の体積の外側に重心を持っているため、例外とされていました。 当初の案では、冥王星とカロンは太陽の周りを並行して回る「二重惑星」とされていた。 しかし、最終案では、大きさが似ていても、現状では冥王星だけが矮小惑星に分類されることが明確にされたのである。

しかしながら、月が惑星と呼ばれるにふさわしいという意見もあります。 1975年、アイザック・アシモフは、月の公転のタイミングが地球の太陽周回軌道と一致していることを指摘しました。黄道上で見ると、月は実際には自分自身でループすることはなく、実質的には太陽の周りを回っています。 太陽系内には、静水圧平衡状態にあり、物理的なパラメータのみを考慮すれば惑星とみなされる月が19個あります。 木星の衛星ガニメデと土星の衛星タイタンは水星よりも大きく、タイタンには地球よりも厚い大気が存在しています。 イオやトリトンなどの衛星は明らかに継続的な地質活動を示しており、ガニメデには磁場がある。 他の星の周りを回っている星がまだ星と呼ばれているように、惑星の周りを回っていて、その特徴を共有している天体も惑星と呼ぶべきだと主張する天文学者もいる。

400 km の氷球は面白い地質を持っているかもしれないので惑星として数えるべきだが、巨大な大気、メタン湖、劇的な嵐を持つ 5000 km の衛星は、何と呼ぼうと同じカテゴリーに入れるべきではないという一貫した主張をするのは困難です。

しかしながら、「ほとんどの人にとって、丸い衛星（月を含む）を『惑星』と考えることは、惑星とは何かという考えに反する」と言い続けています。”

アラン・スターンは、惑星の定義に場所は関係なく、地球物理学的な属性のみを考慮すべきだと主張しており、惑星質量の月に対しては衛星惑星という言葉を提案している。

太陽系外惑星と褐色矮星Edit

1992年以降に発見された太陽系外惑星（他の恒星の周りにある惑星サイズの天体）（2021年3月1日現在、770の複合惑星系を含む3,463の惑星系にある4,687個の惑星）は、惑星の性質についての議論を予想外に広げました。 これらの惑星の多くはかなりの大きさで、小さな星の質量に近づいていますが、新たに発見された多くの褐色矮星は逆に惑星とは思えないほど小さいものです。 低質量星と巨大ガス惑星の物質的な違いは明確ではありません。大きさと相対的な温度を除けば、木星のような巨大ガス惑星とその母星を分けるものはほとんどありません。 木星のようなガス惑星とその母星との間には、大きさや相対的な温度を除けば、ほとんど違いはなく、全体的な組成は水素とヘリウムで、大気中には微量の重元素が含まれている。 一方、惑星は若い星の軌道上で塵やガスが降ってくることで形成されると言われており、珪酸塩や氷の核を持っているはずである。 ガス惑星がそのようなコアを持っているかどうかはまだ不明ですが、木星探査機「JUNO」がこの問題を解決する可能性があります。 もしガス巨人が星と同じように形成される可能性があるとすれば、そのような天体は惑星ではなく、低質量の星の周りを回っていると考えるべきなのかという疑問が出てきます。

従来、星になるための決定的な特徴は、天体のコアで水素を融合する能力であるとされてきました。 しかし、褐色矮星のような星は、常にこの区別に挑戦してきました。 褐色矮星のような星は、小さすぎて水素1を持続的に核融合させることができないため、重水素を核融合させることで星としての地位を得ています。 しかし、重水素は非常に希少であるため、このプロセスは星の寿命のごく一部しか続かず、ほとんどの褐色矮星は発見されるずっと前に核融合を停止していた。 褐色矮星は、連星などの複数の星が形成されていることが多く、他の星の周りを回っていることも多い。 したがって、褐色矮星は核融合によってエネルギーを生産していないので、惑星と言えるかもしれません。 実際、アリゾナ大学の天文学者アダム・バロウズ氏は、「理論的には、形成方法が違っても、太陽系外巨人惑星と褐色矮星は本質的に同じである」と主張している。 また、バローズ氏は、白色矮星のような恒星の残骸は星とはみなさないと主張しており、シリウスBのような軌道を持つ白色矮星は惑星とみなされることになる。

この混乱は褐色矮星だけではありません。 Maria Rosa Zapatario-Osorioらは、若い星団の中に、何らかの核融合を維持するのに必要な質量（現在の計算では、およそ13木星質量）以下の天体を多数発見しています。 現在の太陽系形成理論では、惑星は軌道が不安定になると恒星系から完全に放出されると考えられているため、これらの天体は「自由浮遊惑星」と呼ばれています。 しかし、この「自由落下型惑星」も星と同じようにして形成された可能性があります。

2003年、IAUのワーキンググループは、星系から放出された「自由浮遊惑星」を発表しました。

2003年、IAUのワーキンググループは、「太陽系外惑星とは何か」「褐色矮星とは何か」という作業定義を確立するためのポジション・ステートメントを発表しました。 これは、現在までにIAUが発表した唯一の指針である。 2006年の惑星定義委員会は、太陽系外惑星を考慮せずに惑星を定義することはすでに困難であるとして、この作業定義に異議を唱えたり、定義に取り入れようとはしなかった。 この作業定義は、2018年8月にIAUの委員会F2「太陽系外惑星と太陽系」によって修正された。 現在、太陽系外惑星の正式な作業定義は以下のようになっています。

• 重水素の熱核融合の限界質量（現在、太陽金属度の天体では13木星質量と計算されている）以下の真の質量を持つ天体で、恒星を周回しているもの。 褐色矮星や恒星残骸を周回し、中心天体との質量比がL4/L5不安定性（M/Mcentral < 2/(25+√621)）以下である天体は、（どのようにして形成されたかに関わらず）「惑星」です。
• 太陽系外の天体が惑星とみなされるために必要な最小の質量/サイズは、太陽系で使用されているものと同じにすべきである。

IAUは、この定義は知識の向上に伴って進化することが期待できると述べています。

この定義では、形成や組成ではなく、位置が惑星性を決定する特徴となっています。 質量が木星質量の13倍以下で自由に浮遊している天体は「亜褐色矮星」であり、融合星の周りを周回しているような天体は惑星であるとしています。 さらに2010年には、バロウズ、デビッド・S・スピーゲル、ジョン・A・ミルソムの3人が、太陽の金属度の3倍の褐色矮星であれば、11木星質量でも重水素を融合できるという論文を発表し、13木星質量という基準に疑問を投げかけた。

また、13木星質量という基準は、物理的には正確な意味を持っていない。

また、13木星質量のカットオフは物理的な意味を持ちません。 重水素の融解量は天体の組成にある程度依存します。 2011年の時点で、「太陽系外惑星百科事典」には木星質量25までの天体が掲載されており、「観測された質量スペクトルに13MJup付近に特別な特徴がないことが、この質量制限を忘れるという選択を補強している」と述べている。 2016年の時点では、質量密度関係の研究に基づいて、この制限は60木星質量に引き上げられた。 Exoplanet Data Explorerには、木星質量24までの天体が掲載されているが、「IAU作業部会による木星質量13の区別は、岩石質のコアを持つ惑星にとって物理的に意味をなさず、観測的にもsin iの曖昧さのために問題がある」との勧告がある。” NASA Exoplanet Archiveには、木星質量30以下の質量（または最小質量）を持つ天体が含まれています。

重水素の燃焼や形成過程、場所ではなく、惑星と褐色矮星を分けるもう一つの基準は、コアの圧力がクーロン圧力と電子縮退圧力のどちらに支配されているかです。

ある研究では、10MJup以上の天体は、コアの降着ではなく重力の不安定性によって形成されたため、惑星と考えるべきではないとしています。

惑星質量を持つ恒星

IAUの定義に内在する曖昧さは、2005年12月にスピッツァー宇宙望遠鏡が、木星のわずか8倍の質量で、独自の惑星系の始まりと思われるCha 110913-773444(上図)を観測したことで明らかになりました。

2006年9月、ハッブル宇宙望遠鏡は、約200天文単位の距離にある若い伴星の周りを回る天体、CHXR 73 b（左）を撮影しました。 CHXR 73 bの質量は12ジョビウスで、重水素核融合の基準値に達しており、厳密には惑星であるが、親星からの距離が非常に遠いことから、小さな星の原始惑星系円盤内で形成されたとは考えられず、星と同様に重力崩壊によって形成されたと考えられる。

2012年、フランスのグルノーブル惑星・天体物理学研究所のフィリップ・デロルム氏は、地球から100光年以内の距離にあるドラドゥス座AB星移動群の一部と思われる、独立して運動する木星質量4～7個の天体、CFBDSIR 2149-0403を発見したと発表しました。

2013年10月、ハワイ大学のマイケル・リュー博士率いる天文学者たちは、木星のわずか6.5倍の質量を持つと推定される単独で浮遊するL型矮星、PSO J318.5-22を発見しました。

2019年には、スペインのカラールアルト天文台の研究者が、赤色矮星GJ3512の周りを204日で回る木星の半分ほどの質量のガス惑星GJ3512bを発見しました。

SemanticsEdit

最後に、純粋に言語的な観点から言うと、IAUが作った「惑星」と「矮小惑星」の二分法があります。 矮小惑星」という言葉には、名詞（planet）と形容詞（dwarf）の2つの言葉が含まれている。 そのため、IAUが矮小惑星を「惑星ではない」と明確に定義しているにもかかわらず、この言葉は矮小惑星が惑星の一種であることを示唆している。 したがって、この定式化により、「dwarf planet」と「minor planet」は複合名詞と考えるのが最善である。 Language LogのBenjamin Zimmer氏は、この混乱を要約して次のように述べている。 “IAUが「矮小惑星」を「本当の」惑星とは異なるものと考えてほしいと考えていることは、「矮小惑星」という語彙項目を、「Welsh rabbit」（本当はウサギではない）や「Rocky Mountain oysters」（本当はカキではない）などの奇妙なものと一緒にしている」。 2006年10月にIAUの最初の決定に参加した歴史家でポピュラー・サイエンス・ライターのダバ・ソーベルは、ナショナル・パブリック・ラジオのインタビューで、「矮小惑星は惑星ではなく、天文学では、星である矮小星や、銀河である矮小銀河があるので、矮小惑星という言葉は誰にも愛されない言葉だ」と指摘した。” マイク・ブラウン氏は、スミソニアン誌のインタビューで次のように述べています。「力学派のほとんどの人は、本当は『矮小惑星』という言葉を使いたくなかったのですが、冥王星推進派によって強引に使われてしまいました。

逆に、ストックホルム天文台の天文学者であるロバート・カミング氏は、「『小惑星』という名称は、非常に長い間、ほぼ『小惑星』と同義語であった」と指摘しています。 だから、『矮小惑星』が導入されたことによる曖昧さや混乱のリスクを訴えるのは、私には非常識に思えます」

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