まばゆい光を放つ恒星の近くにある、暗い惑星

系外惑星とは、太陽以外の恒星の周りを回る惑星です。太陽の次に近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリは、約4.24光年離れているため、どの系外惑星も、宇宙船が訪れたことのある場所よりはるか遠くにあります。私たちが系外惑星について知っていることはすべて、何年もかけて届いた光から分かったものです。

では、なぜ単純に写真を撮らないのでしょうか？ 惑星は、可視光の範囲で見えるほどの光を自ら出していません。惑星が輝くのは、恒星の光を反射しているからで、反射する光はそのごく一部にすぎません。

コントラスト（惑星の明るさを恒星の明るさで割った値）の大まかな推定値は

contrast ≈ (Rp / 2a)² × albedo

ここで Rp は惑星の半径、a は恒星からの距離、albedo は惑星が反射する光の割合です。1 AU の距離で太陽に似た恒星を回る地球に似た惑星の場合、結果は約 10⁻¹⁰ です。つまり、恒星は惑星の約100億倍も明るいのです。5.2 AU の距離にある木星の場合は約 10⁻⁹、つまり10億倍です。これは反射された可視光だけについての値です。

その惑星は、空の星に非常に近い位置にある。1パーセク（3.26光年）の距離では、1天文単位（AU）が1秒角に見えるため、秒角での角度はθ = a（AU）÷ d（パーセク）となる。10パーセクの距離から見ると、地球のような1AUの軌道はわずか0.1秒角にしか見えない。木星の軌道は、30光年（9.2パーセク）の距離から見ると、半径が5.2 ÷ 9.2 ≈ 0.57秒角になる。惑星から0.1秒角離れた場所にある、惑星の100億倍明るい光は、見つけるのが非常に難しい。

この問題を楽にする方法は2つあります。1つ目は、若く、熱く、大きく、恒星から遠い惑星は自分の熱で、主に赤外線で輝くため、コントラストが10⁻⁹よりずっと良いことです。2008年以降に撮影されたHR 8799系の4つの巨大惑星が、典型的な例です。2つ目は、コロナグラフが、検出器に届く前に恒星の光をさえぎる、望遠鏡の中にある小さなマスクだということです。スターシェードは宇宙で同じことをするもので、望遠鏡のはるか前方を飛ぶ大きなスクリーンです。マスクが大きすぎると惑星まで隠してしまうため、惑星はマスクの外側に位置できるほど恒星から離れていなければなりません。