前々から気になっている表現があります。

「ダークマターの分布を観測した」

　この言い方、間違いだと考えています。真実かもしれないけど、事実ではない、というのが筆者の意見です。どういうことか説明していきましょう。

●そもそも「ダークマター」とは

　1920～30年代にかけて、太陽系近傍の恒星の運動を分析した研究が行われていました。ヤコブス・カプタインやヤン・オールト（オールトの雲で有名な天文学者）は、恒星の運動を説明するためには、見えていない物質が大量に必要となることを指摘しました。
　また1930年代には銀河団の観測を行っていたフリッツ・ツヴィッキーも、銀河団中の銀河の軌道速度の研究から、やはり見えていない物質が必要だと考えたのです。これらは当時「ミッシング・マス（行方不明の質量）」と呼ばれていました。

　その後、1960年代になってX線の観測が始まると、1970年代には銀河団にX線を発する高温のガスが存在することも判明し、これを閉じ込めておくには銀河団中に存在する銀河の全質量が作る重力ポテンシャルでは不可能だとわかりました。
　また、多くの銀河の自転速度を調べる研究からも、本来であれば中心から外側に行くほど速度は落ちる（太陽系でも太陽から遠い惑星や天体は公転速度が遅い）はずなのに、どの銀河も外側まで一定の速度で回転していることがわかってきました。これは「銀河の回転曲線問題」として知られるようになりました。
　これらの現象を説明するには、観測で見えている天体の質量ではまったく足りず、10～100倍もの観測されていない質量が必要だとされました。これだけの量が見えていないとなるのであれば、もはや「行方不明」どころではありません。そこで「（暗くて）見えていない物質」ということで「Dark Matter（ダークマター）」という名称が使われるようになったのです。

●「重力ポテンシャル」ってなに？

　さて少し話を戻します。重力がどの様に働いているのかは、天体が作る重力の分布を調べることでわかります。例えばある天体からどれくらい離れた所では、どの程度の強さの重力（引力）が効いているのかを調べていきます。
　例えば太陽系の場合、太陽の重力が圧倒的に強いのですが、それでも太陽のそばからどんどん太陽系の果ての方に離れていくと、太陽からの重力はどんどん弱くなっていきます。太陽からどれくらいの距離であれば、重力の強さがどの程度なのかをグラフ化すると、ニュートンの万有引力の法則で想定されている逆二乗則の曲線となります。これが太陽の重力ポテンシャルというわけです。実際には空間は3次元ですので、グラフには描きづらいのですが、皆さんも天体のある場所が凹んでいる膜のイラストを見たことがあるでしょう。あれが重力ポテンシャルです。
　我々は天体の運動を観測することで、その場所にどれくらいの強さの重力が存在している必要があるかというのはわかります。その強さをマッピングするということは、つまり重力ポテンシャルを観測してマッピングしていると言い換えても良いでしょう。
　ですので「ダークマターの分布を観測」と言われると、個人的には違和感があるわけです。だって観測してマッピングしているのは、あくまでも「重力ポテンシャル」でしかありませんから。これが冒頭に書いた「真実かもしれないけど事実ではない」の意味です。

●「重力ポテンシャル」には物質が必要なのか？

　とはいえ、そこにそれだけの重力がかかっているということは、何らかの原因があるわけです。そして重力というのは物質が作るということになっています。もし物質が存在しなければ、そこには重力を及ぼすものはなく、従って重力ポテンシャルは、先の例で言えばどこにも凹みのない膜です。凹みを作るのは天体、そしてそれを作る物質だというのが現代物理学の基礎です。
　ということは、見えている天体がつくる重力ポテンシャルよりももっと深い、つまりもっと強い重力が存在しているのであれば「見えていない物質（ダークマター）」が存在するはずだ、というのは自然な流れなのです。
　ですが世の中には「それは本当か？」と考える人たちもいます。そのうちの大きな一派は「MOND」と呼ばれる理論を提唱しています。これは「MOdified Newtonian Dynamics（修正ニュートン力学）」の略です。つまり、天体の質量から重力の強さを求めるニュートンの万有引力の法則が間違っているのではないかという指摘です。もちろん、万有引力の法則は私たちの太陽系内では問題なく使えている理論ですので、大幅に変更する必要はありません。それでも「少し」修正することは可能だろう、というわけです。
　残念ながらこのMONDはなかなか上手く行っていません。相対性理論に対応しているわけではないというのもありますが、こちらについてはTeVeS (Tensor-Vector-Scalar gravity) という理論が提唱されています。
　他にも1990年頃には「銀河の回転曲線問題」には磁場の影響を持ち込んで説明する理論もありました。これは銀河内の物質はプラズマ化されている物が多く、プラズマは磁場の影響で一定の速度で回転するため、「銀河の回転曲線問題」を説明できるという物でした。とはいえ、これだけでは重力レンズ効果による重量ポテンシャルを説明することはできませんので、あまり良い解決方法ではないとみなされています。

●SF的に考えてみよう！

　では他には何か解決方法はないのでしょうか。ちょっとSF的に考えてみましょう。筆者であれば「物質が重力ポテンシャルを作る」という部分を外してしまいます。どういうことかと言えば、次のように考えるのです。

「物質も重力ポテンシャルを作るが、そもそも重力ポテンシャルは物質が存在しない空間でも存在しうる」

　つまり宇宙がビッグバンによって始まったときには既に強い重力ポテンシャルが存在していた。物質はその重力ポテンシャルに引き寄せられて集まり、銀河や銀河団、超銀河団といった天体を作ったと考えるわけです。そうすれば「ダークマターの正体」など考える必要はありません。だって物質が存在しなくても、そもそも空間は歪んでいて、重力ポテンシャルを持っているのですから。
　もっとSF的に考えましょう。万有引力を考えると重力ポテンシャルは凹みしか存在しません。凸部分は存在しないのです。もし凸部分が存在すれば、それは周囲の天体を遠ざける「万有斥力」として働きます。例えば超銀河団の間にはボイドと呼ばれるほとんど物質の存在しない空間があります。ここにもし凸な重力ポテンシャルがあったとしたら……そこに物質がない事の説明になるかも知れません。宇宙は卵パックのような重力ポテンシャルをしていて、出っ張りから凹みのところに物質を移動させているのかも知れません。
　もちろんこれは観測的に証明されたわけでもなければ、既存の観測結果をすべて説明する理論としても成立していません。でも「ダークマターが存在している」として研究されてきた研究結果をかなり転用できるはずだとも考えています。
　いずれにせよ、そういうSF作品を書いて世に出すのも面白いでしょうね。

　2006年にプラハで開催された国際天文学連合の総会で、冥王星が惑星から準惑星に格下げされたというのは知っている人も多いでしょう。今回はその経緯を含めて再考し、この「準惑星」という天体の定義が如何にスジの悪いものであるかを見て行きたいと思います。

●なぜ冥王星降格議論が始まったのか

　そもそも20世紀には太陽系の惑星は9つであるとされてきました。太陽に近い順から水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星です。それ以外に火星と木星の間には小惑星帯があり、海王星軌道から遠方にはトランス・ネプチュニアン、そしてエッジワース・カイパーベルトと呼ばれる、惑星にはなれなかった小さな天体があるという認識でした。
　ところが望遠鏡が大型化し、さらに撮影もフィルムからCCDなどの電気素子を使ったカメラに変わってくると、今までは写らなかった暗い天体が数多く見つかるようになりました。
　太陽系内の天体は、太陽の光を反射して光っています。その明るさは、ざっくりというと次の式で決まります。

「天体の明るさ＝反射率×太陽からの距離の二乗×見かけの面積」
　
　ですから「暗い」というのは、あまり太陽の光を反射しない、太陽からの距離が遠い、または天体が小さいなどが原因になっているわけです。本当は「地球からの距離が遠い」というのもあるのですが、それは一旦忘れても良いでしょう。

　1990年代以降、この「暗い天体」が数多く見つかり始めました。特に、見かけの面積はそれなりに大きいのに、太陽からの距離が遠いために暗い天体が、です。中には冥王星の大きさに近い天体も含まれていたことから、「惑星の数を増やそう」という話もあったほどです。
　そしてエリスという、冥王星よりも大きい天体（現在では冥王星よりも少し小さいと考えられています）が発見されたことで、この論争が天文学者の間で大きくなりました。

●「準惑星」が定義された経緯

　でもエリスの発見ですぐに冥王星が準惑星になったわけではありません。当時、「惑星の定義をどうするべきか」については幾つかの案がありました。
　一番最初に提案されたのは、「基準を示して惑星の数を増やす」と言って良いものでした。次の2つの両方の基準を満たす天体を「惑星」にするとしたのです。
「自己の重力が剛体力に打ち勝ち、静水圧平衡にあると推定される十分な質量を持つ天体」
「恒星の周りの軌道にあり、恒星でも惑星の衛星でもない天体」
　この定義に従えば、冥王星は惑星のままで、冥王星の衛星であるカロンも惑星であると考えられます。正確に言うと冥王星－カロンは二重惑星だということです。
　また小惑星であるケレスも「惑星」に昇格します。他にもマケマケ、ハウメア、クワオワー、セドナ、オルクスなどが候補に挙げられました。
　この定義の下では、太陽系内で太陽の周りを公転している天体は「惑星」と「それ以外」に分けられます。「それ以外」の天体は「太陽系小天体」と定義されました。
　そしてこの定義に従う限り、その後も大量の「惑星」が発見されるだろうということが容易に想定される状況になったのです。

　すると「本当にそんなに惑星の数を増やすのか？」という問題意識が出てきました。そこで出て来たのが、先の２つの基準に追加される形となった、次の基準です。

「その軌道近くから他の天体を排除している」

　これは、その軌道またはその軌道の周辺を1つの天体が占有しているということです。この定義に従えば、小惑星帯にあるケレスは他の天体を排除しているとは言えません。冥王星も軌道の近くに多くのエッジワース・カイパーベルト天体を擁しているために、「惑星」の基準からは外れるというわけです。
　この定義は2006年8月24日にチェコのプラハで行われた国際天文学連合総会にて採決されました。

●「準惑星」のどこが問題なのか

　すでに「宇宙戦艦ヤマト2199」では冥王星は準惑星として登場します。いろんなところで準惑星という言葉は定着しつつあると言えます。そして本来なら存在しないはずの「小惑星」という言葉はいつまでも消えずに残り続けています。本来なら「太陽系小天体」としなければならないはずなのですが。
　でも、この準惑星という定義は非常に問題をはらんだものです。それを説明しましょう。

　何と言っても問題なのは3つ目の基準です。

「その軌道近くから他の天体を排除している」

　すでに「木星軌道上にはトロヤ群があるため、木星は『他の天体を排除している』とは言えないのでは？」という批判も出ています。もちろんこれに対しては「圧倒的な重力によってトロヤ群が存在する場所に集めて、コントロールしている」という反論が出ています。そもそもこの批判自体はこじつけに近い面がありますので、あまり気にしなくて良いだろうと筆者も考えています。
　ですがもっと問題なのは冥王星・カロン系の様に、二重惑星みたいになっている場合です。例えば先に紹介した「宇宙戦艦ヤマト」シリーズでは、ガミラス・イスカンダル系という二重惑星が存在します。また似たような設定の惑星系はロバート・L・フォワードの「ロシュワールド」でも出て来ます。
　これらの惑星はお互いの共通重心の回りを回っていることになりますので、どちらかがどちらかの衛星ではありません。こういった場合「その軌道近くから他の天体を排除している」とは言えなくなります。つまり、もし太陽系外にまで定義を広げてしまうと、ガミラスとイスカンダルは共に準惑星ということになります。もちろんこういう場合、新たに「二重惑星」の定義を作って「準惑星」とは区別するのかも知れませんが、その場合は「衛星」の定義とバッティングすることは目に見えています。
　そういう意味では地球・月系は何とか地球内部に共通重心がありますので惑星・衛星という関係が成り立っていますが、もし月がもう少し大きかったら、地球も二重惑星または準惑星扱いになっていた可能性があります。また「他の天体を排除している」という定義に基づけば、「はやぶさ」や「はやぶさ2」の目的地であったイトカワやリュウグウも地球軌道周辺を回っているため、そもそも地球自体が「他の天体を排除できていないのではないか」という意見もあります。

●太陽系外惑星の定義はどうするのか

　実はこの惑星の定義、太陽系内でしか通用しない定義だとされています。つまり他の恒星系では適用できない定義だというのです。先ほどガミラス・イスカンダル系が準惑星になるかもという話を書きましたが、太陽系でしか適用できないのであれば、ガミラスとイスカンダルは惑星ということになり、一件落着……というわけにはいきません。じゃあそもそも他の恒星系にも適用できる惑星の定義って何よ？　という質問には答えられていないからです。

　実は惑星の定義を巡っては他にも大きな問題があります。1つは惑星と恒星の境目の問題です。太陽系の中で最も大きな惑星は木星ですが、他の恒星系では木星よりも遙かに大きな惑星が見つかっています。
　恒星は核融合反応を起こし、自ら光を放っているという事になっていますが、質量が小さくなればなるほど核融合は起こしにくくなります。核融合を起こしていない天体は褐色矮星と呼ばれていますが、この褐色矮星と木星のようなガス惑星の境目についての定義もありません。一応、重水素による核融合を起こすためには木星の13倍以上の質量が必要であるとされていますので、そのあたりが基準になるはずですが。

　もう1つ、元々は恒星の周囲を公転したいたにもかかわらず、他の惑星との重力相互作用によって恒星間空間に放逐されてしまった天体はどう呼ぶのか、があります。現在は「浮遊惑星」または「自由浮遊惑星」と呼ばれています。「宇宙戦艦ヤマト2199」で登場したバラン星などがこれにあたります。ですが、ここに「惑星」という言葉を入れても良いのでしょうか。

　最もしっくりくる定義は、最初に提案された基準ではないでしょうか。

「自己の重力が剛体力に打ち勝ち、静水圧平衡にあると推定される十分な質量を持つ天体」
「恒星の周りの軌道にあり、恒星でも惑星の衛星でもない天体」

　これが最もしっくりきます。これであれば直径や質量だけでほぼ決まります。残りは太陽系小天体。惑星の数は現在よりも大幅に増えますが、そもそも惑星を全部覚える必要はありませんし、「第○番惑星」みたいな数字によるカウントさえ止めてしまえば良いだけです。

●「衛星」の定義で揉めることになる

　もし準惑星のような現状の定義を残すと、今度は衛星の定義で揉めることとなります。現状では衛星に対する明確な定義はありません。せいぜい「惑星の周りを公転している」という程度です。
　そのため木星と土星には観測能力の向上に伴ってものすごい数の衛星が発見されるようになりました。特に土星は環を持っている関係上、小さな氷のかけらまで含めるとものすごい数の天体が周囲を公転しています。どんどん小さい天体を衛星と認定していくと、どこまでが衛星で、どこからが環の成分なのかがわからなくなるのは自明の理です。

　ですから衛星も次のように定義してしまってはどうでしょう。

「自己の重力が剛体力に打ち勝ち、静水圧平衡にあると推定される十分な質量を持つ天体」
「惑星の周りの軌道にあり、恒星、惑星ではない天体」

　そうすれば大きな天体のみが衛星として認定され、小さな天体は太陽系小天体として整理できます。そうなると火星の衛星であるフォボスとダイモスは「衛星」という定義からは外れてしまいますが。

●SFに出てくる「定義に困る惑星」達

　SF作家というのは、いろんなものを考え出すものです。先ほど紹介した「ロシュワールド」の惑星は奇妙な二重惑星の典型例です。ロシュローブを満たしてお互いの大気が行き来するような惑星は他に例がありません。これはそういう世界での出来事を考えるために科学的に結構細かく考えられた惑星です。
　一方、単に舞台として用意された変わった惑星達もあります。例えば田中芳樹の「灼熱の竜騎兵（レッドホット・ドラグーン）」に登場した38個もの地球大の人工惑星は、地球の公転軌道上に存在しています。重力的に安定するかどうかはわかりませんが、この世界が実現すると、地球自体が準惑星になりますね。

　重力的に不安定と言えばラリイ・ニーヴンの「リングワールド」も、かなり風変わりな「天体」と言って良いでしょう。何しろその恒星系にいた異星人が過去に住んでいた惑星を分解して恒星の周りに巨大なリングを作って住居を作れる面積を増やした天体ですので。すでに「自己の重力が剛体力に打ち勝ち、静水圧平衡にあると推定される十分な質量を持つ天体」という基準を満たしていませんので「惑星」とは認められないでしょうけど。

　「宇宙戦艦ヤマト　完結編」に登場した水の惑星アクエリアスは「回遊惑星」などとされていましたが、現在の天文学上の分類で言えば「自由浮遊惑星」となります。ただ、恒星の周囲を公転していない惑星は単純に恒星間浮遊天体ということで良いと思います。そのうちこれを舞台とした物語を書くのもありかな。