地球に似た系外惑星のほとんどは乾燥しすぎて生命の生息に適さないが、地球には独特の「水の利点」がある

米国のワシントン大学の最新の研究は、これまで「居住可能候補」とみなされていた多くの系外惑星が、恒星のハビタブルゾーンに位置し、液体の水の存在に適した表面温度を持っていたとしても、乾燥しすぎれば依然として生命にはまったく適さない可能性が非常に高いと指摘している。 【GT15GT】【GT16GT】【GT17GT】【GT18GT】【GT19GT】 研究チームは、地球と同程度の大きさの岩石惑星の場合、長い地質学的時間スケールにわたって安定した居住可能な地表環境を維持するには、その表層水の体積が地球の海洋総体積の少なくとも約20～50％に達する必要があることを発見した。これは、多くのいわゆる「砂漠の惑星」は、たとえその軌道が「ちょうどいい」位置にあったとしても、水資源の観点からは生命を維持するのには程遠い可能性が高いことを意味する。 【GT20GT】【GT21GT】 これまでに天文学者らは6,000以上の系外惑星を確認しており、同様の天体が天の川銀河全体に数十億個存在すると予想されている。そのかなりの部分は星のハビタブルゾーン内にあり、理論的には温度が液体の水の存在を可能にします。しかし、ワシントン大学のチームは、「正しい場所にいる」ことは方程式の一部にすぎないと強調する。地球には依然として長期的に安定した気候調整メカニズムが必要であり、これは水が岩石圏や大気とどのように相互作用するかに大きく依存します。 【GT22GT】【GT23GT】論文の筆頭著者で地球宇宙科学の博士課程の学生であるハスケル・ホワイト・ジャネラ氏は、広大な宇宙と限られた観測資源で生命を探す際には、標的を絞った方法で惑星の標的を「ふるい落とす」方法を学ばなければならないと述べた。この研究は、地表水の埋蔵量が地球の海洋全体よりもはるかに少ない、乾燥した惑星に焦点を当てており、それらが実際に居住可能かどうかを評価しています。 【GT0GT】【GT1GT】 研究成果がPlanetary Science Journalに掲載されました。その核心は、惑星地質炭素循環の重要なプロセスにあります。地球では、この水による循環により、何百万年にもわたって大気と地球内部の間で炭素が移動し、地球の表面温度の調節に役立っています。 【GT2GT】【GT3GT】 地球では、火山が大気中に二酸化炭素を放出し、二酸化炭素は雨水に溶け込みます。雨水は表面の岩石と化学反応し、川は炭素質物質を海に運び、海底に堆積します。プレートテクトニクスの動きに伴い、炭素を多く含む海洋地殻が大陸の下に沈み込み、造山などの過程で炭素が長い時間をかけて地表に持ち戻された。 【GT4GT】【GT5GT】 しかし、安定した広範囲の降雨を維持するのに十分な水が惑星に不足すると、この炭素循環の「サーモスタット」が故障します。降水と風化が弱まると、火山の放出が続く一方で、大気から二酸化炭素を「引き出す」効率が大幅に低下します。その結果、大気中の二酸化炭素が蓄積し続け、温室効果が増大し、気温がさらに上昇し、残った水の蒸発が加速し、最終的には惑星の表面が暑すぎて居住不可能になるという悪循環が形成されます。 【GT6GT】【GT7GT】ホワイト・ジャンネラ氏は、これはハビタブルゾーンに位置する乾燥した地球に似た惑星であっても、生命を探すのに理想的なターゲットではない可能性が高いことを意味すると指摘した。この研究はまた、これまでの理論的研究では、乾燥惑星の炭素循環メカニズムの体系的な検討が比較的不足しており、そのことが人々を「砂漠の系外惑星」の居住可能な可能性について過度に楽観的にしている可能性があることを思い出させた。 【GT8GT】【GT9GT】岩石系系外惑星を直接観察することは依然として非常に困難であるため、科学者は長期的な気候の進化と水循環の特性を調査するために数値シミュレーションに頼ることがよくあります。この研究チームは、この研究で既存の炭素循環モデルを改良し、特に乾燥環境における蒸発や降水などの主要なプロセスを再特徴付けし、水蒸気分布や蒸発効率に対する風力場の影響など、過去には無視されることが多かった要因を導入した。 【GT0GT】【GT1GT】 論文の共著者でワシントン大学地球宇宙科学部助教授のジョシュア・クリッサンソン・トッテン氏は、この種の洗練された「メカニズムに基づいた」炭素循環モデルはもともと、長い地質学的歴史における地球の気候進化と温度調節を理解するために使われてきたが、現在は系外惑星の研究にも拡張されていると述べた。今回の新たな結果は、乾燥した惑星が初期段階では一定量の地表水を持っていたとしても、後期には炭素循環の不均衡により高い確率で水を失い、潜在的に居住可能な世界から高温で居住不可能な「不均衡な惑星」へと進化することを示している。 【GT2GT】【GT3GT】 この研究は、近くにある「自然実験」である金星にも注目しました。金星は地球と同じくらいの大きさで、ほぼ同時期に形成されており、初期には地球と同じくらいの水があった可能性を示唆するモデルさえあります。しかし、今日の金星の表面温度は薪で焼いたピザ釜の温度に匹敵し、表面圧力は「10頭のシロナガスクジラが同時に押し付けられているように感じる」ほど高い。 【GT4GT】【GT5GT】科学界では、なぜ地球と金星がこれほど異なる進化の道をたどったのかについて長い間議論されてきました。ホワイト＝ジャンネラとクリザンソン＝トッテンは、金星は太陽に近く、初期の水の量がわずかに少なかったため、炭素循環の不均衡と温室効果の暴走を早期に引き起こした可能性があると提案した。大気中に二酸化炭素が蓄積し続け、気温が徐々に上昇すると、やがて大量の水が失われ、かつて生命が存在していたとしてもその生息地を失います。 【GT6GT】【GT7GT】今後数年間に、金星への複数の計画ミッションがこの「姉妹惑星の謎」に答え、前述の炭素循環モデルの重要な推論をテストすることが期待されています。ホワイト・ジャンネラ氏は、人類が現実の系外惑星の表面に当面着陸することはほぼ不可能だが、「地球に似た系外惑星に最も近い類似体」である金星がユニークな窓を提供してくれると信じている。

研究チームは、これらのミッションからのデータが、乾燥惑星の炭素循環の不均衡の理論的枠組みを検証するのに役立ち、遠く離れた系外惑星の大気の特徴や進化状態を解釈するために使用されることを期待しています。クリッサンソン＝トッテン氏は、この研究は宇宙の潜在的に居住可能な惑星の「実際の在庫」をどのように評価するかについて重要な意味を持つと指摘した。かつて「居住可能候補」として大まかに分類されていた多くの対象は、より厳格な水分含有量と炭素循環の基準に基づいて再分類される可能性が高い。 【GT2GT】 【GT3GT】 【GT4GT】 【GT5GT】 【GT6GT】 【GT7GT】 【GT8GT】 【GT9GT】 【GT10GT】 【GT11GT】関連 【GT12GT】 【GT13GT】 【GT14GT】

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