広大な宇宙には、数多くのスーパーアースが存在します。どちらが私たちの第二の家になるでしょうか？

居住可能な状態を保つためには、スーパーアースはどれくらいの大きさになる必要があるでしょうか?

アーティストによるスーパーアースのスケッチ。クレジット: NASA/JPL-Caltech

これまでに発見された何千もの太陽系外惑星の中で、「スーパーアース」が最も一般的です。これらの惑星は地球よりも大きく、海王星よりも小さく、親星の居住可能領域内にあるものもあります。これは、これらの惑星のいくつかの条件が、表面に液体の水が存在するのに適している可能性があることを示唆しています。

しかし、これらの巨大な岩石惑星には生命を維持できる条件が備わっているのでしょうか?それとも、生命は地球のような小さな惑星でのみ発生するのでしょうか?もちろん、最終的な答えを得るには、最終的には将来の観測に頼らなければなりませんが、それまでの間、この疑問は私たちに、生命がどこに居場所を見つけるのかを探り、理解を深める絶好の機会を与えてくれます。

居住性の定義 居住性とは何でしょうか?

まず、「居住可能」という言葉の意味を明確にする必要があります。なぜなら、太陽系のいくつかの自然界は、私たちが普通と考える範囲をはるかに超えているからです。結局のところ、地球に似た惑星は他に知られていないのです。

私たちの太陽系の他の小さな岩石惑星は、不毛の荒野（水星や火星など）か、悪夢のような地獄のような場所（金星など）のいずれかです。厚く密度の高い大気を持つ巨大ガス惑星は考慮されません。しかし、氷の衛星の中には、硬い殻の下に大量の液体の水を蓄えているものもあるため、太陽系内で生命の住処となり得る別の場所である可能性がある。しかし今のところは、地球に似た惑星についてのみ議論することにします。

つまり、スーパーアースを調査する際には、地球と見た目や動作（できれば匂いも）が非常に似ている惑星を見つける必要があるのです。これには、恒星の居住可能領域内にあることが含まれており、これにより、惑星の温度がちょうどよく、惑星の大気が薄すぎず厚すぎないことが保証されます。また、そのような惑星の表面には、凍った地殻の下に閉じ込められたり、沸騰して水蒸気になったりするのではなく、液体の水が存在する必要がある。最後に、容赦ない太陽嵐の襲来から大気と液体の水を守るために、磁場も必要です。

もちろん、本当に住みやすい場所を作るには、さらに多くの条件が必要です。しかし、これらの基本的な条件がなければ、この異星の世界で何も生き残ることは基本的に不可能なので、これらの基本的な条件を考慮することから始めるのが良い決断です。

適切なサイズの惑星を選ぶ 惑星の大きさはどれくらいですか?

天文学者は一般的に、地球と同じ大きさから地球の10倍の大きさまでの惑星をスーパーアースとして分類します。上記の基準より大きい惑星はミニ海王星と呼ばれる傾向がありますが、この過度に明確な境界は、居住可能性を判断するための多くの重要な詳細を実際には不明瞭にしています。

明らかに、地球の大きさに近い惑星は、地球と非常に似ていると想定されるため、居住可能である可能性が高いです。同様に、もしこの惑星が海王星と同程度の大きさであったなら、生命が住める場所ではないかもしれない。これは、上記の定義によれば、海王星は全体的にはあまり居住に適していないためです。

惑星の質量が増加すると、その中心核は重力の影響により厚い大気を維持できるようになります。最終的に、その惑星の大気は非常に厚くなり、「岩石惑星」というよりも「巨大ガス惑星」という表現の方が適切になるでしょう。残念ながら、これら 2 つの極端な状態を分ける明確な境界はなく、スーパーアースの存在がこれら 2 つの極端な状態を結び付けています。

したがって、惑星の自転軌道も非常に重要です。惑星が親星に近づきすぎると、その大きさに関係なく、焼けてしまいます。 Xuanyuan Zeng 19 を例に挙げます。それは55光年離れた岩石の超地球であり、質量は地球の8倍です。しかし、親星に非常に近いため、それは単なる溶けたマグマの球体です。

一方、惑星TOI 270cは地球より小さく、質量は約7倍です。しかし、親星から非常に遠く離れているため、ほぼ完全にガスで構成されています。これにより、この惑星はスーパーアースというよりはミニ海王星に似たものになります。

候補者たち 「最も居住可能な惑星」コンテストの優勝者は誰でしょうか?

結局のところ、居住可能なスーパーアースは、岩石やガスが多すぎない適切な密度を持つ必要がある。それでも、それは単なる推測に過ぎません。結局のところ、天文学者は特定の太陽系外惑星についてほとんど何も知りません。

たとえば、Gliese 581c を例に挙げましょう。それは私たちからわずか20光年ほど離れています。この太陽系外惑星は地球の約5.5倍の質量があり、惑星の居住可能領域内にあります。しかし、天文学者はその質量しか知らず、半径は知らないため、その惑星の密度がどれくらいかは分からない。その軌道と質量では、惑星は典型的な岩石惑星か、完全に固体の鉄で構成されている可能性がある。あるいは、ダイヤモンドでできた小さなガス惑星である可能性もあります。

太陽系外惑星の磁場に関しては、観測によってのみ判定できます。科学者たちは、地球より大きい惑星には強い磁場が存在する可能性が高いと考えていますが、その磁場が何であるかを特定することは不可能です。たとえば、金星と地球はほぼ同じ大きさですが、地球だけが強い磁場を持っています。

我々は異星の惑星の居住可能領域を理解していない。

おそらく、居住可能なスーパーアースの候補として最も可能性が高いのは、49光年離れた惑星、LHS 1140b です。地球の約1.6倍の広さですが、重さは6.48倍です。親星に非常に近い軌道を周回し、わずか 25 日で 1 周します。しかし、この恒星は赤色巨星であるため、惑星は依然として親恒星の居住可能領域内にあります。

LHS 1140b の大気モデルは、この惑星が液体の水で満たされた海を取り囲む厚い大気を持っている可能性を裏付けています。しかし、おそらく、ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡などによる詳細な観測によってのみ、その惑星が本当に居住可能かどうかがわかるだろう。これまで、この惑星は生命を宿す可能性のある最大の惑星でした。

著者:ポール・サッター

FY:スミィ

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