宇宙には放浪惑星が存在するのでしょうか? 「流浪の地球2」について語られなかったことはすべてここにある

地球自体は固い岩ではありません。地殻の下40〜70キロメートルには溶岩があり、卵のような構造をしています。たった100年の間、1万台以上のエンジンを動かして地球を「歩かせる」としたら、エンジンが地球に与える圧力は地球にとって耐え難いものとなり、「卵」の殻を壊してしまうでしょう。しかし、エンジンがゆっくり加速し、徐々に最大出力に達すると、地球の「放浪」時間は数万年とさらに長くなります。 「放浪」期間中、地球に何が起こるか、地球が何に遭遇するか、そして人類の文明が何を経験するかを予測することは困難です。

太陽の危機が差し迫っている場合、人類はどうやって生き残ることができるのでしょうか?地球は天の川銀河で生命が存在する唯一の惑星として知られており、常に太陽の熱にさらされています。

50億年から60億年後には太陽は寿命を迎え、この「焼け」は極めて致命的なものとなるでしょう。

最近人気の映画「流転の地球2」は、差し迫った終末を背景にした作品です。この映画では、人類は何千もの巨大な惑星エンジン、全知の量子コンピュータ、そして雲の中にそびえ立つ宇宙エレベーターの助けを借りて、一筋の希望を求めようとします。

では、現実には、太陽は最終的に地球に致命的な打撃を与えるのでしょうか?地球は太陽とともに消滅するのでしょうか？惑星エンジンは本当に地球を「移動」させることができるのでしょうか?この目的のために、記者は『流浪地球2』の科学顧問、専門家、学者数名にインタビューし、『流浪地球』に関するハードコアな科学を解釈した。

もし太陽が消滅したら、地球は生き残れるでしょうか？

太陽の危機が迫り、人類は協力してその課題に立ち向かう……。『流転の地球2』で描かれる未来像は、残酷でありながらも感動的だ。

太陽は地球から約1億5000万キロ離れた巨大な「火の玉」であり、太陽系最大の天体です。約46億年前、太陽は天の川銀河の中心から約26,000光年離れた場所にある星雲が自らの重力によって崩壊・凝縮して形成されました。

現在、太陽は最盛期にあり、天文学では主系列段階として知られています。この段階は約100億年続きます。地球に光とエネルギーをもたらし、生命の起源に欠かせない要素です。しかし、太陽黒点、フレア、コロナ質量放出は、人間の生産と生活に損害を与えることがよくあります。

しかし、太陽はやがて老化し、太陽の急速な膨張と老化が『流転の地球2』の起源となっている。

天の川銀河では、90%以上の恒星が最終的に白色矮星へと進化します。進化の最後には、近くの軌道にある惑星を食い尽くすでしょう。 「普通の」恒星である太陽の最終目的地もまた白色矮星です。これは、地球を含む太陽の周りの惑星が飲み込まれる運命にあることを意味するのでしょうか?

「惑星が恒星に比較的近い場合、恒星に飲み込まれる可能性が高い」と、「流浪地球2」の科学顧問で中国科学院国立天文台の研究員である郭立軍氏は記者団に語った。

しかし、惑星の行き着く先は「飲み込まれる」ことだけではない。太陽は最終的に惑星状星雲爆発を起こし、白色矮星になります。白色矮星の周囲に惑星が存在する可能性もある。

人間の観測方法が進歩するにつれ、天文学者は実際に白色矮星の周りを回る惑星をいくつか発見した。

2020年9月16日、国際的に権威のある学術誌「ネイチャー」は、アメリカの科学者チームが木星サイズの惑星が白色矮星を周回している証拠を初めて発表したという記事を掲載した。さらに、2022年2月、イギリスの天文学者は、地球から117光年離れたWD1054-226という番号の白色矮星の近くの「居住可能」領域に惑星が存在する可能性があることを発見しました。

地球は「太陽の危機」から逃れ、回避できるのか？

2078年、地球は太陽の「ヘリウムフラッシュ」危機に遭遇するが、これが映画の中で人類が「放浪」を決意する鍵となる。

ヘリウムフラッシュは太陽の進化における重要なリンクであり、地球が太陽によって「焼かれる」生と死の瞬間でもあります。

「太陽が光っている理由は、太陽の中心部で核反応が起こり、水素が融合してヘリウムが作られているからだ。このプロセスで水素が徐々に消費され、太陽の中心部の崩壊につながる。同時に、太陽の中心部の外側のエンベロープは高圧下で膨張する」と南京大学天文宇宙科学学院の陳鵬飛教授は記者団に語った。 「ヘリウムを主成分とする太陽の中心部が徐々に収縮するにつれ、その温度はどんどん高くなります。温度が約1億度に達すると、ヘリウムに点火し、大量のヘリウムが数分以内に核融合反応を完了します。放出されるエネルギーは莫大で、放出される光は突然約50倍に増加します。このプロセスがヘリウムフラッシュです。」

太陽が赤色巨星に進化してから50億年以上経つと、表面温度は現在の5,700度から約3,000度に低下する可能性があり、その頃には太陽の中心部の水素は完全に消費されているだろう。 「流浪地球2」の科学顧問で中国科学院物理研究所の研究員である梁文潔氏は、「ヘリウムフラッシュは通常、赤色巨星の進化の末期に発生します。赤色巨星の段階では、太陽は地球の軌道まで膨張し、表面温度は約3,000度に達しますが、地球の岩石の融点は2,000度以下です。したがって、赤色巨星段階での温度変化であれ、ヘリウムフラッシュの突然の発生であれ、地球を溶かすことになります」と語った。

50億年以上も経てば地球存亡の危機が避けられないのなら、太陽の「膨張期」にあらかじめ太陽の端を避けて軌道を変えて別の場所を探し、ヘリウムフラッシュなどの危機が解決したら地球本来の軌道に戻ることは可能なのだろうか？

梁文傑氏は、太陽危機が解決した後、地球が元の軌道に戻ったとしても、地球にとって大した意味はないと考えている。「なぜなら、その頃には太陽は老化期に入っており、太陽が発する熱では地球上の生命を維持できないはずだからだ。太陽系の木星、土星、天王星、海王星は、太陽から遠く離れているため、惑星の温度がマイナス100度から200度で、すべて凍結惑星だ。地球が依然として太陽に戻ってエネルギーを得ようとするなら、軌道を絶えず修正して太陽に近づく必要があるが、最終的には太陽の『大火球』はやはり『消える』だろう。」

「一時的に『家から逃げる』ことが可能だとしても、地球は加速して元の軌道から離れ、その後減速する必要がある。速度調整のプロセスは非常に長く、地球上で膨大なエネルギーを消費する。これは大規模なプロジェクトだ。さらに、地球の現在の軌道に戻って太陽に近づくにはリスクがある」と梁文傑氏は語った。

もし私たちが太陽を諦めて他の星を探したら、より大きな困難に直面することになるだろう。郭立軍氏は、地球が新たな宇宙の「生息地」を選び、周回する新たな恒星を選んだ場合、それは地球が新たな惑星の軌道に「適応」しなければならないことを意味すると考えている。次に、軌道に入る速度、方向、エネルギーなどを正確に測定する必要があります。現在の人類の技術では、短期間で惑星の軌道投入を達成することは困難だろう。

核融合はより良い「放浪」解決策となるでしょうか?

この映画では、人類は山移動計画、箱舟計画、月追跡計画、デジタルライフ計画を通じて、終末の日が来たときに生き残る方法を見つけようとします。結局、何万もの巨大な惑星エンジンが、地球を「放浪の旅」へと推進させる希望となる。

梁文傑氏は、惑星エンジン、月面エンジン、月ごとの計画の物理的影響、そして月の爆発の仕方についてアドバイスを提供した。同氏は「芸術的な観点から言えば、映画の中で地球が『さまよう』様子は素晴らしい想像力だが、現在の科学レベルでは実現が難しい」と語った。

梁文傑氏は次のように説明した。「地球自体は固い岩石ではありません。地殻の下40～70キロは溶岩で、卵のような構造をしています。1万台以上のエンジンを動かして地球を100年だけ『歩かせる』としたら、エンジンが地球に及ぼす圧力は地球が耐えられないほどで、『卵』の殻を破ってしまいます。エンジンがゆっくりと加速し、徐々に最大出力に達すると、地球の『放浪』時間はさらに長くなり、数万年になることもあります。この『放浪』期間中に地球に何が起こるのか、地球に何が起こるのか、人類の文明が何を経験するのか、予測するのは困難です。」

「しかし、エネルギー供給方法を考慮すると、制御核融合は、依然として大きな技術的課題に直面しているものの、期待する価値がある」梁文傑氏は、核融合とは2つの原子核が高温条件下で衝突し、最終的に結合して新しい原子核を形成し、その際に膨大な量のエネルギーが放出されるプロセスであると紹介した。核融合で発生したエネルギーを長期にわたり安定的かつ継続的に出力することが鍵となります。これを達成するには、多くの技術的な困難を克服する必要があります。

しかし、水素の核融合が実現し、人類に大量のエネルギーを提供できるようになったとしても、核融合に必要な重要な原料である重水素と三重水素は地球の海水中にほとんど存在せず、また、核融合の原料であるヘリウム3の埋蔵量も極めて少ない。したがって、現在人類が所有する資源の総量を考慮すると、核融合のエネルギーは地球を太陽系から脱出させるにはまだ不十分です。

では、『流転の地球2』のように「石を燃やして」重核融合反応でエネルギーを得ることは可能なのでしょうか？梁文傑氏は、重核融合とは、核エネルギーを得るためにケイ素や酸素などの比較的重い元素を核融合物質として使うことを指すと述べた。重水素、三重水素、ヘリウム3を原料とする軽い核融合と比較すると、重い核融合が核融合エネルギーを得る効率は非常に低い。地球の地殻の大部分はケイ素と酸素で占められていますが、重元素の原子核間の巨大な静電反発力を克服し、核融合反応を起こさせるためには、より高い温度と強い圧力が必要です。反応温度は摂氏数十億度に達する必要がある可能性があり、これは人類の現在の技術力に大きな挑戦となります。

宇宙には放浪惑星が存在するのでしょうか?

もし地球がいつか「放浪」の旅に出なければならなくなったら、広大な宇宙で同じ苦しみを抱えた天体に出会うことができるだろうか？

「流浪地球2」の科学顧問で中国科学院国立天文台の研究員である郭立軍氏は、宇宙には恒星を周回しないタイプの惑星、すなわち流浪惑星が存在すると紹介した。現在、人類は約 100 個の惑星を発見しており、大きいものは木星の約 10 倍の大きさで、小さいものは地球に近い位置にあります。

「現在の私たちの理解によれば、放浪惑星が形成される方法は2つ考えられます。1つは、惑星自体が形成されるときにのみ存在する場合です。もう1つの可能性は、惑星が恒星系から「放出」されることです。」郭立軍氏は例を挙げた。より大きな恒星が太陽系の近くにある場合、太陽系の最も外側にある惑星が重力の影響で本来の軌道から外れ、最終的に太陽系から離脱する可能性があります。

「流浪地球2」の科学顧問で中国科学院物理研究所の研究員である梁文潔氏は、別の仮説を提示した。大きな恒星は進化の終わりに激しい爆発、つまり超新星爆発を起こし、大量の星間物質を放出するだろう、というものである。 「このとき、恒星の近くの惑星は本来の軌道から外れ、放浪惑星になる可能性がある。」

近年、観測技術の向上により、人類によって次々と発見されるようになった。 2018年8月、アメリカの科学者らは、木星の約12倍の質量を持つ惑星が地球から約20光年離れた場所で単独に漂っており、どの恒星にも付着していないことを確認した。これは電波望遠鏡を使って発見された最初の流浪惑星でした。

2020年、アメリカとポーランドの天文学者は、マイクロレンズ効果の助けを借りて、現在までに知られている中で最も小さい浮遊惑星を発見した可能性があると、天体物理学ジャーナルレターズに記した。その「重さ」は地球の約10％である。

「放浪惑星は光を発しないため、検出が困難です。偶然の出来事によって発見されることが多いため、検出器によって検出される時間は非常に短いです。このことが、放浪惑星に関する研究が現在限られていることにもつながっています。」郭立軍氏は、現在の人類の技術水準では、惑星に生命が存在するかどうかを判断することは不可能だと述べた。

梁文傑は、生命の存在にはアミノ酸、炭素、水素などの生命を構成する要素だけでなく、適切な温度も必要であると分析した。 「宇宙の進化により、時には天体に有機物が放出されるが、有機物が生き残るためには適切な温度が必要だ。遊星は熱を発生せず、熱を供給する恒星もないため、宇宙で最も低い温度に達するまで冷え続ける。このような低温では生命を育むことは難しい」と梁文傑氏は語った。

出典：科技日報、内モンゴル科学技術協会「クラウド科学普及」アプリ

編集者：喬宇新

レビュアー: Naren Na Zhao Lewen