太陽系の外に生命を探す際には、惑星が運行するシステムについて考える必要があります。そこには、宇宙を旅する惑星に伴う他の惑星やさまざまなデブリも含まれます。
ここ数十年で、惑星系の形成に関する私たちの理解は劇的に変化しました。惑星形成を穏やかで比較的滑らかな過程と捉える初期の理論に代わって、新たな理論が登場しています。
太陽系の形成、そして一般的な惑星形成について、現在最も有力なモデルでは、後期段階は激しく、破局的な巨大衝突に支配されていたとされています。
惑星の衝突――安定性と生命
太陽系には、こうした激しい惑星形成を示す証拠が数多くあります。太陽に最も近い水星は、小さく不毛な世界です。かつて現在の2倍の大きさだった惑星の、砕けた核だと考えられています。
惑星形成の終盤、その惑星は かすめるような衝突 を受け、地殻とマントルを剥ぎ取られました。その結果、砕けた残骸が残り、現在の姿となっています。
地球と月の系も、巨大衝突の名残の一例です。この衝突には、 原始地球と火星サイズの惑星が関与したと考えられています。
この衝突は水星に関わったものより幾分穏やかでしたが、それでも地球のマントルと地殻を剥ぎ取り、デブリの雲を残しました。それが集積して月を形成しました。
火星の「半球二分性」――一方の半球が高地で、もう一方が低地であること――は、 惑星をほぼ粉砕するほどの衝突の結果であり、半球全体に広がるクレーターを残した可能性があると、火星に関する最近の研究は示唆しています。
太陽系の他の惑星に対して90度傾いた、天王星の特異な自転も、 別の例かもしれません 。 金星のゆっくりとした自転も同様かもしれません。
巨大衝突が惑星形成過程に不可欠な要素であることは明らかですが、太陽系では、そうした衝突は形成初期のごく早い段階で終わりました。他の惑星系は それほど幸運ではないかもしれません。
しかし、地球のような惑星が関わる巨大衝突には、思いがけない利点があるかもしれません。
巨大衝突と巨大衛星
私たちの月は太陽系の中でも特異な存在です。母天体に対する比率で見ると、他の惑星の衛星よりはるかに大きく、すべては巨大衝突によって形成された結果です。
母天体に対する比率で月に匹敵する規模の衛星は、他には、太陽系外縁の海王星以遠領域にある小天体を周回するものしか見られません。
そのような系の最も有名な例は、 準惑星冥王星の周辺です。冥王星最大の衛星カロンは、母天体の約6分の1の大きさです。地球と月の系と同様に、冥王星系や太陽系の奥深くにある他の系も、 巨大衝突の結果だと考えられています。
巨大衝突によって、ときに、他の点では通常の天体の周りに巨大な衛星が生まれるという事実は、私たちの話にとって重要です。月の存在は、地球の居住可能性に寄与した要因として挙げられてきたからです。
地球の自転軸がカオス的に大きく変動するのを安定させたという役割から、若い衛星によって地球上に生じた広大な潮間帯が生命の起源となった可能性まで、月は 地球の居住可能性をめぐる議論にたびたび登場します。
しかし最近の研究は、月の存在は、かつて考えられていたほど生命にとって重要ではないかもしれないと示唆しているようです。実際、月がほんの少し大きかったなら、地球は はるかに居住しにくくなっていた可能性さえあります。
総合すると、大きな衛星の存在は、あったとしても、惑星にとって小さな利点と見なすのがせいぜいだということが示唆されます。月の真の影響が不確かな以上、太陽系外の地球型惑星の周りにそのような衛星がないことだけを理由に、その候補を調査対象から外すべきではありません。
衝突と水の起源
すべての衝突が悪いわけではないことに留意すべきです。惑星形成に関する最良のモデルによれば、地球は 乾燥した不毛な状態で 形成されたはずです。原始惑星系星雲の水が凍って氷になるには、地球は太陽に近すぎるからです。
若い地球が含水ケイ酸塩岩の形で得た少量の水を除けば、地球の水の大部分は外部からもたらされたに違いありません。若い地球が小惑星や彗星から受けた激しい衝突は、私たちが知る生命にとって不可欠な 水をもたらした ことでしょう。
月を形成した衝突によって、この問題はさらに深刻になりました。その巨大衝突は、原始地球が分化した後に起きました。鉄やニッケルなどの重い元素は、すでに地球の核に沈んでいました。そのため、衝突で剥ぎ取られた地球のマントルと地殻には、当時の地球の水の大部分も含まれていたはずです。
月の形成後に起きた小惑星や彗星の衝突がなければ、地球はおそらく乾燥し、生命のない世界になっていたでしょう。しかし衝突は確率的な偶然の出来事です。惑星系によっては、そこにある地球型惑星へ揮発性物質を届けるという観点から、構造が好ましくない場合もあります。
一方、「ホットジュピター」――木星のような惑星が、太陽を回る水星よりもはるかに近い距離で母星を公転するもの――の形成と進化に関する研究は、こうした惑星が内側へ移動する際に、膨大な量の揮発性物質を引き連れてくる可能性を示唆しています。
こうしたモデルでは、系の内側に非常に多くの水がもたらされるため、形成される地球型惑星は水の惑星となり、深さ数百キロメートルの海に覆われます。
そのような世界には生命が満ちている可能性がありますが、検出は容易ではないでしょう。実際、大陸がなければ、海はほぼ完全に生命のないものとなり、栄養源は海底の火山だけになるかもしれません。
そのような水の惑星に生命が存在するとしても、海中の非常に深い場所に埋もれている可能性があり、その兆候を見つけるのはきわめて困難でしょう。特に、数十光年、あるいは数百光年の距離からではなおさらです。そのため、海洋惑星は、地球以外の場所で生命を探す初期段階において、有望な対象とはなりにくいでしょう。
しかし、まだ続きがあります……
居住可能性をめぐる話は複雑であり、惑星が運行するシステムの影響について、私たちはまだ表面をなぞったにすぎないことは確かです。
ある惑星系が生命を宿す環境として適しているかを評価する際に考慮すべき要因は、今後さらに明らかになるに違いありません。これらの惑星を宿す恒星の観測についても同じことが言えます。
実のところ、それこそが科学の喜びの一部です。新たに何かを学ぶたびに、答えが待たれる疑問がさらに十数個生まれます。
この記事は The Conversationとの共同掲載です。掲載は、世界経済フォーラムがその見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Jonti Hornerは、University of Southern Queenslandの副学長付き上級研究員です。Belinda Nicholsonは、University of Southern Queenslandの博士課程候補者です。Brad Carterは、University of Southern Queenslandの准教授（物理学）です。
画像：この想像図は、2008年9月19日に公開されたもので、牡羊座における惑星衝突を描いています。REUTERS/Lynette R. Cook/ UCLA/Handout