今年、天文学者は太陽系外の恒星を公転する、地球より大きな惑星を発見した。
研究によると、こうした「スーパーアース」は、別の惑星で生命を発見できる可能性が最も高い候補とみられており、地球より生命が存在しやすい可能性さえある。
現在の予測では、太陽系外の恒星を公転する惑星のうち、スーパーアースが最も一般的なタイプになる可能性がある。
天文学者は今や日常的に発見している太陽系外の恒星を公転する惑星。これらは系外惑星と呼ばれる。しかし2022年夏、NASAのトランジット系外惑星探索衛星の研究チームは、親星のハビタブルゾーンを公転する、特に興味深い惑星をいくつか発見した。
一方の惑星は地球より30％大きく、恒星を3日足らずで公転する。もう一方は地球より70％大きく、深い海をたたえている可能性がある。この2つの系外惑星はスーパーアースだ。地球より質量が大きく、天王星や海王星のような氷巨星より小さい。
私は天文学の教授で、銀河の中心部、遠方銀河、宇宙生物学、そして系外惑星を研究している。生命が存在する可能性のある惑星の探索を注視している。
地球は今も、生命の存在が確認されている宇宙で唯一の場所だ。地球の複製のような、地球に近い性質を持つ惑星を中心に生命を探すのが理にかなっているように思える。しかし研究によると、別の惑星で生命を発見できる可能性が最も高いのは、最近見つかったものに似たスーパーアースである可能性が高い。
ありふれていて見つけやすい
スーパーアースの大半は、太陽より質量が小さく、寿命がはるかに長い低温の矮星を公転している。太陽のような恒星1つに対して低温の矮星は数百個存在し、科学者たちは観測した低温矮星のうち40％を公転するスーパーアースを発見している。この数値をもとに、天文学者は天の川銀河だけでも、液体の水が存在しうるハビタブルゾーンに数百億個のスーパーアースがあると推定している。地球上の生命はすべて水を利用するため、水は生命の居住可能性に不可欠だと考えられている。
現在の予測では、系外惑星全体のおよそ3分の1がスーパーアースであり、天の川銀河で最も一般的な系外惑星のタイプとなっている。最も近いものは地球からわずか6光年しか離れていない。地球と海王星の質量の中間にあたる惑星が存在しないため、太陽系は珍しいと言えるかもしれない。
スーパーアースが生命探査の理想的な対象であるもう一つの理由は、地球サイズの惑星よりはるかに検出して研究しやすいことだ。天文学者が系外惑星の検出に使う方法は2つある。1つは惑星が親星に及ぼす重力の影響を探し、もう1つは惑星が恒星の前を通過する際に、星の光が短時間弱まる現象を探す。どちらの方法でも、大きな惑星のほうが検出しやすい。
スーパーアースは生命が非常に存在しやすい
300年以上前、ドイツの哲学者ゴットフリート・ヴィルヘルム・ライプニッツは、地球は「あらゆる可能世界の中で最善の世界」だと主張した。ライプニッツの議論は、なぜ悪が存在するのかという問いに答えるためのものだったが、現代の宇宙生物学者も、惑星を生命にとって住みやすくする条件は何かという類似の問いを探究している。実際には、地球はあらゆる可能世界の中で最善の世界ではない。
地球のプレート運動や太陽の明るさの変化により、気候は時とともに、海が沸騰するほどの暑さから、惑星全体が凍りつくような極寒まで大きく変動してきた。地球の45億年の歴史の大半で、人間をはじめとする大型生物は生存できなかった。シミュレーションによると、地球が長期にわたって生命の居住可能な環境を保てたことは必然ではなく、偶然の結果だった。人間が今生きているのは、文字どおり幸運によるものだ。
研究者たちは、惑星を生命にとって非常に適したものにする特性の一覧をまとめている。大きな惑星は地質活動が活発である可能性が高く、科学者たちはその特性が生物進化を促すと考えている。そのため、最も生命が存在しやすい惑星は、地球の約2倍の質量を持ち、体積は地球より20～30％大きいと考えられる。また、光が海底まで届いて生命を育めるほど浅い海があり、平均気温は華氏77度（摂氏25度）である。大気は地球より厚く、断熱材のような役割を果たす。さらに、生命が発達する時間をより長く得られるよう、太陽より古い恒星を公転し、強い磁場によって宇宙放射線から守られている。科学者たちは、これらの特性がそろうことで、その惑星は非常に生命が存在しやすくなると考えている。
定義上、スーパーアースは、非常に生命が存在しやすい惑星の特性を多く備えている。これまでに天文学者は、24個のスーパーアース系外惑星を発見している。あらゆる可能世界の中で最善とまでは言えなくとも、理論上は地球より生命が存在しやすい惑星だ。
最近、生命が存在しうる惑星のリストに、注目すべき新たな発見が加わった。天文学者は、系外惑星を発見し始めている。それらは恒星系から放出された惑星であり、数十億個が天の川銀河を漂っている可能性がある。スーパーアースが恒星系から放出され、濃い大気と水に覆われた表面を持つなら、数百億年にわたって生命を維持できる可能性があり、太陽が消滅するまで地球上で生命が存続できる期間よりもはるかに長い。
スーパーアースで生命を検出する
遠方の系外惑星で生命を検出するため、天文学者はバイオシグネチャー、つまり生物活動の副産物を探す。これらは惑星の大気中で検出できる。
NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、天文学者が系外惑星を発見する前に設計されたため、系外惑星の研究に最適化されていない。しかし、関連する観測の一部は可能で、運用初年度には生命が存在する可能性のあるスーパーアース2つを観測する予定だ。過去数年間に発見された大洋を持つ別のスーパーアース群や、この夏に発見された惑星も、ジェイムズ・ウェッブによる観測の有力候補となっている。
しかし、系外惑星の大気中に生命の兆候を見つける最大の機会は、次世代の大型地上望遠鏡、すなわち39メートルの超大型望遠鏡、30メートル望遠鏡、そして24.5メートルの巨大マゼラン望遠鏡によってもたらされるだろう。これらの望遠鏡はすべて建設中で、今世紀末までにデータ収集を開始する予定だ。
天文学者は生命の材料が宇宙に存在することを知っているが、生命が存在可能であることは、実際に生命が存在することを意味しない。研究者が地球外の生命の証拠を見つけるまでは、地球上の生命は唯一無二の偶然だった可能性もある。生命が存在可能な世界に生命の兆候が見られない理由は数多くあるが、今後数年にわたり天文学者が非常に生命が存在しやすいスーパーアースを観測しても何も見つからなければ、人類は宇宙が孤独な場所だと結論せざるを得ないかもしれない。
