気候のフィードバックがそれぞれ無作為に異なる10万個の惑星についてコンピューターでモデル化したところ、生命が進化する可能性が予測されました。
地球上で数十億年かけて人類が進化するためには、惑星が気候を安定させるフィードバックをある程度備えている必要がある、と地球システム科学の教授であるトビー・タイレルは述べています。
しかし、居住可能な状態が維持されたことには、幸運も関わっていたに違いありません。
進化には30億〜40億年を要し、ホモ・サピエンスを生み出しました。その間に一度でも気候が完全に崩壊していれば、進化は急停止し、私たちは今ここに存在していなかったでしょう。したがって、私たちが地球上に存在するに至った経緯を理解するには、地球が数十億年にわたって生命に適した状態を保ってきた仕組みを知る必要があります。
これは容易な問題ではありません。現在の地球温暖化は、わずか数世紀のうちにも気候が大きく変化しうることを示しています。地質学的な時間スケールでは、気候の変化はさらに起こりやすくなります。計算によれば、わずか数百万年のうちに、地球の気候が氷点下や沸点を超える温度にまで悪化する可能性があります。
また、太陽は生命が初めて誕生して以来30%明るくなったことも分かっています。理論上は、海が今頼蒸発していてもおかしくなかったはずです。初期の地球は概ね凍結していなかったことから、これは「薄暗い若い太陽のパラドックス」として知られています。それでも、どうしてこの居住可能性の謎は解決されたのです。
科学者たちは主に二つの理論を提唱してきました。一つ目は、地球にはサーモスタットのような仕組み――気候が致命的な温度にまで変動するのを防ぐフィードバック機構（または複数の機構）――が備わっている可能性があるというものです。
二つ目は、多数の惑星のうち、幸運によって存続できたものが、たまたま地球だったというものです。この二つ目のシナリオは、近年数十年の間に太陽系外で多くの惑星が発見されたことにより、より説得力を増しています。これらは「系外惑星」と呼ばれています。遠方の恒星の天文観測から、多くの恒星が惑星を伴っていること、そしてその中には大きさ、密度、軌道距離が生命に適した温度を理論上実現しうるものがあることが分かっています。銀河系内だけでも、少なくとも20億個のそのような候補惑星が存在すると推定されています。
科学者たちは、これらの系外惑星を訪れ、そのいくつかが地球の数十億年にわたる気候の安定性に匹敵するかどうかを調べたいと切望しています。しかし、最も近い系外惑星でさえ、恒星「プロキシマ・ケンタウリ」を周回するものでも、4光年以上離れています。観測や実験による証拠を得ることは困難です。
代わりに、私は同じ問いをモデル化によって探究しました。（地球に限らず）惑星全般の気候変動をシミュレートするように設計されたコンピュータープログラムを用いて、まず10万個の惑星を生成し、それぞれに無作為に異なる気候のフィードバックを与えました。気候のフィードバックとは、気候変動を増幅または抑制しうるプロセスのことです。たとえば、北極の海氷の融解を考えてみてください。太陽光を反射する氷が、太陽光を吸収する開けた海に置き換わり、それがさらなる温暖化と融解を引き起こします。
これらの多様な惑星それぞれが、地質学的という非常に長い時間スケールにわたって居住可能な状態を保つ可能性がどの程度あったかを調べるため、各惑星を0回ずつシミュレートしました。各試行では、惑星は異なる初期温度から開始し、無作為に異なる一連の気候イベントにさらされました。これらのイベントは、超巨大火山の噴火（例えばピナトゥボ山の噴火をはるかに上回る規模のもの）や小惑星衝突（恐竜を絶滅させたものなど）などの、気候を変化させる要因を表しています。100回の試行それぞれにおいて、惑星の温度は、暑すぎるか寒すぎる状態になるまで、あるいは30億年間存続するまで追跡され、後者の場合には知的生命の揺りかごとなりえたものと判定されました。
シミュレーションの結果は、少なくともフィードバックと幸運の重要性という観点から、この居住可能性の問題に対して明確な答えを与えています。無作為な気候イベントにかかわらず、100回すべてで居住可能な状態を保つほど強力に安定化するフィードバックを惑星が持つことは非常にまれでした（実際、10万回に1回しかありませんでした）。実際、少なくとも一度は居住可能であり続けた惑星の大半は、100回中10回未満しか居住可能な状態を保ちませんでした。シミュレーションで惑星が30億年間居住可能であり続けた場合は、ほぼすべてのケースで、その一部は幸運によるものでした。同時に、幸運だけでは不十分であることも示されました。フィードバックがまったくないように特別に設計された惑星は、決して居住可能な状態を保てませんでした。気候イベントに翻弄される無作為な変動は、決して最後まで持ちこたえられませんでした。
この全体的な結果、すなわち結果がフィードバックと幸運の両方に一部依存するという点は頑健です。モデルのさまざまな変更を加えても、この結果は影響を受けませんでした。したがって、地球は気候を安定させるフィードバックをある程度備えているはずであると同時に、居住可能な状態を保つことには幸運も関わっていたに違いないということになります。たとえば、小惑星や太陽フレアがわずかに大きかったり、わずかに異なる（より決定的な）時点で発生していたりすれば、私たちは今日地球上に存在していなかったでしょう。この結果は、地球の並外れて長く続いた生命史――生命が進化し、多様化し、ついには私たちを生み出すまでにますます複雑化してきた歴史――を、私たちがなぜ振り返ることができるのかについて、異なる視点を与えてくれます。
