地球上の生命がこれほど長く存続してきたのは宇宙の奇跡である

トビー・ティレルはサウサンプトン大学の地球システム科学教授です。この記事はもともと The Conversation に掲載されました。

ホモ・サピエンスが誕生するまでに、進化は30億年から40億年かかりました。もし、その期間に一度でも気候が完全に崩壊していたら、進化は急停止し、私たちは今ここには存在していなかったでしょう。ですから、私たちが地球上でどのように存在するようになったかを理解するには、地球が何十億年もの間、生命に適した状態を保ってきた理由を知る必要があります。

これは些細な問題ではありません。現在の地球温暖化は、気候が数世紀の間にも大幅に変化する可能性があることを示しています。地質学的時間スケールでは、気候を変えることはさらに簡単です。計算によると、地球の気候は、わずか数百万年で氷点下または沸点以上に悪化する可能性があります。

また、生命が最初に進化して以来、太陽の明るさは 30 パーセント増加していることもわかっています。理論的には、初期の地球では海は一般に凍結していなかったため、このため今ごろは海が沸騰しているはずです。これは「暗い若い太陽のパラドックス」として知られています。しかし、どういうわけか、この居住可能性のパズルは解決されました。

科学者たちは主に2つの理論を提唱している。1つ目は、地球がサーモスタットのようなもの、つまり気候が致命的な温度にまで上昇するのを防ぐフィードバック機構（または機構）を備えているというものだ。

2 つ目は、多数の惑星のうちいくつかは運よく生き延びただけかもしれないということであり、地球もその 1 つです。この 2 番目のシナリオは、ここ数十年で太陽系外の惑星、いわゆる太陽系外惑星が数多く発見されたことで、より現実味を帯びてきました。遠方の恒星の天文学的観測から、多くの恒星の周りを惑星が回っており、その大きさ、密度、軌道距離が、理論的には生命が存在できる温度である可能性があることがわかります。私たちの銀河系だけでも、そのような候補惑星が少なくとも 20 億個あると推定されています。

科学者たちは、これらの太陽系外惑星を訪れて、地球の数十億年にわたる気候の安定に匹敵するものがあるかどうかを調べたいと願っている。しかし、最も近い太陽系外惑星、プロキシマ・ケンタウリを周回する惑星でさえ、4光年以上も離れている。観測や実験による証拠を得るのは困難だ。

その代わりに、私は同じ疑問をモデル化によって探求しました。地球だけでなく、惑星全般の気候の進化をシミュレートするように設計されたコンピューター プログラムを使用して、まず、それぞれがランダムに異なる一連の気候フィードバックを持つ 10 万個の惑星を生成しました。気候フィードバックは、気候変動を増幅または減少させる可能性のあるプロセスです。たとえば、北極の海氷が溶けて、太陽光を反射する氷が太陽光を吸収する外海に置き換わり、さらに温暖化と氷の融解が進むことを考えてみてください。

これらの多様な惑星がそれぞれ、膨大な（地質学的）時間スケールで居住可能な状態を維持する可能性を調べるために、私はそれぞれを 100 回シミュレーションしました。各回、惑星は異なる初期温度から始まり、ランダム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（ピナツボ山に似ていますが、はるかに大規模）や小惑星の衝突（恐竜を絶滅させたものなど）などの気候を変える要因を表しています。100 回の実行ごとに、惑星の温度は、高温または低温になりすぎるか、または 30 億年存続するまで追跡され、その時点で、知的生命のるつぼになる可能性があると判断されました。

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運の重要性という点では、この居住可能性の問題に明確な答えを与えている。惑星が強力な安定化フィードバックを持ち、ランダムな気候イベントに関係なく 100 回すべて居住可能な状態を維持することは非常にまれ (実際、10 万回に 1 回のみ) である。実際、少なくとも 1 回は居住可能な状態を維持した惑星のほとんどは、100 回のうち 10 回未満であった。シミュレーションで惑星が 30 億年間居住可能な状態を維持したほぼすべての場合において、それは部分的には運によるものであった。同時に、運だけでは不十分であることが示された。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、居住可能な状態を維持できなかった。気候イベントに振り回されるランダム ウォークは、最後まで持続しなかった。

結果は部分的にはフィードバックに、部分的には運に左右されるというこの全体的な結果は、堅牢です。モデリングに対するあらゆる種類の変更は、それに影響を与えませんでした。したがって、地球は気候を安定させるフィードバックを何らかの形で備えているに違いありませんが、同時に、地球が居住可能な状態を維持するには幸運も関係しているに違いありません。たとえば、小惑星や太陽フレアが今より少し大きかったか、少し異なる（より重要な）時期に発生していたら、私たちはおそらく今日地球上にいないでしょう。これは、地球の驚くべき、非常に長い歴史、進化し、多様化し、ますます複雑になり、私たちを生み出すようになった生命の歴史を振り返ることができる理由について、別の視点を与えてくれます。