Q&A: 他の惑星の居住可能性を評価する方法

最近では、太陽系外惑星の発見はどれも興奮に満ちており、天文学者はそれぞれの遠い世界を精査し、その特徴を検討している。しかし、確認された太陽系外惑星の数が数千に上ると、この作業はすぐに退屈になるかもしれない。そうなると、天文学者、特に宇宙生物学者は、惑星をその興味深さに応じてふるいにかけなければならなくなる。来月発表される新しい論文では、このプロセスを容易にする新しい 2 段階のランキング システムについて説明している。詳細を聞くため、宇宙生物学者のディルク・シュルツェ・マクフ氏に話を聞いた。

他の宇宙生物学の基準とは異なり、この新しいシステムは、居住可能性が液体の水がある岩場だけに当てはまるとは想定していない。新しい論文の第一著者でワシントン州立大学の宇宙生物学者、ダーク・シュルツェ・マクフ氏は、研究チームはできるだけ偏見を持たないようにしたかったと語った。

彼らが提案した地球類似性指数は、惑星や衛星の大きさ、密度、軌道距離、および恒星の大きさと温度に注目し、これらを地球と比較します。対となる惑星居住可能性指数は、何らかの安定した基質、エネルギー源、適切な化学反応、および必ずしも水ではない液体溶媒を保持する可能性の存在に基づいています。どちらも 0 から 1 までのスケールを使用します。

では、宇宙で地球に最も似た居住可能な場所（ここ以外）はどこでしょうか？ 急増する太陽系外惑星群の中では、指数 0.74 のグリーゼ 581d です。PHI は異なる結果を示しており、最良の選択肢は指数 0.64 のタイタンであるようです。ちなみに、火星は 0.59 です。

しかし、これらの数字は、それを裏付けるために使用されたデータと同じくらいしか意味がないので、研究者たちは更新と改善の余地があると強調している。

PopSciは、双子指数について、またそれが天文学者が銀河間の分類を行うのにどのように役立つかについてさらに詳しく知るために、シュルツェ・マクフ氏に話を聞きました。

PopSci: 居住可能な太陽系外惑星が複数存在するのはなぜだと思いますか?

ディルク・シュルツェ・マクフ氏：現在、私たちが発見した太陽系外惑星は、検出が容易なガス惑星に大きく偏っています。しかし、研究が進むにつれて、地球に似た惑星にどんどん近づいています。そのほとんどはまだスーパーアースです。

私がとても興味を持っている惑星の 1 つは、地球の約 10 倍の質量を持つグリーゼ 581d です。赤色矮星の周りを回っているため、太陽ほど明るくはありません。中心星に近い軌道を回っていますが、太陽系の基準で考えると、基本的に火星のような軌道を回っています。火星は地球に比べるとかなり小さいですが、もし太陽系内の火星が地球の 10 倍の質量で、磁場と厚い大気を持っていたとしたら、液体の水の海があるでしょう。その意味では、居住可能な惑星になります。

私たちが考案した計画のポイントは、すでに発見されている、あるいはこれから発見されるであろう多くの太陽系外惑星を優先順位付けし、分類することです。現在、確認されている太陽系外惑星は 700 個以上、未確認のものは 1,500 個ほどあります。そして、その数はまもなく数千個に達するでしょう。特に予算が厳しいこの時期には、資源は限られているため、どこに資源を投入するかを真剣に考える必要があります。生命にとって興味深い惑星はどれで、研究したい惑星はどれでしょうか。

私たちの太陽系には、宇宙生物学の観点から興味深い惑星が 15 個ほどしかありません。しかし、太陽系外惑星が数多く発見されているため、私たちはリソースを結集する必要があります。そのうちのいくつかは、実際には比較的近いところにあります。グリーゼ 581 系は 20 光年離れています。遠いですが、全体的に見るとそれほど遠くはありません。ですから、これは私たちにとって本当に興味深いものです。

では、この新しい分類体系はどのように機能するのでしょうか? なぜタイタンは火星よりもよく見えるのでしょうか?

私たちは 2 つの指標を提案しています。1 つは地球類似度指数で、大きさと、その惑星が地球にどれだけ似ているかに基づいています。2 つ目は惑星居住可能性指数です。こちらでは、非常にオープンな考え方で、異なるアプローチを採用しています。従来の居住可能ゾーン、つまり水が液体の形で存在できる地球のような軌道上にない惑星が存在する可能性があります。この指数では、[土星の衛星タイタン] は火星の上に出ています。

その理由は、タイタンの大気が比較的濃く、窒素とメタンで構成されているからです。実際、タイタンは初期の地球に非常に近いのです。タイタンには炭化水素の湖があり、液体溶媒がありますが、その溶媒は水ではありません。炭化水素が溶媒として利用できる可能性があります。炭素は有機物に非常に適していることが分かっており、タイタンには複雑な炭素化合物が多数存在するため、これは注目すべき点です。

もう一つの例はエウロパです。NASAが先週発表したように、エウロパの衛星の氷の下には液体の海があります。

居住性とは実際どういう意味ですか? 研究している場所と関連しているものをどのように定義しますか?

いくつかのパラメータがあります。たとえば、惑星に大気があるかどうかです。炭素があるかどうか。窒素とリンを探します。宇宙放射線から惑星を守る磁場があるかどうか。惑星の表面に安定した液体溶媒があるかどうか。

こうした分類では、私たちは意図的に地球中心ではありません。液体の水がなければならないとか、地球が太陽の周りを回っているような軌道上になければならないと言っているわけではありません。私たちは有機化合物を探しますが、それがアミノ酸である必要があるとか、そういうことではありません。

私たちの条件の 1 つは、生物が光合成できる場所を確保することです。ここ太陽系では、それは水星から土星までずっと広がっています。もちろん、地球、火星、金星はより適した領域にありますが、理論的には土星まで可能です。したがって、光出力の少ない褐色矮星がある場合、惑星は光合成に十分な光が得られる場所にもっと近くなければなりません。私たちはできる限りオープンマインドでいようと努めました。

ケプラー宇宙望遠鏡 (およびコロー望遠鏡) によって太陽系外惑星がさらに発見されるにつれて、私たちは生命が見つかった場合、それがどのようなものになるかについて、より慎重に考えるようになりました。SETI 研究所のセス・ショスタク氏は、知的な生物システムだけでなく、知的な機械も探すべきだとさえ示唆しています。あなたの新しいシステムでは、知的な生命や機械を宿す可能性のある惑星を考慮に入れているのでしょうか?

私たちのアプローチは、生命全般です。以前の論文では、生物学的複雑性指数がありました。特定の複雑な微視的生命に対して、私たちはパラメータを定義し、この惑星にはより複雑な生命が存在する可能性があると述べました。しかし、これはあまりにも推測的すぎると考えました。微生物や一般的なレベルでは、はるかに良い考えがあるので、一般的な居住可能性指数を作成する方が簡単でしょう。

地球にとって、外部の観測者にとって、どんな種類の宇宙船でも発見するのは非常に難しいでしょう。小さすぎるからです。しかし、発見されるのはオゾンとメタンです。これらの化合物は安定していません。常に再生されなければなりません。再生されなければ、これらの化合物から二酸化炭素が生まれます。しかし、私たちはオゾンとメタンを測定しています。つまり、何らかの平衡があり、何かが生成されているということです。これは、生命の一般的な生物学的特徴です。

知的生命体にも当てはまるかもしれないが、500 万年前にこの惑星のようなものが存在していたとしたらどうなるだろうか? 複雑な生命体が存在したとしても、決して知的ではない可能性がある。

この新しい分類の潜在的な欠点は何でしょうか?

DSM:私たちにできないことの 1 つは、惑星の歴史を研究することです。私たちは常に特定の時点での ti を観測しています。これは火星の場合特に重要です。現在の火星は、惑星の居住可能性という点ではタイタンより下です。しかし、形成から 5 億年後の古代の火星には、海があったようです。堆積物があり、川が流れていました。当時はまだ磁場があり、大気はより厚かったのです。したがって、古代の火星はその指標ではるかに高いスケールだったはずです。しかし、これは現在観測している太陽系外惑星からはわかりません。火星は今でもかなり高い位置にありますが、過去にはもっと高かったこともあり、このことから火星に生命が存在する可能性が高いと推測できます。しかし、太陽系外惑星ではそれができません。

私たちは、好ましいターゲットが漏れないようにしたいだけです。太陽系外惑星を発見した人々が「これは地球の軌道上にはなかったので、当然チャンスはない」と言ったとしても、私たちは客観的に何らかの基準を持ちたいのです。「これは地球のような惑星ではないが、そこに存在する可能性のあるエキゾチックな生命体にとっては非常に興味深い惑星だ」と言えるような基準です。

他の惑星に生命が見つかるのはいつだと思いますか?

発見はまず太陽系で起こると思いますが、火星とタイタンがその可能性が最も高い場所だと思います。火星は歴史と地球への近さからおそらく最も可能性が高いでしょう。2つの惑星の間を移動できる小惑星があることはわかっています。初期の地球に生命が存在し、火星が生命にとって非常に適していたことがわかれば、火星にも生命が存在するはずです。あとはそれを見つけて確認するだけです。

タイタンの場合、可能性は低いですが、さらにエキサイティングです。生命が見つかったとしても、それは珍しいものになるでしょう。私たちの生化学とはまったく異なるものになるでしょう。タイタンにはエタンとメタンの湖があり、まったく異なります。それはおそらく、生命の起源が別にあったことを意味します。私にとって、それが最もエキサイティングなことです。火星でも、非常にエキサイティングですが、生命の初期の進化についてしか言えません。宇宙で生命がいかに一般的であるか、そしてどれほど異なっているかについては言えません。

太陽系外惑星では、何らかの生命の痕跡が見つかるかもしれません。しかし、これほど遠い距離では、確認するのは非常に困難です。宇宙生物学をやるなら、本当に間近で直接観察する必要があります。それがどのように行われるのかはわかりません。信号を送っているのが知的文明か何かでない限りは。しかし、「あれは生命にとって非常に適した惑星だ」と言うことはできます。生命が存在するかどうかを証明するのは、信じられないほど難しいでしょう。