3D気候モデリングは、遠く離れた地球外生命体の兆候の探索を微調整できる可能性がある
アラン・ボイル著
天文学者たちは惑星を持つ恒星を数千個特定しており、次世代の望遠鏡が次々と稼働すれば、その数はさらに急速に増加する可能性があります。しかし、生命を探すのに最適な場所はどこなのでしょうか？
新たに発表された研究は、私たちの天の川銀河で最も多く存在するカテゴリーの星、M型矮星（赤色矮星としても知られる）に焦点を当てており、宇宙生物学者にとって良いニュースと悪いニュースをもたらしている。
良いニュースとしては、大気化学の 3D 気候モデリングにより、惑星の潜在的な居住可能性についてより包括的な評価を行うことができるということです。
基本的なレベルでは、惑星系の居住可能領域は、水が沸騰したり凍ったりすることなく液体の状態を保つのにちょうどよい量の放射線を受ける、恒星の周囲のドーナツ型の領域として定義されます。
宇宙生物学者がこの基準から出発するのは、地球上では液体の水が存在するほぼあらゆる場所で何らかの生命体が見つかる可能性があるからです。しかし、地球外の恒星、特にM型矮星の場合、状況はより複雑です。
今週アストロフィジカル・ジャーナルに掲載される予定の新たな研究結果は、活動的なM型矮星を周回する惑星は紫外線による蒸発で大量の水を失いやすいという見解を裏付けている。
さらに、オゾン層が薄すぎる惑星は、大気を透過する紫外線が多すぎる可能性があります。たとえ表面に液体の水が存在したとしても、その放射線は私たちが知る生命に致命的な打撃を与えるでしょう。
アストロフィジカル・ジャーナル誌に掲載された論文で説明されているコンピュータモデルは、地球外惑星の大気圏における化学反応を3D気候モデルを用いてモデル化したものです。このアプローチは、居住可能性を判断するプロセスに文字通り新たな次元を追加します。
「3次元光化学は加熱や冷却をもたらし、惑星系の熱力学、さらには大気の構成に影響を及ぼす可能性があるため、非常に重要な役割を果たしている」と、ノースウェスタン大学博士課程のハワード・チェン研究主任著者はニュースリリースで述べた。
「こうしたモデルは、計算コストが高すぎるため、岩石惑星を研究する太陽系外惑星の文献ではほとんど使われていません」とチェン氏は述べた。「巨大ガス惑星やホットジュピターといった、はるかに大きな惑星を研究する他の光化学モデルは、気候を研究する際に化学を無視できないことを既に示しています。」
研究チームの発見は、太陽系外惑星の中で最も近いプロキシマ・ケンタウリbで生命を発見できるという希望に水を差すものとなるだろう。プロキシマbは厳密には親星であるM型矮星のハビタブルゾーン内にあるが、その親星は強いフレアを放出している。
天文学者たちは既に、プロキシマbの放射線環境が問題となる可能性があることを指摘している。これは、以前に生命居住可能と判断された別のM型矮星系外惑星、TRAPPIST-1 eにも当てはまる。今回発表された論文は、この悲観的な見方を裏付けている。
「プロキシマbやTRAPPIST-1eのような惑星の居住可能性を必ずしも否定するものではないが、M型矮星の周りの惑星の恒星放射線環境により、地球型惑星で水蒸気を維持することが非常に困難になる可能性があるという考えを裏付けるものだ」と、研究の共著者でコロラド大学ボルダー校の天文学者エリック・ウルフ氏は述べた。
ウルフ氏は、ワシントン大学に本部を置くNASA宇宙生物学研究所の仮想惑星研究所に所属しています。彼と彼の同僚は、天の川銀河の恒星の約70%を占めるM型矮星の周りの惑星に存在する可能性のある条件に多大な注意を払ってきました。
「これらの惑星は、火山活動の継続によって長期間にわたってガスが放出された、いわゆる二次大気を持っている可能性があります。現在私たちが享受している地球の大気は二次大気であることに留意してください」とウルフ氏はGeekWireへのメールで述べた。「しかし、M型矮星による活発な恒星活動が継続すると、二次大気から水蒸気が剥ぎ取られ、長期的には惑星が乾燥し、居住可能性に重大な脅威となる可能性があります。」
ウルフ氏は、すべて悪いニュースではないと述べた。「ハワード氏の論文は、理想的な惑星のターゲットは紫外線静かな恒星の周りで見つかる惑星であり、さらに言えば、恒星は生涯を通じて静かであることを示しています」と彼は述べた。
今後数年間で、NASA のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡やその他の次世代観測所により、惑星発見のペースが加速し、さらには太陽系外惑星の大気の分析も可能になると期待されています。
「宇宙にはたくさんの恒星や惑星が存在します」と、この研究の筆頭著者であるノースウェスタン大学の惑星科学者ダニエル・ホートン氏は述べた。「私たちの研究は、望遠鏡を向けるべき場所の数を絞り込むのに役立つでしょう。」
「3D化学-気候モデルで評価した温暖なM型矮星系外惑星の居住可能性と分光観測可能性」と題されたアストロフィジカル・ジャーナルの論文の著者には、チェン、ウルフ、ホートンに加え、チューチャン・ジャンも含まれている。
