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太陽系外生命体の探索における現実を検証する方法

太陽系外生命体の探索における現実を検証する方法

アラン・ボイル著

画像: 太陽面を通過する地球
地球が太陽の前を通過すると、太陽の光の一部が地球によって遮られます。太陽系外の観測者は、この太陽の暗化を検知し、地球の大気を研究できる可能性があります。(クレジット: Axel Quetz / MPIA / NASA)

過去10年間で、天文学者は生命が存在する可能性のある惑星を発見する能力に革命をもたらしました。そして、今後もさらに多くの発見が期待されます。問題は、生命が存在する可能性が最も高い場所を特定することです。そして、新たに発表された2つの研究は、全く異なる視点からこの問題に取り組んでいます。

ある研究は内向きの視点を取り入れています。もし私たちが宇宙人だったら、どうやって地球のことを知るのでしょうか？

現在、地球上の天文学者が利用できる最も優れた惑星検出方法は、惑星が親星の円盤を横切る際に生じる光の減光を利用することです。しかし、この減光は惑星の通過と呼ばれ、惑星と異星の恒星が地球と一直線に並んだ場合にのみ観測できます。

これは、地球が太陽を横切るのが見える空の狭い帯の中で、地球が異星の観測者によって発見される可能性が最も高いことを示唆している。

トランジットゾーン
この画像は、遠方の観測者が地球が太陽の前を通過するのを観測できる狭い太陽面通過帯を示しています。（クレジット：MPIAのアクセル・ケッツ / セントラルミシガン大学のアクセル・メリンガー）

宇宙生物学誌3月号に掲載されたこの研究は、地球のトランジットゾーンは地球から見える空のわずか0.2%に過ぎないと推定している。この帯状の領域に位置する、生命居住可能な可能性のある惑星は、地球外知的生命体探査（SETI）において最優先の課題となるべきだと、研究著者らは述べている。

「この戦略の重要な点は、探索範囲を空のごく一部に限定することです」と、マックス・プランク太陽系研究所の天文学者、ルネ・ヘラー氏はニュースリリースで述べています。「その結果、地球を発見した地球外天文学者がいるかどうかを知るのに、人間の寿命よりも短い時間しかかからないかもしれません。彼らは地球の生物起源の大気を検知し、地球に居る者と連絡を取り始めているのかもしれません。」

ヘラー氏と、この研究のもう一人の共著者であるマクマスター大学のラルフ・プドリッツ氏は、地球に接近する恒星のうち、地球と接触しようとしている可能性のある生命を宿す惑星が存在する可能性のある恒星は、約10万個あると推定している。また、彼らは、地球から3260光年以内にあることが知られており、生命居住可能な惑星が存在する可能性が高い、トランジットゾーンにある太陽に似た恒星を82個挙げている。

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これらの惑星のどれに生命が存在するのか、どうすれば確信できるのでしょうか？もう一つの研究は、NASAのジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が2018年の打ち上げ後に得ると予想される観測データの現実性を検証する方法を示唆しています。

ウェッブ望遠鏡は、太陽系をはるかに超える数千もの惑星の大気の成分、特に酸素の組成を解明するのに十分な性能を備えているはずです。地球では、酸素は生命の存在を示す「バイオシグネチャー」と考えられていますが、太陽系外惑星では必ずしもそうとは限りません。

例えば、天文学者たちはすでにHD 209458 bと呼ばれる「ホット・ジュピター」の大気中に、炭素だけでなく酸素も検出しています。しかし、そこの環境は生命の存在に全く適していません。この例では、酸素の検出は居住可能性の誤検出となります。

「太陽系外惑星の中で、こうした『偽陽性』のケースを明らかにする何か観測できるものがあるかどうかを判断したかったのです」とワシントン大学で天文学の博士課程に在籍するエドワード・シュウィーターマン氏はニュースリリースで述べた。

シュヴィーターマン氏と彼の同僚たちは、先週アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載された論文で、自らの戦略を説明した。彼らは、特に低質量の恒星を周回する惑星において、非生物学的な手段で大気中の酸素を生成できる可能性のあるいくつかのシナリオに焦点を当てた。

あるシナリオでは、恒星の紫外線によって二酸化炭素分子が分解され、酸素原子が解放されて大気中のO2分子が形成される。コンピューターモデルによる解析では、このようなプロセスによって大量の一酸化炭素も生成されることが示された。「ですから、もし岩石惑星の大気中に二酸化炭素と一酸化炭素が共存しているのを観測したら、将来的に酸素が検出されれば生命の存在を意味するのではないかと強く疑うようになるでしょう」とシュヴィーターマン氏は述べた。

もう一つのシナリオでは、星の光によって大気中の水蒸気が分解され、H 2 Oが水素と酸素に変化します。水素原子は宇宙に放出されますが、酸素は宇宙に残ります。このプロセスにより、O 2 分子だけでなく、O 4 分子も大量に生成されるはずです。「大きなO 4 の 兆候が見られれば、この大気には生物学的に生成されるには多すぎる酸素が含まれていると示唆される可能性があります」とシュヴィーターマン氏は述べています。

ワシントン大学のバーチャル惑星研究所の主任研究員である同大学の天文学者ビクトリア・メドウズ氏は、このような洞察は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡からもたらされると予想される大量のデータを天文学者が分析し、優先順位を付けるのに役立つだろうと述べた。

「この研究が重要なのは、低質量の恒星を周回する惑星では、生命の痕跡を模倣した惑星がより一般的である可能性があるためだ。低質量の恒星は、今後10年間で太陽系外で生命を探す最初の場所となるだろう」と彼女は語った。

「惑星バイオシグネチャーの偽物の特定: 非生物的 O 2 /O 3生成によるCO および O 4のスペクトル特性」の著者には、Schwieterman 氏と Meadows 氏に加え、  Shawn Domagal-Goldman 氏、Drake Deming 氏、Giada Arney 氏、Rodrigo Luger 氏、Chester harman 氏、Amit Misra 氏、Rory Barnes 氏が含まれています。