生命のない地球モデルで、系外惑星の生命を見分ける
ワシントン大学の研究チームが、生命が存在しない仮想地球モデルを構築した。大気、地表、地殻、マントル、コアの間で化学物質がどのように交換されるかを現実的にシミュレートするこのモデルは、天文学者が系外惑星の大気を詳しく調べ、そこに生命の痕跡があるかどうかを判定するのに役立つと期待されている。
銀河系内での生命探査において、天文学者はこれまで、ハビタブルゾーン（生命が存在できる軌道範囲）にある岩石惑星のうち、生命が存在できる環境を備えた世界を特定することに注力してきた。しかし新たな課題が浮上している。系外惑星の大気を観測したとき、単に「生命が存在できる可能性がある惑星」と「実際に生命が存在する惑星」の違いを見分けられるのか。系外惑星は極めて遠く、また参考になるのは地球だけという制約がある中で、この判別は難しい。
ワシントン大学の博士研究員だったサマンサ・ギルバート＝ジャニゼクを筆頭とする研究チームは、この問題に取り組んだ。『The Planetary Science Journal』に発表された論文「A Whole-planet Model of the Earth without Life for Terrestrial Exoplanet Studies」によれば、研究者たちは生命が存在しない地球をシミュレートするモデルを開発した。このモデルは5000万年前から50億年前までの地球の進化を追跡し、産業革命以前の地球の主要な19の観測パラメータを、測定誤差の範囲内で4.54億年の地球の歴史を経た後に再現している。
生命のない地球から学ぶ、無生物プロセス
対象とした19の観測値には、大気中の二酸化炭素と水蒸気、地表温度とアルベド（反射率）、海洋の質量、そして上部マントルの温度と熱流量が含まれる。これらの非生物的要因すべてが、惑星の大気組成を決定している。研究チームは、モデル地球の反射光スペクトラムも生成した。将来的に系外惑星観測に使用される見込みのハビタブル・ワールズ・オブザーバトリー（HWO）が観測する波長範囲（0.2～2.0マイクロメートル）をカバーしており、二酸化炭素、水蒸気、酸素、オゾン、メタンの吸収線を含んでいる。
ハビタブル・ワールズ・オブザーバトリーのような次世代望遠鏡は、系外惑星探査の方向を大きく変える。これまでは「生命が存在できそうな惑星」を見つけることに重点が置かれてきたが、今後は「大気が生命の兆候を示す惑星」を特定することへシフトする。しかし現在、科学者たちは生命が存在する世界とそうでない世界を区別する方法をまだ理解していない。
実データとの比較で生命の有無を判定
この生命のない仮想地球は、実際のハビタブルな惑星との比較対象になる。ギルバート＝ジャニゼク主任著者は「このモデルは、生命がない場合でも生命が存在する惑星に似ているかもしれない様子を見るのに役立つ」と説明する。系外惑星の大気観測を解釈する際に、「われわれが観測したものが表面の生命の存在を示す確率がどの程度かを判定するのに、このツールが助けになるだろう」と述べている。
地球は現在、宇宙で唯一知られている生命が存在する惑星であり、地質学的証拠は液体の水を持つ海洋とともに4.54万年間、生命が存在できる環境を保ってきたことを示唆している。この長期的な生命可能性こそが、地球を他の天体における生命探査の指針とする理由である。生命のない仮想地球モデルは、生命が存在できるとはいえ、実際には生命がない惑星の大気がどのような姿であるべきかを示す基準となり、今後の系外惑星の大気分析において、本当の生命の兆候を識別する精度を飛躍的に高める可能性を秘めている。
出典: Universe Today
