私たちの惑星はユニークですか？可能性はわずかです。他にも何兆もの銀河があり、それぞれに数十億の太陽があります。最近のインタビューで、カリフォルニア大学ロサンゼルス校の地球化学と宇宙化学の教授である Ed Young は、太陽の周りを周回する岩石の惑星があるかどうかは大したことではないかもしれないと語った。しかし、NASA によると、天文学者は現在、4,000 を超える太陽系外惑星を特定しており、私たちの太陽以外の太陽を周回している天体を特定しています。 「他の地球がそこに存在する可能性が徐々に高まっています」とヤングは言います。
ヤング自身がオッズを上げました。 科学で 「太陽系外岩石の酸素フガシティー：太陽系外惑星の地球のような地球化学の証拠」という扱いにくいタイトルで今月発表された論文で、ヤングと彼の共著者は、系外惑星の構成を測定する洗練された方法を採用して、「少なくともいくつかの岩石が太陽系外惑星は、地球物理学的および地球化学的に地球に似ています。」ヤングと彼の共著者の 1 人である天体化学の大学院生であるアレクサンドラ ドイルは、私たちの会話の中で詳細に説明しました。技術用語を定義する素晴らしい仕事をしているのですが、彼らの研究がユニークである理由と、地球が孤独ではないという確固たる証拠をどのように提供するかについてです。
あなたは「本物の」天文地球化学をやっていると言っていますね。なぜですか?
アレクサンドラ・ドイル: 人々が太陽系外惑星の地球化学を研究しようとしているとき、彼らは主にその物体の質量と半径を測定しています。彼らは、体のどの部分がコアで、どの部分がマントルと地殻であるかを調べようとしており、これら 2 つの測定値に基づいて、体が全体的にどのように見えるかを説明しようとしています。あなたがしなければならない仮定があるので、それは非常に困難です。たとえば、太陽のような星の中の酸素は非常に豊富です。 3 番目に多い元素ですが、岩石中では非常に揮発性が高いため、岩石に凝縮するのは困難です。したがって、星の酸素の何パーセントが凝縮して岩石になったかを推測する必要があります。難しいです。
エド・ヤング: 他の地球の確かな証拠を見つけるのは困難です。状況証拠はたくさんあります。しかし、私たちはより多くの岩石惑星を発見しており、ハビタブル ゾーンと呼ばれる場所にいくつかの岩石惑星を発見しました。ハビタブル ゾーンでは、星から表面に液体の水が存在するのに適切な距離にあります。惑星を推測するだけでなく、組成を測定するため、これは本当の地球化学です。
太陽系外惑星についての理解を深めるために、他にどのようなことをしていますか?
ドイル: 私たちは光学分光法を行っており、光学スペクトルで星を観察しています。星に落ちているこれらの元素 — 鉄、シリコン、マグネシウムなどその他 —星が発している光を吸収し、実際にそれをスペクトルで見ることができます.見ている元素ごとに特定の波長の光を遮断します。これらの波長は何百年も前から知られています。これらの吸収線は、どの元素が星に落ちているかを伝えることができ、これらの元素の量をモデル化できます。
あなたの仕事の核心は「酸素フガシティー」の測定です。それが何であるかを分解してよろしいですか?
ヤング: もちろん。フガシティーは分圧を表す化学用語です。私たちが計算しているのは、岩が形成されたときに存在していた酸素の分圧です。たとえば、あなたが呼吸する空気は 20% の酸素であり、空気中の酸素の分圧は大気圧の 20%、つまり 0.2 気圧であると言えます。鉄は金属になりたいので、それを測定できます。鉄は、独自のデバイスに残されている金属になります。しかし、酸素が存在すると、酸素は鉄から電子を奪い、酸素と鉄はそれらの電子を共有しなければならず、酸素と鉄の結合を形成します.したがって、鉄は鉄金属としてではなく、岩石として存在します。
岩石の鉄含有量を使用して、岩石が形成されたときの酸素ガスの分圧を逆算しています。金属コアとは対照的に、惑星の外側の岩石部分にある鉄の量は、岩を作ったときの酸素分圧が何であったかを示す兆候です.その記録は、岩石中の鉄の濃度です。つまり、ケイ素、マグネシウム、カルシウムなどのグラム数に対して、鉄が何グラム含まれているかです。宇宙には出ませんし、核にもどりません。地球が存在する限り、記録はそこにあります。
岩石が形成されたときの酸素フガシティを知ることが重要なのはなぜですか?
ドイル: 酸素フガシティーは、惑星の構造と進化に影響を与えます。惑星の内部で優勢な鉱物の種類を決定する上で、圧力や温度と同じくらい重要です。これは居住性にとって重要です。たとえば、酸素フガシティーは、コアに含まれる微量元素を決定します。私たちのコアが鉄とニッケルでどのように構成されているかについて話していました。そこには微量のシリコンなどの他の元素があり、地球が磁場を生成するのに役立っていると考えられています。磁場は、惑星の居住性にとって非常に重要です。酸素フガシティーは、プレート テクトニクスが発生するかどうか、火山活動と大気の種類にも影響します。
ヤング: 人々は、プレート テクトニクスの存在が、地球上の複雑な生命の形成に不可欠だった可能性があると主張してきました。これらは、1、2 文で捉えるのが難しい議論ですが、宇宙生物学の分野を貫くテーマです。私たちの研究はそれから数ステップ離れていますが、酸素フガシティがプレートテクトニクスを制御し、プレートテクトニクスが生命にとって不可欠である場合、居住可能な惑星が見つかる可能性が高まると言っています.論理の連鎖です。
系外惑星は地球のような地球化学を持っている可能性が高いと主張していますか?
ヤング: 私たちの主張は、これが地球のような系外惑星が存在する可能性を高めるというものです。地球や火星に似た酸素フガシティーを発見しているので、私たちのような惑星がそこにあるはずです.
惑星の酸素フガシティーはどこで得られる?
ヤング: 太陽がその形成を終えようとしているとき、その周りにはガスと塵の円盤 (原始惑星系円盤) があり、その円盤から、塵の凝固と高温ガスからの鉱物の凝縮によって岩石が形成されます。酸素フガシティーは、岩石が形成されている原始惑星系円盤に設定されます。円盤の組成はほとんどが太陽のように見えるはずです。大部分が水素で、次にヘリウム、次に酸素が続きます。しかし、太陽の組成によって設定される酸素フガシティーは、水星を除いて、岩石惑星で見られるものよりも少なくとも 10,000 倍低くなります。火星と地球は、太陽の組成が予測するよりも 10,000 倍酸化されています。したがって、惑星が形成された環境の酸化状態を高めるように惑星を作ると、何かが起こります。
ドイル :このプロセスが実際にどのようなものであるかについては、さまざまな仮説があります。私たちが見ているのは、太陽ガスと比較して、これらの岩石を酸化するプロセスが何であれ、他の惑星系でも同様に起こっているということです.
ヤング: そして、そのプロセスが何であれ、それは他の星の周りでも起こっているので、地球のような惑星が他の場所にある可能性を高めます.
「白色矮星」を理解することが研究の鍵です。白色矮星とは?
ドイル: 白色矮星は、太陽ほどの大きさの星の恒星進化の最後の段階として知られています。太陽が死ぬと、彼らは白色矮星に進化します。この進化の間、星を取り囲む惑星系は非常に混沌としている可能性があります。私たちの太陽がいつ死んで白色矮星に進化するかについての推定のいくつかは、私たちの太陽が膨張して赤色巨星になり、水星と金星、そしておそらく地球を飲み込むことを示唆しています.
小惑星などの軌道は、非常に奇妙な軌道で送られます。星が進化して白色矮星に崩壊する頃には、小惑星が振り回されている可能性があります。その後、小惑星や惑星体が白色矮星に近づきすぎると、ディスクに細断され、その物質が白色矮星に落ち始めます。私たちがこれらの星を観察しているとき、それらの多くは私たちが汚染と呼んでいるものです.それらは、鉄、シリコン、マグネシウムなど、岩石を形成するために必要なこれらすべての元素を示しています。岩石自体の化学組成が見られます。これは、系外惑星研究にとって非常にユニークなことです。
では、白色矮星は太陽系内のすべての物質のシンクとして機能するため、太陽系外惑星が何でできているかについてのユニークな画像を提供してくれるのでしょうか?
ヤング: 正しい。実際には、おそらく惑星の断片か、惑星を作るために使われた小惑星のいずれかを見ているでしょう。
遠くを見て、私たちの惑星と非常によく似た惑星を見るのはどうですか?
ドイル ：心強いです。地球の岩石や太陽系の岩石でできる地球化学は、天体や他の太陽系でもできるという意味で心強いです。
ヤング: また、本当にクールだと思います。
Brian Gallagher は Facts So Romantic の編集者です。 Nautilus の ブログ。 Twitter @BSGallagher で彼をフォローしてください。
NASA/JPL-Caltech 提供のリード画像
