数年前、私は最初の地球サイズの惑星、ケプラー 186f を発見したチームの一員でした。ケプラー 186f は、水が液体であることができる星の「ハビタブル ゾーン」で快適に回転します。その太陽、ケプラー 186 はかすかで、私たちから遠く離れています。そして、私たちがそこに住むとしたら、私たちが望むよりも少し寒いですが、それは生命の可能性を秘めています。それにもかかわらず、ケプラー 186f さん、「居住可能な世界の最有力候補」の棚から離れてください。
同じことがあなた、ケプラー 62f、グリーゼ 667Cc、ケプラー 452b にも当てはまります。確かに、皆さんは魅力的な惑星ですが、皆さんそれぞれに理想的ではない何かがあります:あなたの主星が非常に暗いため、何十年もあなたについてこれ以上知ることができないか、あなたがよりかなり大きいです.地球、そしてあなたが真の岩石惑星であるかどうかはわかりません。だから脇に移動！街に新たな基準ができ、その名もプロキシマb。この惑星には、Earth 2.0 に必要なものがほぼすべて揃っています。地球よりわずかに大きく、質量は地球よりも約 30% しか大きくありません (軌道の形状によっては、わずかに高くなります)。本物の岩石惑星であることはほぼ間違いありません。そして、その星のハビタブル ゾーンを周回します。
しかし、最高の部分は、惑星の恒星であるプロキシマがすぐ隣にあり、わずか 4.3 光年 (ケプラー 186f の 130 倍) 離れており、太陽に最も近い恒星であるということです。世界中の天文学者がよだれを垂らしています。 実際の写真を撮影できます それから、10年以内に生命の手がかりを探すために。チリで建設中の 39 メートルの巨大なヨーロッパ超大型望遠鏡は、2024 年に最初の光を見るはずです。この望遠鏡は、プロキシマ b を直接画像化し、それを別の天体として見ることができます。間接的な惑星の存在 (これが惑星が発見された方法です)。これにより、天文学者は、プロキシマ b の大気と表面を直接調べるという興味をそそられる機会を得ることができます。水の兆候や (表面の) 生命の兆候さえも探せるようになります。
本日発表されたプロキシマbの発見は、一握りの詳細な研究の動機となっています。私は、プロキシマ b が本当に居住可能かどうかという問題に対処する 2 つのプロジェクトに関与しました。そこに不動産を購入するつもりはありませんが、私が知る限り、楽観的になる理由はいくつかあります。
プロキシマbと地球の最大の違いは、その星です。両者には、劇的に異なる歴史と未来があります。私たちの太陽は明るく怠惰な黄色の星で、約 50 億年後には敵対的な赤色巨星になり、地球の軌道を包み込みます。一方、プロキシマ・ケンタウリは気まぐれな赤色矮星で、質量は太陽の約 10% にすぎず、明るさは太陽の 700 分の 1 です。あと4兆でプロキシマbと仲良くなる 年。地球とプロキシマ b は、スターライトの形で同量のエネルギーを受け取りますが、プロキシマの近所で育つことは、ギャングに乗った都心部と裕福な郊外の袋小路の違いのように、はるかに困難です。プロキシマ b の軌道幅は地球の 5% しかなく、1 年の長さはわずか 11 日です。
時計を巻き戻しましょう。地球が完全に形成されるまでに (これには約 1 億年かかり、多くの衝突が必要でした)、私たちの太陽は、外側への熱圧と内側への重力崩壊の力が釣り合った「主系列」である、発達的に穏やかな状態にありました。プロキシマbはおそらく地球よりもはるかに速く形成され、おそらくわずか数百万年で、その星が主系列に落ち着くまでに数億年かかりました。その間、星は今日よりも明るかったです。星がゆっくりと落ち着くにつれて、ハビタブル ゾーンはプロキシマ b の軌道を横切って内側に移動しました。これは、プロキシマbがハビタブルゾーンの外で1億年から2億年を過ごしたことを意味し、生命には熱すぎる軌道上にありました!
岩石惑星がこのように調理されると、生命を宿す可能性のある「地球」が、乾燥した住みにくい金星に変わる可能性があります。これはプロキシマbに起こりましたか？私たちは、研究の 1 つでこのプロセスをモデル化しました。ハビタブル ゾーンに到達する前に、プロキシマ b は最大 1 つの「地球の海」の水 (地球表面の水の量) を蒸発によって失った可能性があることがわかりました。しかし、マントルに閉じ込められた追加の水源もあるかもしれません。たとえば、地球には、地表の下におよそ 0.3 から 10 の地球の海があります。私たちの海が突然宇宙に放出された場合、水は火山からのガス放出によってある程度補充されるでしょう.
しかし、地球がどのくらいの水から始まったのかはわかりません。これは、システムがどのように形成されたのか、つまり地球の水収支がいつ設定されたのかがわからないためです。惑星が地球よりも乾燥していた、または湿っていた、または地球と同じくらい水が多かったことは完全にもっともらしい. Proxima b は、その表面に 2 つの海で始まり、1 つで終わるか、100 で始まり 99 で終わるか、1 の半分で始まり、何もなかった可能性があります。わかりません。
議論のために、プロキシマbがハビタブルゾーンに入ったときにある程度の水と大気を保持していたと仮定しましょう。地球の気候はどのようなものでしょうか?
私たちのチームは、さまざまな条件で Proxima b の一連の 3 次元シミュレーションを実行して調べました。プロキシマ b にはさまざまな気候があり、それらはすべて少なくとも 3 つの要因に依存します。惑星の表面の水の量、温室効果ガスの量 (二酸化炭素としてモデル化されています)、惑星の自転の仕方です。
お気づきかもしれませんが、地球は太陽の軌道ごとに 365 回高速で自転しています。対照的に、プロキシマbはその星に非常に近いため、潮汐によって惑星の回転が2つの可能性に制限されます.プロキシマ b は同期的に回転し、月が地球に対して行うように、恒星に対して常に同じ面を示している可能性があります。または、プロキシマbは、水星のように、2つの軌道ごとに正確に3回回転するスピン軌道共鳴に固定される可能性があります.惑星は間違いなくこれらの状態のいずれかにありますが、どの状態かはわかりません.
惑星の自転が同期している場合、惑星の表面には恒星であるプロキシマ ケンタウリが常に真上にあるホット スポットと、恒星が決して輝かない冷たい半球があります。惑星に少量の水しかない場合 (惑星全体に広がる場合、厚さ約 10 メートル未満の層)、涼しい夜側に湖が存在する可能性がありますが、昼側には液体の水は存在しません。これは、惑星の昼側と夜側の半球の間に強い二分法がある「眼球惑星」の 1 つのフレーバーです。しかし、大気が薄すぎると、惑星の冷たい夜側に水が氷として閉じ込められる可能性があります。そして、大気が厚すぎる場合は？その後、すべての水は大気中に蒸気として閉じ込められたままになります。
同期プロキシマ b が 10 メートルの厚さの層よりもはるかに多くの水を持っている場合、昼側にも湖や地球規模の海が存在する可能性があります。大気によっては、ある程度の氷の覆いが予想されることもあり、海が地球の最も熱い点の近くでしか解凍されず、氷のような眼球の世界が作られることさえあります. (以下の温度はケルビンではなく摂氏です。)
プロキシマbのスピンが同期していない場合、地球上で最も熱い部分は赤道帯になります.地球に少量の水しか含まれていない場合、赤道に沿って湖があり、水が多い場合は、赤道で最も暖かい世界の海になります.薄い大気では、極地の氷冠が存在する可能性があります。同期の場合とは異なり、地球は地球規模の凍結 (恒久的な氷河期のような) に対して脆弱になりますが、それは大気が非常に薄く、水が豊富な場合に限られます。
つまり、プロキシマ b はさまざまな条件で表面に液体の水を保持できるということです。居住可能性に対するもう 1 つの潜在的な障害は、プロキシマ b が受けるエネルギー放射の量であり、地球と比較して 250 倍の X 線と 30 倍の極紫外線です。これが惑星の大気にとって何を意味するかは不明ですが、おそらく生命にとって大きな問題にはなりません。
これが私たちが待ち望んでいた惑星です。
ショーン・レイモンド は、惑星系の形成と進化を研究している天文学者です。また、 でブログを書いています。 planetplanet.net .
先頭の写真は、Flickr 経由でハッブル ESA から提供されたものです。
