2017年2月に発表された赤色矮星「TRAPPIST-1」とその惑星系のイメージ。この惑星系には液体の水が存在する可能性がある。 (Image by )


 2017年6月20日、ケプラー宇宙望遠鏡のチームが新たな惑星候補を219個発見したと発表しました。中には地球に似た日射量の岩石型惑星が10個含まれています。

 宇宙生命の探査が着々と進行しています。よその惑星探査・宇宙生命探査の最新事情を紹介しましょう。

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系外惑星を続々発見中!

 止めどもなく突っ走る科学の進歩ですが、天文学・宇宙科学分野では、ここのところ特に目覚ましいのが「系外惑星」の探索です。

 系外惑星とは、よその恒星を周回する惑星です。夜空を見上げると無数の星々、つまり恒星が輝いていますが、あれらを周回する惑星のことです。「私たちの太陽系の外の惑星」という意味で「系外」と呼ばれます。

(「系」のつく天文用語は太陽系以外にも銀河系、恒星系、惑星系、重力多体系、近接連星系などさまざまあるので、「系外惑星」では何の外を意味するのか分かりません。もうちょっと考えて名前をつければいいのに。)

 よその恒星は、光でも何年もかかる遠方にあって、それがちっぽけな惑星を持つかどうかは長らく不明でした。しかし何百年にもおよぶ望遠鏡技術の改良は、前世紀末にひとつのブレークスルーを遂げたようで、続々と系外惑星が見つかりだしました。

 特に2009年に打ち上げられた「ケプラー宇宙望遠鏡」は、2017年7月現在で4554個の系外惑星候補を発見し、そのうち地上望遠鏡などで確認された惑星は2483個という、凄まじい成果を挙げています。

 ケプラーとその他の望遠鏡の成果を合わせると、現在までに発見された惑星(確認済)は、合計3498個にもなります。前世紀末までは1個も見つかってなくて、8個も惑星を持つ私たちの太陽系は特別なのだろうか、などと議論していたのが3498個です。

 さて宇宙に惑星がありふれた存在だと判明した21世紀、次の目標は、やはり生命の探索でしょう。どうやったらよその惑星に生命を探せるでしょうか。

ハビタブルゾーンの惑星を探せ

 異星の生命を見つけるには、「ハビタブルゾーン(habitable zone)」にある、地球のような岩石型惑星を探すのが手っ取り早い、というのが世間の見方のようです。

 ハビタブルゾーンとは、「居住可能領域」などと訳されますが、恒星に近すぎもせず遠すぎもせず、惑星表面に液体の水が存在し、宇宙生命にとって住みやすい領域とされます。

 地球は当然、私たちの太陽系のハビタブルゾーンにあります。そのため地球には水があり大洋があり、生命が生まれたり育ったり死んだり腐ったりしながら暮らしています。

 そういうハビタブルゾーンにある岩石型惑星は、2017年7月現在、約30個が確認されていて、どんどん増加中です。

惑星探査ミッション「PLATO(プラトー)」

 2017年6月20日、欧州宇宙機構(ESA)は惑星探査ミッション「プラトー(PLATO; PLAnetary Transits and Oscillation of stars)」の製作を承認しました。打ち上げは2026年の予定です。

 プラトーはハビタブルな岩石型惑星に焦点をあてたミッションです。そういう、生命のいる可能性のある惑星を1000個以上発見すると期待されています。

 惑星探査は地上望遠鏡を用いても行なわれていますが、衛星ミッションとしては他にも、NASAの「TESS」、ESAの「CHEOPS」などが進行中・計画中です。

 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)は、全天を撮像して系外惑星を探査する宇宙望遠鏡です。2018年の打ち上げが予定されています。恒星1個あたりの観測期間が短いので、公転周期の短い惑星がターゲットです。

 CHEOPS(CHaracterising ExOPlanet Satellite)は、地上望遠鏡などでこれまでに検出された惑星を研究対象とする宇宙望遠鏡です。早ければ2018年に打ち上げです。

 これらのミッションの中で、プラトーは、公転周期が1年程度、つまり地球と同程度の惑星を探すことができるという特色があります。そういう長周期の惑星を探すため、プラトーは同じ恒星を2〜3年も観測します。

 惑星の公転周期が地球と同程度ということは、その惑星と主星の距離が、地球と太陽の距離と同程度ということです。つまり、ハビタブルゾーンにある惑星の探索にプラトーは特化しているのです。

でもハビタブルゾーンじゃないとだめなの?

 ところで、ハビタブルゾーンの条件は厳しすぎ、視野が狭すぎではないか、という印象があります。私たちの太陽系だと、ハビタブルゾーンは、地球軌道半径の0.95〜1.15倍です(違う数値を提案する研究者もいます)。この狭い範囲に地球は入りますが、火星も金星も除外されます。

 実際、火星にも金星にも水たまりはないので、ハビタブルゾーンから除外して問題ないだろう、と思われるかもしれません。しかし火星と金星の事情を聞いてみると、除外が妥当かどうか、少々怪しくなってきます。

 火星の地表は気圧が低すぎて、液体の水は存在できません。コップに液体の水を入れて火星の地面に置くと、沸騰して蒸発してしまいます。

 けれども、もし火星が濃い大気を持てば、水は沸騰せず、液体として存在できます。数億年前には、火星は濃い大気を持っていて、大洋や湖が存在したと考えられています。

 金星は逆に大気が多すぎて、温室効果が強く働き、地表の温度は500℃近くあります。けれども金星の大気を減らしてやると、やはり液体の水が存在できるようになります。

 つまり、恒星と惑星の距離が多少近かったり遠かったりしても、大気など他の条件がうまく調節されていれば、海や水たまりや湖が存在することは可能なのです。

 そうすると、宇宙生命を探すには、ハビタブルゾーンにそれほどこだわることもないのでは、という気がしてきます。

やっぱり宇宙生命は「地球型生命」じゃないよね

 このようにハビタブルゾーンが狭く厳しくなっているのは、「地球と同じ大気にくるまれた惑星が、海を数十億年間にわたって保持すること」を条件としているためです。こう定義すると、数億年前に大洋が蒸発してしまった火星なんかはハビタブルゾーンの外、ということになります。

 けれども、このようなハビタブルゾーンの概念が発表されたのは1993年のことで、よその惑星はまだ1個も見つかっていませんでした。最初の1個が発見されたのは1995年です。

 よその惑星が大量に見つかってみると、中にはずいぶん太陽系と様子が違う奇妙な惑星系も混じっています。木星サイズの巨大な惑星が細長い楕円軌道を描く惑星系や、巨大惑星が恒星すれすれを周回する惑星系もあります。

 どうも惑星というものは、誕生してから軌道が縮んで主星に近づいたり、惑星どうしが重力で引っ張り合った結果、惑星系から飛び出しそうに軌道が変化したり、ダイナミックに変化するようなのです。私たちの太陽系のような惑星系は、珍しいというと言い過ぎかもしれませんが、典型的ではないようなのです。

 ハビタブルゾーンの外でも海が存在できたり、惑星軌道が伸びたり縮んだりするのでは、ますますハビタブルゾーンの概念が疑わしくなります。宇宙生命の故郷惑星は本当にハビタブルゾーンに行儀良くおさまっているのでしょうか。

 思えば宇宙物理学の発展は、人類の予想をくつがえす意外な発見の連続でした。井の中の蛙のような人類が、狭い井戸を見回して大海を想像しても、常に宇宙はその貧しい発想を飛び越えて、驚きの姿を現してきました。宇宙膨張、宇宙線、クエイザー、中性子星、ダークマター、ブラックホール、そして最近はよその惑星と、宇宙的サプライズのリストは延々と続きます。

 宇宙生命はもうじき見つかるのではないかと思えるほど、最近の系外惑星研究の進展は目覚ましいものがあります。しかし宇宙生命に実際に出会ってみると、それは逆説的ですが確実に、予想もしなかった姿をしていることでしょう。

 地球しか合格しないようなハビタブルゾーンの概念を飛び出し、生命に必要だと信じられていた種々の条件を蹴り飛ばし、地球生命とは代謝も分子構造も元素組成も歴史も環境もまるきり違う、そういう生命で宇宙は満ちているかもしれませんよ。

 発見の日が楽しみです。

筆者:小谷 太郎