新しいNASAの研究は居住可能な世界の探索を改善する

2017年10月20日
新しいNASAの研究は居住可能な世界の探索を改善する
新しいNASAの研究は、人類を支える可能性がある私たちの太陽系以外の候補惑星の理解を深めるのに役立っています。

NASAのゴダード宇宙実験研究所（GISS）の藤井由佳氏は、「大気条件をより現実的にシミュレートするモデルを使用して、系外惑星の居住性を制御する新たなプロセスを発見し、 、ニューヨーク、東京工業大学地球生命科学研究所が、10月17日の天体物理学ジャーナルに掲載された研究論文の執筆者である。

系外惑星の概念イメージ
この図は、惑星の大気を照らす星の光を示しています。
クレジット：NASAゴダード宇宙飛行センター
フルキャプション
以前のモデルは、1次元、すなわち垂直方向に沿った大気条件をシミュレートしました。他の最近の居住性研究と同様に、新しい研究では、3次元モデルができない大気の循環とその循環の特殊な特徴をチームがシミュレートできるように、3次元すべての条件を計算するモデルを使用しました。この新しい研究は、天文学者が最も有望な候補者に居住性に関する希少な観測時間を割り当てるのに役立つだろう。
我々はそれを知っているので、その温度は、液体の水は、生命が繁栄することを可能にするのに十分な時間（数十億年）のために存在することを可能にする場合には宇宙人の世界（例えば太陽系外惑星）の表面は、潜在的に居住考えられているように、液体の水は生活のために必要です。系外惑星が親星からあまりにも遠すぎると、それは寒すぎて海が凍りつくでしょう。系外惑星が近すぎると、星からの光が強くなりすぎて、海洋が最終的に蒸発して宇宙に迷うことになります。これは、水蒸気が成層圏と呼ばれる上部大気中の層まで上昇し、星からの紫外線によって元素成分（水素と酸素）に分解されるときに起こります。極端に軽い水素原子は、空間に逃げることができます。
水蒸気が成層圏まで上昇するためには、過去のモデルでは、長期の表面温度が地球上で経験したものよりも大きくなければならないと予測していました -摂氏66度以上。これらの気温は強い対流嵐を引き起こすでしょう。しかし、これらの嵐は、ゆっくりと回転する惑星が湿った温室の状態に入るために、水が成層圏に到達する理由ではないことが分かった。
「私たちは、星が放出する放射線の種類と、湿った温室の状態を作るための系外惑星（exoplanet）の大気循環に及ぼす影響が重要な役割を果たしていることを発見しました。親星に近い軌道を描いている外惑星の場合、星の重力は惑星の回転を遅らせるほど強力です。これは、片側がいつも星に面して、それが永遠の日になり、片側がいつも邪魔になり、永遠の夜を与えてしまうように、それは軽く締め固められます。
これが起こると、太い雲が惑星の昼に形成され、太陽の傘のように振る舞い、星空の大部分から表面を守ります。これにより、惑星を涼しく保ち、水蒸気の上昇を防ぐことができるが、星からの近赤外放射（NIR）の量は、惑星が湿った温室の状態に入るのに必要な熱を提供することができることを発見した。NIRは、人間の目には見えない光の一種です。水は空気中の蒸気として、雲中の水滴または氷晶はNIR光を強く吸収し、空気を暖める。空気が暖まると、上昇し、水を成層圏に運び、湿った温室を作ります。
このプロセスは、低質量の星の周りの惑星に特に関係します。惑星は居住可能であるためには、地球が太陽よりもはるかにこれらの星に近いはずです。このような近い範囲では、これらの惑星は星からの強い潮を経験し、ゆっくりと回転します。また、星がより冷たくなると、NIRが放出されるほど多くなります。新しいモデルは、これらの星がNIR波長で大部分の光を放射するので、湿った温室の状態は、地球の熱帯地方に匹敵するかまたはそれよりも幾分暖かい状態でさえも生じることを実証した。彼らの星に近い外惑星では、NIR駆動プロセスが成層圏の水分を徐々に増加させることが分かった。したがって、古いモデルの予測とは対照的に、親スターに近い系外惑星は居住可能なままでいる可能性があります。
低質量の星が銀河で最も一般的であるため、これは居住可能な世界を探索する天文学者にとって重要な観測である。彼らの純粋な数は、それらの中に居住可能な世界が見いだされる可能性が高くなり、その小さなサイズは惑星の信号を検出する機会を増やします。
この新しい研究は、天文学者が人生を支える可能性のある惑星探査で最も有望な候補者を選別するのに役立つだろう。GISSのアンソニー・デル・ジェニオ氏は、「星の温度を知る限り、星に近い惑星が湿った温室になる可能性があるかどうかを推定することができます。"現在の技術は、系外惑星の大気中の少量の水蒸気を検出する限界に追い込まれるだろう。検出できる水が十分あれば、おそらく惑星が湿った温室の状態にあることを意味します。
この研究では、研究者らは地球のような大気を持つ惑星を仮定しましたが、海洋によって完全に覆われていました。これらの仮定は、チームが星雲の軌道距離とタイプの変化が成層圏の水蒸気の量にどのように影響を与えたかをはっきりと確認することを可能にしました。将来的には、重力、大気組成、面圧などの惑星の特性を変えて、水蒸気の循環や居住性にどのような影響を与えるかを調べる予定です。

海洋系外惑星における海氷分布の図
これは、同期して回転する海洋世界で海氷の分布がどのように見えるかを示すプロットです。星は右に、青は海があり、白は海氷があるところです。
クレジット：Anthony Del Genio / GISS / NASA
この研究は、NASAのAstrobiology ProgramによってExoplanet System ScienceのためのNexusによって資金提供されました。Oak Ridge Affiliated Universities、Oak Ridge、Tennessee、University Space Research Association、Columbia、Marylandが運営するNASAポストドクター・プログラム、日本学術振興会の助成金（No.15K17605）などがあります。
最終更新日：2017年10月20日
タグ： 宇宙生物学 、系外惑星 、ゴダード宇宙飛行センター、宇宙