地球類似惑星の発見に役立つ新手法、日本人女性率いるNASAの研究チームが発表

系外惑星（太陽系の外に存在する惑星）で生命が居住するには、水の存在が不可欠だ。このほど米航空宇宙局（NASA）は、そうした系外惑星に水が保たれるかどうかを3Dモデルでシミュレートする画期的な手法を開発したと発表した。将来、生命居住可能な系外惑星の発見に役立つとしている。

東工大地球生命研究所の藤井友香氏らの研究

今回の研究成果をまとめた論文は、天体物理学分野の学術誌「アストロフィジカルジャーナル」に掲載された。論文の筆頭著者は、東京工業大学地球生命研究所の准主任研究者で、ゴダード宇宙科学研究所にも籍を置く藤井友香氏。

恒星の周りを公転する惑星は、恒星に近すぎると過剰な熱エネルギーによって水が蒸発し、逆に遠すぎると熱エネルギーが不足して水が凍りついてしまう。その中間で、惑星に水が液体の状態で存在できる範囲を「ハビタブルゾーン（生命居住可能領域）」と呼ぶ。

惑星に水が存在するためには、大気が重要なはたらきをする。惑星の大気の状態をシミュレートする従来のモデルは、垂直方向の1次元だけで計算していた。しかし藤井氏らが開発した新モデルは、大気が循環するプロセスを3次元的にシミュレートすることができ、より現実に近い推測が可能になる。

惑星の水（海）が熱されて水蒸気になり、成層圏に上昇すると、紫外線によって水素と酸素に分解される。このうち、極めて軽い水素は惑星の重力から逃れて宇宙空間に拡散する。このように惑星の海が蒸発により失われる過程は、成層圏が高湿度になることから「湿潤温室状態に入った」と呼ばれる。

湿潤温室状態にある可能性を調べることができる

藤井氏は、湿潤温室状態になる系外惑星の大気循環に重要な役割を果たす、恒星からの放射線の種類を特定したと説明する。

系外惑星が母星（恒星）の近くを公転する場合、恒星の強い重力により惑星の自転速度が遅くなる。これにより、惑星の同じ面が常に恒星側を向いて昼と夜の面ができる、いわゆる「潮汐固定」という状態になることがある。潮汐固定が起きると、昼の面には厚い雲ができ、日傘のように恒星からの光をさえぎるはたらきをする。

この状態では惑星が冷たい状態に保たれ、水蒸気の上昇を防ぐ可能性があるが、研究チームは、先の3Dモデルを使って、湿潤温室状態に入らせるために必要な熱を供給する恒星からの近赤外線の量を特定した。

近赤外線の量は、恒星が低温であるほど増える。したがって、低温の恒星の近くを公転する多くの惑星のうち、従来のモデルに基づく予想に反して、生命居住可能な惑星が見つかる可能性が高まるという。

今回の研究成果により、恒星に近い系外惑星が湿潤温室状態にある可能性を調べることができ、生命居住が可能かどうかを見極めるのに役立つとしている。

高森郁哉