致命的な金星が他の世界の生命について私たちに教えてくれること

金星と地球はいわゆる姉妹惑星ですが、天国と地獄ほど違います。 地球は、何度も大量絶滅があったにもかかわらず、その紺碧の空の下で生命が生き続けている自然の楽園です。 一方、金星は硫酸の雲と、人間を押しつぶすのに十分なほど強い大気圧を持つ、猛烈な惑星です。

しかし、両方の世界は質量と半径がほぼ同じで、太陽系内部で隣り合う岩石惑星であるため、この姉妹関係は消えない。 なぜこんなに違うのでしょうか？ この違いは、私たちの生命の探求について何を教えてくれるでしょうか?

国際天文学コミュニティは、惑星の居住可能性を理解することが宇宙科学と宇宙生物学の重要な部分であることを認識しています。 地球型惑星とその大気についての理解が深まっていなければ、居住可能か否かにかかわらず、遠く離れた系外惑星を調べたときに何が見えているのか実際にはわかりません。 生命の痕跡を示す系外惑星を見つけたとしても、私たちは決してその惑星を訪れることはなく、間近で研究することも、その大気をサンプリングすることも決してできないでしょう。

これにより、科学の焦点は私たちの太陽系の地球型惑星に移ります。 それは、それらが居住可能に見えるからではなく、姉妹金星のような文字通りの地獄穴に近い惑星を含めずに地球型惑星の完全なモデルを完成させることはできないからです。

最近の研究の視点 自然天文学 2 つの惑星がどのように分岐したのか、何が分岐を引き起こしたのかを調査します。 タイトルは「惑星の居住可能性のアンカーポイントとしての金星」。

筆頭著者はカリフォルニア大学リバーサイド校地球惑星科学科のスティーブン・ケイン氏です。 彼の共著者は、セントルイスのワシントン大学地球・環境・惑星科学学部のポール・バーン氏です。

「惑星科学と宇宙生物学コミュニティの主な焦点は、地球のような温帯地表環境の進化と持続可能性を制御する無数の要因を含む、惑星の居住可能性を理解することです」とケインとバーンは書いている。

「太陽系内の少数の実質的な地球型惑星大気は、これらの居住可能性要因を研究するための重要な資源として機能し、そこから太陽系外惑星に適用するためのモデルを構築することができます。」

彼らの観点から見ると、私たちの太陽系の双子は、類似した惑星がどのようにしてこのように異なる大気を持つことができるのかを研究する最良の機会を提供します。 それを理解すればするほど、岩石の世界が時間の経過とともにどのように進化するのか、そしてさまざまな条件がどのように居住性に利益をもたらしたり制限したりするのかをよりよく理解できるようになります。

地球は例外です。 温暖な気候と地表水のおかげで、生命を著しく制限するいくつかの気候エピソードはあったものの、数十億年にわたって居住可能でした。 しかし火星を見ると、しばらくは居住可能だったが、その後大気と地表水を失ったようだ。 火星の状況は地球よりも一般的であるに違いありません。

系外惑星の歴史について何も知らない状態で、系外惑星を理解するのは途方もない挑戦です。 私たちがそれを見るのは、その気候と大気の歴史の一時代だけです。 しかし、何千もの系外惑星の発見が助けになっています。

「数千の系外惑星の発見と、地球型惑星が最も一般的なタイプの一つであるという確認は、惑星の性質とその進化全般を研究するための統計的枠組みを提供する」と著者らは書いている。

狭い範囲の特性により生化学が出現しますが、それらの特性は持続しない可能性があります。 私たちはこれらの特性とそのパラメーターを特定し、居住可能性についてのより良い理解を構築する必要があります。 この観点から見ると、金星は情報の宝庫です。

しかし、ヴィーナスは挑戦です。 レーダー以外ではその濃い雲の中を見ることはできず、1980年代のソ連以来、誰もそこに宇宙船を着陸させようとしたことはありません。 それらの試みのほとんどは失敗し、生き残った試みも長くは続かなかった。 より良いデータがなければ、金星の歴史を理解することはできません。 簡単な答えは、太陽に近いからです。 しかし、それは簡単すぎて役に立ちません。

「金星が現在の温室暴走状態に至るまでの進化経路は議論の余地があり、伝統的に金星が太陽に近づいたことに起因すると考えられてきました」とケイン氏とバーン氏は説明する。

しかし科学者が金星と地球を詳しく観察すると、太陽からの距離以外にも金星と地球の間には多くの根本的な違いがあることがわかります。 いくつか例を挙げると、それらは異なる回転速度、異なる傾き、異なる磁場を持っています。 つまり、日射量の増加が地球に与える影響を正確に測定することはできないということです。

これが著者の主なポイントです。 地球と金星の違いにより、金星は岩石の多い系外惑星の居住可能性を理解する上で強力な役割を果たします。 「このように、金星は惑星の居住可能性に関する議論において重要なアンカーポイントを私たちに提供してくれる。なぜなら、その進化の物語は地球ベースの物語とは別の経路を表しているからである――たとえ両世界の起源がおそらく類似しているとしてもだ」と彼らは書いている。

著者らは、生命の基本的な要件は地表水であると指摘しています。 しかし、より大きな問題は、地表水がどのくらいの期間存続できるかを決定する要因は何かということです。 「この手段により、惑星の居住可能性の調査は、地質時代を通じて地表の液体の水が維持される条件に焦点を当てることができる」と彼らは書いている。

地球と金星は、岩石惑星の居住可能性のスペクトルの対極にあります。 それは私たちが太陽系から学べる重要な教訓です。 そのため、「…金星のシナリオへの道筋を理解することは、地球の特徴である居住可能性への道筋を理解することと同じくらい重要である」と著者らは書いている。

二人の研究者は、地球と金星の居住可能性を決定するいくつかの要因のリストを作成しました。

金星については知らないことがたくさんあります。 その核はどれくらいの大きさですか？ 昔は水が入ってたっけ？ いくつかの研究によると、地球から水が失われ、完全に居住不可能になったとき、大気中には大量の酸素が存在していました。 もし私たちが遠く離れた系外惑星で同じ量の酸素を目撃したら、それを生命の兆候と解釈するかもしれません。 大ミス。 「したがって、金星は明らかに酸素が豊富な大気の解釈に対する警告の物語として機能する」と著者らは書いている。

ケインとバーンの研究の視点は行動への呼びかけです。 これは、最近の十年調査の結果を反映しています。 「最近の天文学と天体物理学、惑星科学と宇宙生物学の10年にわたる調査はいずれも、宇宙生物学の文脈における不可欠な目標として、惑星の居住可能性についての理解を深める必要性を強調している」と彼らは書いている。 著者にとって、ヴィーナスはその取り組みを支えてくれます。

しかし、それがアンカーとして機能するには、科学者は多くの質問に対する答えを必要とします。 彼らはすべての高度で大気をより徹底的に研究する必要がある。 彼らはその内部を研究し、その核の性質と大きさを決定する必要がある。 極めて重要なのは、探査機を地表に到達させ、その地質を間近で調べる必要があるということだ。 つまり、火星で行ったことを金星でも行う必要があるのです。

金星の厳しい環境を考えると、これは困難です。 しかし、金星をより詳細に探索するためのミッションが準備されています。 VERITAS、DAVINCI、EnVision はすべて 2030 年代に予定されている金星ミッションです。 これらのミッションは、科学者に私たちが必要とする答えを与え始めるでしょう。

金星についてもっと学ぶにつれて、外金星についてももっと学ぶ必要があります。 「金星の固有の性質を研究するための並行アプローチは、地球型系外惑星の膨大な（そして現在も急速に増加している）在庫の統計分析です」と著者らは書いている。

私たちは系外惑星発見の時代に生きています。 私たちは 5,000 を超える確認された系外惑星を発見しており、その数は増え続けています。 私たちは最も興味深いものをより徹底的に研究するために宇宙船を打ち上げています。 しかし、ある時点で状況は変わります。 そのうち何件をカタログ化する必要がありますか? 10,000あれば十分ですか？ 20,000？ 10万？

現時点ではすべてが新しいことであり、より多くの系外惑星、特にハビタブルゾーンの岩石の多い惑星を見つけようとする熱意は理解できます。 しかし最終的には、ある種の収益逓減の閾値に達するでしょう。 それらを理解するために、私たちの努力は、金星とそれがどのように異なる進化を遂げたのかを研究することに費やしたほうが賢明かもしれません。

ケインとバーンが示唆したとおりです。