DS930810のブログ

筆者は自然や自然現象に関心が相当あるので自然に関する記事(天文, 地理, 生物)を書いていきたいと思います。かつては1日2記事を適当な時間に投稿していましたが今のところは午後6時に1記事投稿する形にしています。

地球以外の惑星には生命が存在できるのか? 様々な条件が組み合わさってようやく...

少し前に書いた記事で地球以外の惑星に住むことが難しいと書きましたがその時書いた内容があまり良くなく、1年の長さや惑星の重力のことだけを漠然と書いたので今回はもう少しきちんとした内容を書いていきたいと思います。

初めに地球の特徴から書き、何が重要であるかと言う所から考えていきたいと思います。

 

1. 地球の特徴

地球は現在の所、生命体が住んでいる唯一の惑星であります。

そして、地球のデータはと言いますと...

直径 : 12,756 km

質量 : 5,972 Yg (5.972×10^24 kg)

密度 : 5.514 g/㎤

重力加速度 : 9.80665 m/s^2

表面温度 : 15℃ (-91~60℃)

大気圧 : 1,013 hPa

年齢 : 46億年

 

であります。

この条件以外にも様々な条件を満たしているため地球は生命体が存在する惑星となり、地球のように生命体を宿した惑星の存在確率はまさに天文学的ともいえるであろう。

けれども銀河系には2,000億もの恒星系があるので銀河系内に地球外生命体のいる可能性は高いとも言えないが0とも言えません。

 

個人的に生命体が生じる条件として重要なことは

  • 惑星と恒星との距離
  • 恒星の光度
  • 惑星の直径と質量
  • 惑星の大気の成分と量
  • 惑星の周囲の天体

だと思います。それ以外にも重要なことは多々あると思うがこれ以上書くと書ききれなくなるため、順を追って書いていきたいと思います。

 

 

 

2. 良い惑星の条件

2.1 惑星と恒星の距離

惑星と恒星の距離は地表の温度を決める条件となるため非常に重要となります。

地球の温度の最低値はマイナス91℃で最高値は60℃であり、実に151℃の温度差はあるがこれらはいずれも極端な地域での温度であり、特に最低値に至っては南極大陸という極端な地域であります。南極大陸全体で見てもこの温度は相当低く、南極点は内陸,極地という条件があるので南極大陸の海岸沿いとは気温が全く異なります。

更に地球全体を見ても居住地は相当多く、温度の面でもマイナス10~40℃程度の差と見てもよいと思います。

このように地球の温度差が低い理由の一つとしては軌道が挙げられ、地球軌道はかなり円形に近い軌道を取っています。どれほどかと言いますと太陽との距離が1,471~1,521億キロメートルと最遠と最近との距離差が500万キロメートルほどしか無く、最遠と最近での気温差がほとんどないと見なすことができるほどです(最近は1月、最遠は7月)。

地球から見た太陽の平均光度はマイナス26.74等であるが最近距離だとマイナス26.78等、最遠距離だとマイナス26.70等なので太陽の光度が0.08等程度の変化量では影響はないと見なせます。

しかし、地球軌道が楕円軌道となると太陽との距離が相当変わり、ある時には灼熱、ある時には寒冷となるので生命体が住むのに必要な条件としては太陽の光度差が0.08等以内に収まるような軌道を取ることです。

 

 

2.2 恒星の光度

先ほど太陽の光度差について書きましたが恒星の明るさ自体も重要となってきます。

太陽の絶対等級は4.83等なのでもし、地球と同じ距離に惑星を置きたいならば中心恒星の絶対等級は4.79~4.87等だと惑星の温度は地球ぐらいになると言えます。

けれども距離が違ったとしても恒星の光がマイナス26.74程度で見えれば地球と同じ温度になります。

当然ではあるが恒星が弱いと距離が近くなり、強いと距離も遠くなります。

実はここでも問題が生じ、あまりにも弱い恒星だとかえって不安定化したり(恒星が)恒星との距離が近いということは恒星との万有引力が強くなり、その影響で公転周期が異常に短くなったり恒星と同じ面ばかり向けたりする問題も出てきます。

逆に恒星が強すぎると恒星との距離が離れて万有引力が小さくなり、公転周期が長くなったり恒星の寿命が持たない等の問題が出てきます。

また、太陽の光度は安定しているが恒星の中には変光星なるものも存在しており、多くの変光星は超巨星、赤色巨星のようにまず生命体が生まれないものや弱い恒星等に見られます。

このことより、生命体が存在するような恒星系の恒星の条件は

変光星ではないF8~K2タイプの主系列星(太陽はG2タイプの主系列星、強い順からOBAFGKM)であることです。

F7以上ともなると寿命が46億年を切る問題が生じ、K3以下となると変光星となりやすい等の問題が出てくる可能性があります。

現に地球の年齢は46億年であり、生命体が多様化したのも数億年前程度でありますから...

まあ、生命の進化が早いともう少し上まで行けそうですが...

 

 

2.3 惑星の直径と質量

やはり重要となってくるのが惑星のステータスであり、惑星が小さすぎると重力が弱くなり、大きすぎると反対に重力が強くなりすぎるために様々な問題が発生します。

前の記事では生命体に悪影響が出ると書きましたがそれ以上に問題なことは大気を留められるかどうかということです。

地球と非常に近い位置に存在する月は当然ではあるが太陽との距離も地球とほぼ同じですが地球とは全く異なり生命体がとても住めそうな環境ではありません。

月の昼は地球の昼とは全く異なり、暗い空間に非常に明るい太陽が見えるだけという状況であり、更に温度差も非常に大きくどこでも昼は百数度、夜はマイナス100℃を軽く下回ります。

このようになってしまう原因は大気が無いに等しいからであり、地球の昼が明るい理由は大気が太陽の光を反射しているからであり、更に気温が安定しているのも大気が地球の熱を制御しているからです。

また、大気が存在していると宇宙からやってくる小惑星を摩擦熱で蒸発させることができ地表に落とさないようにすることもできます。

当然ではあるが大気が無いと地表に小惑星が降り放題となり、このようになってしまうとまず生命体が存在することはできなくなります。

更に火星も大気が非常に少なく、水星も大気がほとんどなく、水星に至っては太陽との距離が非常に近いにもかかわらず夜は極寒となっています。

これらの惑星、衛星の大気量が少ない理由は重力が小さいからであり、いずれも地球の半分もありません。

大気を留めるには当然重力を増やすことであり、そのためには惑星の質量が大きくなければなく、惑星に生命体を宿す条件の一つとして大気を留められるほどの重力が必要だということです。

 

 

2.4 惑星の大気の成分と量

 先ほどは大気の重要性について書きましたが今度は大気の成分について書いていきたいと思います。

地球の大気は窒素78%、酸素21%であり、これらの大気は地球の生命体によって今のような状態になり、今の生命体にとって非常に適した成分比になっています。

しかもこの条件はかなりシビアであり、酸素の量が16%以下となると地球に生命体は住めなくなります。

 

そして、成分も非常に重要だが大気量もまた非常に重要であり、大気の量が少なすぎると前項のようなデメリットが生じたが大気の量が多すぎても問題が発生します。

その例としては金星が挙げられ、金星の大気圧は地球の90倍もあり、水深1,000メートルのような条件となっており、更に都合の悪いことに金星の大気の大部分は二酸化炭素で構成されているので温室効果がひどくなっており、なんと水星の温度をも上回っている状態となっています。

金星は重力や軌道の形(実は地球よりも円に近い)は良いのだが太陽との距離と大気の成分に問題があり、大気の量が多すぎる上に成分が地球と全く異なることが高圧高温地獄にしているのです。

このようになった原因としては太陽との距離が近かったことであり、もしも地球と同じ距離にあれば生命体が育っていた可能性もあります。

 

以上のことより大気の成分と量は非常に重要となっており、特にここが一番シビアな条件で現在の所地球に似た成分の惑星は発見されていません。

 

 

2.5 惑星の周囲の天体

生命体が育つのに重要な条件の一つとして恒星系がどのようになっているかということと惑星の周辺の天体がどのような配置になっているかというのもあります。

地球の周辺には月があり、更に太陽も単一の恒星なので他の天体に軌道を妨害される心配はありません。

もしも月が無くなってしまうと地球の自転が異常に速くなる問題が発生し、なぜ自転が速くなること言いますと月と地球には万有引力が働いており、その影響で自転の速度を押さえているからです。

もし、月が無くなると地球の自転速度が現在の3倍ほどになり、地球上では強風が吹き荒れ、生命体が育つことも無くなってしまいます。

 

更に木星の存在も重要であり、木星は圧倒的な質量から小惑星を引き付けており、もし木星が無くなると地球に小惑星が落ちる確率が高くなってしまうそうです。

 

そして、極めつけは太陽が単一星であることであり太陽が連星、しかもお互いの距離が近いと地球の軌道も大きく狂い、ある時は2つの恒星の光が強くなり、そしてある時は1つの恒星からしかほとんど光が当たらないような状況となり温度がめちゃくちゃになってしまいます。

しかも意外に連星系は多く、両恒星とも生命体発生の条件にあっているケンタウルス座α系や主星だけが条件にあっているカシオペア座η系も連星系です。

このような恒星系はたとえ片方の条件が良くてももう片方に妨害される可能性があるので単一であったほうが生命体の条件が上がります。

ちなみに太陽に一番似ている恒星はさそり座18番星という恒星のようです。

 

 

 

このように生命体が存在するのに必要な条件は非常にシビアであり、特に問題がありそうなことは大気の成分であると考えられます。