地球アナログ

地球類似体は、地球の双子、または第二の地球とも呼ばれ、地球に似た環境条件を持つ惑星または衛星です。地球のような惑星という用語も使用されますが、この用語はあらゆる地球型惑星を指す場合があります。

この可能性は、惑星が地球に似ているほど、複雑な地球外生命を維持できる可能性が高くなるという理由で、宇宙生物学者や天文学者にとって特に興味深いものです。そのため、これは長い間推測されており、科学、哲学、SF、大衆文化でこの主題が表現されています。宇宙植民地化や宇宙と生存の支持者は、長い間、居住地として地球類似物を求めてきました。遠い将来、人類はテラフォーミングによって地球類似物を人工的に作り出すかもしれません。

太陽系外惑星の科学的探査と研究が始まる以前、その可能性は哲学とSFを通じて議論されていた。哲学者たちは、宇宙の大きさを考えると、ほぼ同一の惑星がどこかに存在するはずだと示唆してきた。平凡性原理は、地球のような惑星は宇宙ではありふれたものであるはずだと示唆しているが、希土類仮説は、それらは極めて稀であると示唆している。これまでに発見された何千もの太陽系外惑星系は太陽系とは大きく異なり、希土類仮説を裏付けている。

2013年11月4日、天文学者はケプラー宇宙ミッションのデータに基づき、天の川銀河内の太陽のような恒星と赤色矮星のハビタブルゾーンを周回する地球サイズ の惑星が400億個もある可能性があると報告した。^{[1] [2]統計的には、そのような惑星に最も近いものは}地球から12光年以内にあると予想される。^{[1] [2]} 2020年9月、天文学者は天体物理学的パラメータと地球上の既知の生命体の自然史に基づき、 4000個を超える確認済みの太陽系外惑星の中から24個のスーパーハビタブル惑星（地球よりも居住しやすい惑星）候補を特定した。^[3]

1990 年代以降の科学的発見は、宇宙生物学、惑星の居住可能性のモデル、地球外知的生命体の探査(SETI)の分野の範囲に大きな影響を与えました。

1858年から1920年の間、火星は地球と非常によく似ており、より乾燥していて厚い大気があり、赤道の傾き、軌道、季節が似ており、火星には巨大な運河を建設した文明があるという、一部の科学者を含む多くの人々の考えがありました。これらの理論は、ジョヴァンニ・スキャパレッリ、パーシヴァル・ローウェルらによって提唱されました。そのため、フィクションの火星では、赤い惑星が地球の砂漠に似ていると描写されました。しかし、マリナー（1965年）とバイキング宇宙探査機（1975-1980年）からの画像とデータにより、火星は不毛のクレーターの世界であることが明らかになりました。 ^{[4] [5] [6] [7] [8] [9]} しかし、発見が続くにつれて、地球との比較は残りました。たとえば、火星の海洋仮説はバイキングミッションに端を発し、1980年代に普及しました。^[10] 過去に水が存在した可能性から、火星で生命が始まった可能性があり、火星は再び地球に似ていると認識されました。

同様に、1960年代まで、金星は厚い大気を持ち、高温で埃っぽいか、水雲と海があり湿気が多い地球のより暖かいバージョンであると、一部の科学者を含む多くの人々によって信じられていました。^[11] フィクションでは金星は地球と類似点があるとよく描かれ、金星文明について多くの人が推測していました。これらの信念は、1960年代に最初の宇宙探査機が惑星に関するより正確な科学的データを収集し、金星が非常に暑い世界で、表面温度が約462℃（864℉）^[12]で、表面圧力が9.2MPa（1,330psi）の酸性大気であることが判明したため、払拭されました。^[12]

2004年から、カッシーニ・ホイヘンスは土星の衛星タイタンがハビタブルゾーン外の惑星の中で地球に最も似ている惑星の一つであることを明らかにし始めた。劇的に異なる化学組成を持つにもかかわらず、2007年に確認されたタイタンの湖、川、河川作用などの発見は地球との比較を前進させた。^{[13] [14]}気象現象を含むさらなる観測は、地球のような惑星で起こる可能性のある地質学的プロセスの理解に役立った。^[15]

ケプラー宇宙望遠鏡は、 2011年からハビタブルゾーン内の地球型惑星の可能性のある惑星の通過を観測し始めました。^{[16] [17]}この技術は惑星の検出と確認のためのより効果的な手段を提供しましたが、候補惑星が実際に地球にどれほど似ているかを明確に結論付けることはできませんでした。^[18] 2013年には、地球半径の1.5倍未満のケプラー候補惑星がいくつか、恒星のハビタブルゾーン内を周回していることが確認されました。2015年になって初めて、太陽系候補惑星であるケプラー452bを周回する地球に近いサイズの候補惑星が発表されました。^{[19] [20]}

2023年1月11日、NASAの科学者たちは、地球に似た太陽系外惑星であるLHS 475 bの検出を報告した。これはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって発見された最初の太陽系外惑星である。^[21]

地球類似体が見つかる確率は、類似すると予想される属性に大きく依存し、これらは大きく異なります。一般的には地球型惑星であると考えられており、そのような惑星を見つけることを目的とした科学的研究がいくつか行われてきました。多くの場合暗示される基準には、惑星のサイズ、表面重力、恒星のサイズとタイプ（つまり、太陽類似体）、軌道距離と安定性、軸の傾きと回転、類似した地理、海洋、空気と気象条件、強力な磁気圏、さらには地球のような複雑な生命の存在などがありますが、これらに限定されるわけではありません。複雑な生命が存在する場合、陸地の大部分が森林に覆われている可能性があります。知的生命体が存在する場合、陸地の一部が都市で覆われている可能性があります。そのような惑星について想定されるいくつかの要因は、地球自身の歴史により、ありそうにない場合があります。たとえば、地球の大気は常に酸素に富んでいたわけではなく、これは光合成生物の出現による生物学的特徴です。月の形成、存在、これらの特性への影響（潮汐力など）も、地球の類似物を見つける上で問題となる可能性があります。

地球類似物を決定するプロセスには、不確実性の定量化に関する複数の記録を調整することがしばしば含まれる。人類学者ヴィンセント・イアレンティの類推的推論の認識論に関する研究が示しているように、^[22]一部の惑星科学者は「時間と空間を橋渡しし、2つの異なる物体を結び付けるために、信念を持って飛躍することに慣れている」。^[23]

地球サイズの惑星は地球型の性質を持ち、地球のような大気を保持できる可能性が高いと考えられるため、サイズは重要な要素であると考えられることが多い。^[26]

このリストには、地球の質量の 0.8～1.9 倍の範囲内の惑星が含まれており、これより小さいものは一般にサブアース、これより大きいものはスーパーアースに分類されます。また、地球の半径の 0.5～2.0 倍（地球の半径の半分から 2 倍）の範囲内にあることが知られている惑星のみが含まれています。

大きさの基準によると、半径または質量がわかっている最も近い惑星質量の天体は次のとおりです。

この比較は、大きさだけでは特に居住可能性の点で不十分な尺度であることを示している。温度も考慮する必要がある。金星とアルファケンタウリB（2012年発見）、ケプラー20（2011年発見^{[30] [31]}）、コロー7（2009年発見）、ケプラー42の3つの惑星（すべて2011年発見）は非常に高温であり、火星、ガニメデ、タイタンは極寒の世界であるため、表面と大気の状態も多種多様である。太陽系の衛星の質量は地球のほんの一部であるが、太陽系外惑星の質量を正確に測定することは非常に難しい。しかし、地球サイズの地球型惑星の発見は、地球のような惑星の推定頻度と分布を示す可能性があるため重要である。

よく引用されるもう 1 つの基準は、地球類似物は地球上でなければならない、つまり、同様の地表地質、つまり同様の表面物質で構成された惑星表面を備えている必要があるということです。最も近い既知の例は火星とタイタンであり、地形の種類や表面構成には類似点があるものの、温度や氷の量など、大きな違いもあります。

地球の表面の物質や地形の多くは、水との相互作用（粘土や堆積岩など）や生命の副産物（石灰岩や石炭など）、大気との相互作用、火山活動や人工的な活動によって形成されます。したがって、真の地球類似物は、大気、表面との火山活動、過去または現在の液体の水、生命体など、同様のプロセスを経て形成された可能性があります。

惑星の温度を決定する要因はいくつかあり、したがって、大気の状態が不明な惑星では、地球との比較を行うことができる基準がいくつかあります。^[要出典] 平衡温度は、大気のない惑星に使用されます。大気がある場合は、温室効果が想定されます。最後に、表面温度が使用されます。これらの温度はそれぞれ気候の影響を受け、気候は惑星の軌道と自転 (または潮汐ロック) の影響を受け、それぞれがさらなる変数をもたらします。

以下は、地球に最も近い温度を持つ、確認されている惑星の比較です。

生命を宿す理想的な地球類似体のもう一つの基準は、太陽類似体、つまり太陽によく似た恒星を周回することである。しかし、多くの異なるタイプの恒星が生命にとって住みやすい局所環境を提供できるため、この基準は完全に有効ではないかもしれない。例えば、天の川銀河では、ほとんどの恒星は太陽よりも小さく暗い。そのような恒星の1つであるTRAPPIST-1は、12パーセク（39光年）離れた場所にあり、太陽よりも約10倍小さく、2,000倍暗いが、その居住可能領域に少なくとも6つの地球のような惑星を宿している。これらの条件は既知の生命にとって不利に思えるかもしれないが、TRAPPIST-1は12兆年間燃え続けると予想されている（太陽の残りの寿命50億年と比較して）。これは、生命が自然発生的に発生するのに十分な時間である。^[36]比較すると、地球上の生命はわずか10億年で進化した。^[要出典]

表面に水が存在できる領域を定義するハビタブルゾーン（または液体の水ゾーン）の概念は、地球と太陽の両方の特性に基づいています。このモデルでは、地球はおおよそこのゾーンの中心、つまり「ゴルディロックス」位置を周回します。現在、大規模な地表水塊が存在することが確認されている惑星は地球だけです。金星はゾーンの高温側にあり、火星は低温側にあります。どちらも地表に恒久的な水が存在することは知られていませんが、火星には太古の昔に水が存在していたという証拠があり、^{[37] [38] [39]}金星でも同様であったと推測されています。^[11]したがって、ゴルディロックス位置にある太陽系外惑星（または衛星）には、地球のような海と水雲がある可能性があります。地表水に加えて、真の地球類似物には、海または湖と、水または陸地で覆われていない領域が混在する必要があります。

真の地球類似体は、その惑星系が類似しているだけでなく、太陽類似体を周回し、地球のように継続的に居住可能な状態を保つためにほぼ円軌道を描いていなければならないと主張する人もいる。^[要出典]

凡庸性原理は、偶然の出来事によって地球のような惑星がどこか別の場所で形成され、複雑な多細胞生物の出現を可能にした可能性があると示唆しています。対照的に、希土類仮説は、最も厳格な基準を適用すると、そのような惑星が存在するとしても、人間が決して見つけられないほど遠くにある可能性があると主張しています。

太陽系には地球類似体が存在しないことが判明したため、探索は太陽系外惑星へと拡大された。宇宙生物学者は、地球類似体は恒星のハビタブルゾーンで見つかる可能性が最も高く、そこには液体の水が存在し、生命を維持できる条件が整うと主張している。ディルク・シュルツェ・マクフなど一部の宇宙生物学者は、十分に質量の大きい天然衛星が地球に似た 居住可能な月を形成する可能性があると推定している。

天の川銀河と宇宙全体における地球のような惑星の頻度はまだわかっていません。その頻度は、希土類仮説の極端な推定値である 1 個 (つまり地球) から無数までの範囲です。

ケプラー計画を含むいくつかの現在の科学的研究は、太陽を通過する惑星からの実際のデータを使用して推定値を精緻化することを目的としている。アリゾナ大学の天文学者マイケル・マイヤーによる2008年の研究では、最近形成された太陽のような恒星の近くの宇宙塵について、太陽類似体の20%から60%に、地球の惑星の形成につながったプロセスと似た岩石惑星の形成の証拠があることが示唆されている。 ^[41]マイヤーのチームは恒星の周りに宇宙塵の円盤を発見し、これを岩石惑星の形成の副産物と見ている。

2009年、カーネギー研究所のアラン・ボスは、天の川銀河だけでも1000億個の地球型惑星が存在する可能性があると推測した。^[42]

2011年、NASAジェット推進研究所（JPL）は、ケプラー計画の観測に基づき、太陽に似た恒星全体の1.4%から2.7%に、恒星のハビタブルゾーン内に地球サイズの惑星が存在すると予測した。これは、天の川銀河だけで地球サイズの惑星が20億個存在する可能性があることを意味し、すべての銀河に天の川銀河と同様の数の惑星があると仮定すると、観測可能な宇宙にある500億の銀河には、地球のような惑星が100京個も存在する可能性がある。 ^[43]これは、地球1平方センチメートルあたり約20個の地球類似体に相当する。^[44]

2013年、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターは、ケプラー宇宙望遠鏡の追加データを統計的に分析し、天の川銀河には少なくとも170億個の地球サイズの惑星が存在すると示唆した。^[45]しかし、これはそれらの惑星が居住可能領域内でどのような位置にあるかについては何も語っていない。

2019年の研究では、地球サイズの惑星が太陽のような恒星の6分の1を周回している可能性があると判明した。^[46]

テラフォーミング（文字通り「地球形成」）とは、惑星、月、その他の天体の大気、気温、表面地形、生態系を地球と似たものに意図的に改変し、人間が居住可能な状態にするという仮説上のプロセスです。

火星^{[47] [48] [49]}と、それほどではないが金星^{[50] [51] [52] [53] [54]が}、近接性と大きさの類似性からテラフォーミングの最も可能性の高い候補として挙げられている。

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