地球の類似物

地球類似惑星（地球の双子、第二の地球とも呼ばれる）とは、地球と類似した環境条件を持つ惑星または衛星のことである。地球型惑星という用語も用いられるが、この用語はあらゆる地球型惑星を指す場合がある。

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いという考えに基づき、この可能性は宇宙生物学者や天文学者にとって特に興味深い。そのため、このテーマは科学、哲学、SF、大衆文化において長年議論され、表現されてきた。宇宙植民地化や宇宙での生存を提唱する人々は、入植のための地球類似の惑星を長年探し求めてきた。遠い未来には、人類はテラフォーミングによって人工的に地球類似の惑星を作り出すかもしれない。

太陽系外惑星の科学的な探査と研究が始まる以前は、その可能性は哲学やSFを通して議論されてきた。哲学者たちは、宇宙の規模を考えると、地球とほぼ同じ惑星がどこかに存在するはずだと主張してきた。平凡性の原理は、地球のような惑星は宇宙に普遍的に存在するはずだと示唆する一方、希土類惑星仮説は、そのような惑星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数千もの太陽系外惑星系は、太陽系とは大きく異なっているが、宇宙の広大さを考えると、これまでの観測からどちらの仮説も裏付ける証拠を見出すことは難しい。

2013年11月4日、天文学者たち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や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400億個も存在する可能性があると報告した。^{[ 1 ] [ 2 ]}統計的には、そのような惑星の中で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、天文学者たちは、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いて、4000個以上の確認済み系外惑星の中から、24個の超居住可能惑星（地球よりも優れた惑星）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、惑星居住可能性モデル、地球外知的生命体探査（SETI）といった分野の範囲に大きな影響を与えてきた。

1858年から1920年の間、火星は、科学者を含む多くの人々によって、地球と非常によく似ているが、乾燥していて厚い大気があり、自転軸の傾き、軌道、季節が似ており、火星には巨大な運河を建設した火星文明が存在すると考えられていた。これらの理論は、ジョヴァンニ・スキアパレッリ、パーシバル・ローウェルらによって提唱された。そのため、フィクションでは、火星は地球の砂漠に似た赤い惑星として描かれていた。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は、火星が不毛のクレーターだらけの世界であることを明らかにした。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} しかし、発見が続くにつれて、他の地球との比較は残った。たとえば、火星海洋仮説はバイキング計画に端を発し、1980年代に普及した。^{[ 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、再び地球に似ていると認識されるようになった。

同様に、1960年代まで、金星は、一部の科学者を含む多くの人々によって、厚い大気を持つ地球の温暖版であり、高温で塵が多いか、水雲と海のある湿潤な惑星であると信じられていました。^{[ 11 ]}フィクションでは、金星はしばしば地球と似ていると描かれ、多くの人が金星の文明について推測していました。これらの考えは、最初の宇宙探査機が金星に関するより正確な科学データを収集し、金星は表面温度が約462 ℃（864 °F）^{[ 12 ]} 、表面気圧が9.2MPa （1,330psi ）の酸性大気の下にある非常に高温の世界であることが判明した1960年代に払拭されました。^{[ 12 ]}    

2004年から、カッシーニ・ホイヘンス探査機は、土星の衛星タイタンがハビタブルゾーン外で最も地球に似た世界の1つであることを明らかにし始めた。化学組成は劇的に異なるものの、2007年にタイタンの湖、川、河川作用が確認されるなどの発見は、地球との比較を進展させた。 ^{[ 13 ] [ 14 ]}気象現象を含むさらなる観測は、地球型惑星で作用する可能性のある地質学的プロセスの理解に役立っている。^{[ 15 ]}

ケプラー宇宙望遠鏡は、 2011年からハビタブルゾーンにある地球型惑星候補の通過観測を開始しました。^{[ 16 ] [ 17 ]}この技術は惑星の検出と確認に効果的な手段を提供しましたが、候補惑星が実際にどれほど地球に似ているかを決定的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がいくつか、恒星のハビタブルゾーンを周回していることが確認されました。太陽候補の周りを公転する最初の地球に近いサイズの候補、ケプラー452bが発表されたのは2015年になってからのことでした。^{[ 19 ] [ 20 ]}

2023年1月11日、NASAの科学者たちは、地球型系外惑星LHS 475 bの検出を報告した。これはジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡によって発見された最初の系外惑星である。^{[ 21 ]}

地球類似惑星が見つかる確率は、類似が期待される特性に大きく左右され、これらの特性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、そのような惑星を探すことを目的とした科学的研究が数多く行われてきました。惑星の大きさ、表面重力、恒星の大きさや種類（太陽類似など）、軌道距離と安定性、自転軸の傾きと回転、類似した地形、海洋、大気や気象条件、強い磁気圏、さらには地球のような複雑な生命の存在といった基準が暗黙のうちに示唆されていますが、これらに限定されるものではありません。複雑な生命が存在する場合、大地を覆う森林が存在する可能性があります。知的生命体が存在する場合、土地の一部は都市で覆われている可能性があります。このような惑星に想定されるいくつかの要因は、地球自身の歴史から考えてあり得ないかもしれません。例えば、地球の大気は常に酸素が豊富であったわけではなく、これは光合成生命の出現を示すバイオシグネチャーです。月の形成、存在、そしてこれらの特性への影響（潮汐力など）も、地球類似惑星の発見を困難にする可能性があります。

地球の類似物を決定するプロセスでは、不確実性の定量化の複数のレジスターを調整することがしばしば必要になります。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 ]} 、惑星科学者の中には、他の科学者よりも「時間と空間を繋ぎ、2つの異なる対象を結びつけるために、信仰の飛躍を行うことに抵抗がない」人もいます^{[ 23 ] 。}

サイズ

大きさは重要な要素であると考えられており、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ている。^{[ 26 ]}

このリストには、地球質量の0.8～1.9倍の範囲の惑星が含まれており、これより小さいものは一般的にサブアース、大きいものはスーパーアースに分類されます。さらに、半径が地球半径の0.5～2.0倍（地球半径の半分から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。

大きさの基準に基づくと、半径または質量が既知の最も近い惑星質量天体は以下のとおりです。

この比較は、特に居住可能性の観点から、大きさだけでは不十分な指標であることを示している。金星やアルファ・ケンタウリB（2012年発見）、ケプラー20（2011年発見^{[ 30 ] [ 31 ]}）、COROT-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大きく異なることから、温度も考慮する必要がある。太陽系の衛星の質量は地球の質量のほんの一部であるのに対し、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、地球型惑星の出現頻度と分布の可能性を示す可能性があるため重要である。

陸上

よく挙げられるもう一つの基準は、地球の類似天体は地球型でなければならない、つまり、類似した地質構造、すなわち類似した地表物質で構成された惑星表面を持つべきであるという点である。既知の最も近い例は火星とタイタンであり、地形の種類や地表の構成には類似点があるものの、気温や氷の量など、大きな違いも存在する。

地球の表面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、あるいは人工的な活動の結果として形成されています。したがって、真の地球の類似天体は、同様のプロセスを経て形成され、大気、地表との火山活動、過去または現在の液体の水、そして生命体を有していた必要があるでしょう。

地表水と水循環

居住可能領域（または液体の水領域）の概念は、地表に水が存在できる領域を定義するもので、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、地球はこの領域の中心付近、つまり「ゴルディロックス」の位置を公転しています。現在、地表に大きな水が存在することが確認されている惑星は地球だけです。金星はこの領域の高温側に位置し、火星は低温側に位置しています。どちらも恒常的な地表水を持っていることは知られていませんが、火星には古代に地表水があったという証拠があり、^{[ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]}金星も同様だったと推測されています。^{[ 11 ]}したがって、ゴルディロックスの位置にある、十分な大気を持つ太陽系外惑星（または衛星）は、地球のような海や水雲を持っている可能性があります。地表水に加えて、真の地球類似の惑星には、海や湖と、水で覆われていない陸地が混在している必要があります。

真の地球類似天体は、惑星系の位置が地球と似ているだけでなく、太陽系類似天体の周りを公転し、地球のように継続的に居住可能な状態を維持できるようなほぼ円形の軌道を描いていなければならないと主張する人もいる。

平凡性原理は、偶然の出来事によって地球に似た惑星がどこか別の場所に形成され、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る。一方、希土類地球仮説は、最も厳格な基準を適用した場合、そのような惑星が存在するとしても、人類が発見できないほど遠く離れている可能性があると主張している。

太陽系には地球に匹敵する惑星が存在しないことが判明したため、探査対象は太陽系外惑星へと拡大した。宇宙生物学者たちは、地球に匹敵する惑星は、液体の水が存在し生命を支える条件が整う恒星のハビタブルゾーンに存在する可能性が高いと主張している。ディルク・シュルツェ＝マクフなどの一部の宇宙生物学者は、十分な質量を持つ自然衛星が地球に似た居住可能な衛星を形成する可能性があると推定している。

歴史

推定頻度

天の川銀河およびより広い宇宙における地球型惑星の出現頻度は、依然として不明である。その数は、極めて稀な地球仮説に基づく推定値（ 地球1個）から、無数に及ぶ可能性まで幅広く存在する。

ケプラーミッションを含むいくつかの現在の科学研究は、トランジット惑星からの実際のデータを使用して推定値を改善することを目的としています。アリゾナ大学の天文学者マイケル・マイヤーによる、最近形成された太陽に似た恒星の近くの宇宙塵に関する2008年の研究では、太陽類似星の20%から60%が岩石惑星の形成の証拠を持っていることが示唆されており、これは地球の形成につながったプロセスと似ています。^{[ 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ます。

2009年、カーネギー科学研究所のアラン・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のジェット推進研究所（JPL）は、ケプラーミッションの観測に基づき、太陽に似た恒星の1.4%から2.7%が、恒星のハビタブルゾーン内に地球サイズの惑星を持つと予測した。これは、天の川銀河だけでも20億個もの地球サイズの惑星が存在する可能性があり、すべての銀河が天の川銀河と同様の数の惑星を持つと仮定すると、観測可能な宇宙の500億個の銀河には、100京個もの地球型惑星が存在する可能性があることを意味する。^{[ 43 ]}これは、地球1平方センチメートルあたり約20個の地球型惑星に相当する。^{[ 44 ]}

2013年、ハーバード・スミソニアン天体物理学センターは、ケプラーの追加データの統計分析を用いて、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、これはハビタブルゾーンに対するそれらの位置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に似た恒星の6個に1個の割合で周回している可能性があることが判明した。^{[ 46 ]}

惑星、衛星、その他の天体のテラフォーミング（文字通り「地球の形を作る」）とは、その天体の大気、温度、地表地形、生態系を地球のものに似せるように意図的に改変し、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ある。

近接性と大きさの類似性から、火星^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}、そして程度は低いものの金星^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ] [ 53 ] [ 54 ]}がテラフォーミングの最も有力な候補として挙げられている。

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