自然衛星の居住可能性

自然衛星の居住可能性とは、衛星が生命の生息地を提供できる可能性のことであるが、必ずしも生命が存在することを示すものではない。自然衛星の数は惑星をはるかに上回ると予想されており、そのため、衛星の居住可能性の研究は宇宙生物学や地球外生命体の探査にとって重要である。とはいえ、衛星には特有の重要な環境変数も存在する。

地表居住のパラメータは、恒星特性、軌道、惑星質量、大気、地質など、地球や火星のような地球型惑星のものと同等になると予測されている。太陽系の居住可能領域にある自然衛星、すなわち月、2つの火星衛星（ただし、一部の推定ではそれらは居住可能領域外にある）^{[ 1 ]}、および多数の小惑星衛星は、いずれも地表水が存在する条件を満たしていない。地球とは異なり、太陽系の惑星質量を持つ衛星はすべて潮汐固定されており、これがどの程度、潮汐力とともに居住可能性に影響を与えるかはまだ分かっていない。

研究によると、地球のような深層生物圏が存在する可能性が示唆されている。 ^{[ 2 ]}そのため、現在最も有力な候補は、木星と土星の衛星である氷の衛星^{[ 3 ]}、例えばエウロパ^{[ 4 ]}とエンケラドゥス^{[ 5 ]}であり、これらの衛星の地下には液体の水が存在すると考えられている。月の表面は我々が知る生命にとって過酷な環境だが、深層月の生物圏（または同様の天体の生物圏）の存在はまだ否定できない。 ^{[ 6 ] [ 7 ]}確認のためには深層探査が必要となるだろう。

系外衛星の存在はまだ確認されておらず、その検出はトランジットタイミングの変動に限定される可能性があり、現状では十分な感度が得られていない。^{[ 8 ]}トランジットの研究を通じて、それらの特性の一部が判明する可能性がある。^{[ 9 ]}それにもかかわらず、一部の科学者は、居住可能な系外惑星と同じくらい多くの居住可能な系外衛星が存在すると推定している。^{[ 10 ] [ 11 ]}一般的に惑星と衛星の質量比が10,000であることを考えると、居住可能領域にあるガス惑星は、地球型衛星を宿す最良の候補と考えられている。^{[ 12 ]}

潮汐力は恒星放射と同様に熱を供給する上で重要な役割を果たす可能性が高い。^{[ 13 ] [ 14 ]}

自然衛星の居住可能性の条件は、惑星の居住可能性の条件と似ています。しかし、自然衛星の居住可能性を区別し、さらに惑星の居住可能領域外にまで居住可能性を広げる要因がいくつかあります。^{[ 15 ]}

潮汐の影響

潮汐加速が惑星に及ぼす影響は比較的小さいものの、自然衛星にとっては重要なエネルギー源となり、生命を維持するための代替エネルギー源となる可能性がある。

ガス惑星や褐色矮星を周回する衛星は、主星に潮汐固定されている可能性が高い。つまり、衛星の自転周期は公転周期と同じである。潮汐固定は恒星放射の分布を妨害することで、ハビタブルゾーン内の惑星に悪影響を与える可能性があるが、潮汐加熱を可能にすることで衛星の居住可能性を高める可能性がある。NASAエイムズ研究センターの科学者たちは、赤色矮星のハビタブルゾーンにある潮汐固定された系外惑星の温度をモデル化した。彼らは、二酸化炭素（CO₂）を含む大気が₂ ) わずか1～1.5標準気圧（15～22psi）、居住可能な温度を可能にするだけでなく、衛星の暗い側に液体の水が存在することを可能にする。ガス惑星に潮汐固定された衛星の温度範囲は、恒星に潮汐固定された惑星の場合よりも極端ではない可能性がある。この主題に関する研究は行われていないが、少量のCO _2つは温度を居住可能なレベルにすると考えられている。 ^{[ 18 ]}

潮汐効果によって月がプレートテクトニクスを維持できる可能性もあり、それによって火山活動が月の温度を調節し^{[ 22 ] [ 23 ]} 、衛星に強い磁場を与える地磁気ダイナモ効果を生み出す可能性がある^{[ 24 ]}。

軸傾斜と気候

月と他の衛星との重力相互作用を無視できる場合、月は惑星と潮汐ロックされる傾向があります。上記の回転ロックに加えて、「傾斜侵食」と呼ばれるプロセスも発生します。これはもともと、惑星が主星の周りを公転する際の惑星の傾斜角の潮汐侵食を表すために作られたものです。^{[ 25 ]}その結果、月の最終的な自転状態は、惑星の周りの公転周期に等しい自転周期と、公転面に垂直な自転軸で構成されます。

月の質量が惑星に比べて低すぎない場合、月は惑星の自転軸の傾き、つまり恒星の周回軌道に対する傾斜角を安定させる可能性がある。地球では、月は地球の自転軸の傾きを安定させる上で重要な役割を果たしており、それによって他の惑星からの重力による摂動の影響を軽減し、惑星全体で穏やかな気候変動のみを保証している。^{[ 26 ]}しかし、火星では、比較的質量の小さい衛星フォボスとダイモスからの潮汐の影響がほとんどないため、自転軸の傾きは500万年から1000万年の時間スケールで13°から40°まで極端に変化する可能性がある。^{[ 27 ] [ 28 ]}

巨大惑星や亜褐色矮星に潮汐固定されている場合、月が恒星のハビタブルゾーンで同期回転している同サイズの惑星である場合よりも、月の気候は穏やかになるだろう。^{[ 29 ]}これは特に赤色矮星系に当てはまる。赤色矮星系では、比較的高い重力と低い光度により、ハビタブルゾーンは潮汐固定が起こる領域から離れてしまう。潮汐固定されている場合、自転軸の1回転は惑星に比べて長い時間を要する可能性がある（例えば、地球の月のわずかな自転軸の傾きと地形による影を無視すると、月の任意の地点では、地球時間で2週間の太陽と2週間の夜が月の1日となる）が、このような長い日照時間と夜は、恒星に潮汐固定された惑星の永遠の昼と永遠の夜ほど居住可能性にとって困難ではない。

以下は、太陽系内の自然衛星および環境のうち、居住可能な環境が存在する可能性のあるものの一覧です。

様々な系外天文学チームによって系外衛星候補のリストがいくつか作成されているが、いずれも確認されていない。惑星と衛星の質量比が一般的に10,000であることを考えると、ハビタブルゾーンにある土星や木星サイズの大型ガス惑星が地球型衛星を宿す最良の候補と考えられており、2018年までにそのような惑星が120個以上発見される見込みである。 ^{[ 12 ]}ハビタブルゾーン内に位置することが知られている巨大な系外惑星（グリーゼ876 b、55 Cancri f、イプシロン・アンドロメダe d、47 Ursae Majoris b、HD 28185 b、HD 37124 cなど）は、表面に液体の水を持つ天然衛星を潜在的に保有している可能性があるため、特に注目されている。

太陽系外衛星の居住可能性は、衛星に対する恒星と惑星の照明、および日食が軌道平均表面照明に及ぼす影響に依存します。^{[ 50 ]}さらに、潮汐加熱が衛星の居住可能性に役割を果たす可能性があります。2012年、科学者たちは衛星の居住可能な軌道を定義する概念を導入しました。^{[ 50 ]}彼らは、特定の惑星の周囲に居住可能な衛星の内側境界を定義し、それを惑星周回「居住可能境界」と呼んでいます。居住可能境界よりも惑星に近い衛星は居住不可能です。日食の影響と衛星の軌道安定性からの制約を使用して、仮想衛星の暴走温室限界をモデル化すると、衛星の軌道離心率に応じて、恒星が恒星の居住可能領域内に居住可能な衛星を宿すには、最低で太陽質量の約0.20倍の質量が必要であると推定されます。^{[ 17 ]}系外衛星の磁気環境は、宿主惑星の固有磁場によって決定的に引き起こされ、系外衛星の居住可能性のもう1つの要因として特定されています。^{[ 31 ]}特に注目すべきは、巨大惑星から約5～20惑星半径の距離にある衛星は、照明と潮汐加熱の観点から居住可能であることがわかっていますが、 ^{[ 31 ]}それでも惑星の磁気圏はそれらの居住可能性に決定的な影響を与えるでしょう。^{[ 31 ]}

生命が存在する自然衛星は、（SF）小説、映画、テレビ番組、ビデオゲーム、その他の人気メディアでよく見られる。

• 事実に基づいた衛星、架空の生活
  • 『カウボーイビバップ』（1998年）に登場するエウロパ、カリスト、ガニメデ、イオ、タイタン
  • 『月世界旅行』（1903年）をはじめとする多くの映画に登場する月
  • 『エウロパ・レポート』（2013年）と『ウォッチメン』（2019年）に登場するエウロパ
  • マーベル・コミックスのタイタン
• 架空の衛星
  • スタートレックシリーズのアンドリア
  • スター・ウォーズ（1977年）に登場するヤヴィン4
  • 『ジェダイの帰還』（1983年）のエンドア
  • 映画『エイリアン』（1979年）と『エイリアン2』（1986年）に登場するLV-426
  • LV-223は、 『プロメテウス』（2012年）と『プレデターズ』（2010年）に登場する。
  • アバターシリーズのパンドラ^{[ 51 ]}
  • K23（映画『ミッドナイト・スカイ』、2020年）
  • ビデオゲーム『Outer Wilds』のダウンロードコンテンツに登場する、ストレンジャーの住人たちの故郷の惑星。
  • ビデオゲーム「Kerbal Space Program」とその続編に登場するレイテ
  • キグ・ヤー族の母星であるエインは、ヘイローの世界観において太陽系から41光年離れたイデイオ星系の3番目の惑星であるチュオットの周りを公転している。
  • 『マスエフェクト：アンドロメダ』に登場するアンガラ族の母星ハーヴァルは、ガス惑星ファロアンの周りを公転しており、彼らの母星系の名前の由来にもなっている。
  • 巨大ガス惑星キャッツアイの地球型衛星ヘイブンは、ジェリー・パーネルの未来史小説「コドミニウム」シリーズの多くの物語や小説の舞台となっている。
  • アークナイツ：エンドフィールドに登場するタロスII

• 地球の類似物
• 他の天体の居住 可能性
  • K型主系列星系
  • 中性子星系
  • 赤色矮星系
  • 黄色矮星系
• ケプラー1625b I、系外惑星ケプラー1625bの可能性のある系外衛星
• 月面居住とは、地球で進化した生命体が月へ移住してそこに暮らすという仮説上の出来事を指す。