太陽系における惑星の居住可能性

太陽系の惑星の居住可能性とは、それらの天体に過去または現在地球外生命体が存在する可能性を調査する研究です。太陽系外惑星は遠すぎて間接的な手段でしか研究できないため、太陽系の天体では、望遠鏡による直接観測、宇宙探査機、ローバー、さらには有人宇宙飛行など、はるかに詳細な研究が可能です。

地球を除いて、太陽系の惑星には生命が存在することは知られていない。火星、エウロパ、タイタンは、かつて生命が存在する条件があったか、現在もその条件を満たしていると考えられている。火星には複数の探査車が送られており、エウロパ・クリッパーは2030年にエウロパに到達する予定で、ドラゴンフライ宇宙探査機は2027年に打ち上げられる予定である。

宇宙の真空は過酷な環境です。真空自体に加え、温度は極めて低く、太陽からの放射線量も高いです。多細胞生物はこのような条件に耐えることができません。^[1]細菌も真空では繁殖できませんが、特殊な状況下では生き残ることができるかもしれません。国際宇宙ステーションで行われた微生物学者山岸明彦の実験では、細菌群を3年間、全く保護されていない真空にさらしました。デイノコッカス・ラジオデュランスは曝露を生き延びました。以前の実験では、実験室で制御された実験で放射線、真空、低温に耐えていました。群の外側の細胞は死んでいましたが、その残骸が内側の細胞を保護し、内側の細胞は生き延びることができました。^[2]

これらの研究は、生命が隕石に乗って惑星間を移動するというパンスペルミア説を裏付けるものである。山岸は、細胞が岩石ではなく塊になって宇宙空間を移動する現象をマッサパンスペルミアとさえ呼んでいる。しかし、宇宙生物学者のナタリー・グレフェンステッテは、保護されていない細胞塊は、ある惑星から放出されて別の惑星に再突入する際に保護されないと考えている。^[2]

NASAによると、水星は地球のような生命が生息できる惑星ではない。水星は層状の大気ではなく表面境界外気圏を持ち、日中は800°F（430°C）から夜間は-290°F（-180°C）まで気温が極端に高く、太陽放射も強い。このような条件に耐えられる生物はまずいないだろう。^[3]古代の生命の痕跡も見つかる可能性は低い。水星に何らかの生命が現れたとしても、非常に短期間で絶滅しただろう。また、水星の表面の大部分は大きな衝突によって剥ぎ取られ、水星上の生命も消滅したとみられている。^[4]

探査機メッセンジャーは、太陽光が届かない永久影のクレーター内に水氷の証拠を発見した。大気が薄いため、クレーター内の温度は低く、昇華はほとんど起こらない。2020年3月に報告された研究に基づくと、水星の一部に地下揮発性物質が存在した可能性があるという科学的根拠があるかもしれない。^{[5] [6]}水星の地質は、カロリス盆地での大規模な衝突によって引き起こされた衝突クレーターと地震によって形成されたと考えられている。研究では、必要な時間は一定ではなく、地下揮発性物質が加熱されて昇華し、表面が崩壊した可能性があることが示唆されている。これらの揮発性物質は、惑星の他の場所のクレーターで凝縮したか、太陽風によって宇宙に失われた可能性がある。どの揮発性物質がこの過程の一部であったかは不明である。^[7]

金星の表面は生命が住むにはまったく適さない。暴走温室効果により、金星の温度は華氏900度（摂氏475度）に達し、鉛を溶かすほどの高温となっている。金星は太陽から遠いにもかかわらず、太陽系で最も高温の惑星であり、水星よりも高温である。^[8]同様に、金星の大気はほぼ完全に二酸化炭素で、大気圧は地球の90倍である。^[8]夜間の気温変化は大きくなく、太陽に対する地軸の傾きがわずか3.39度と低いため、惑星全体の気温はほぼ均一で、季節も目立ったものがない。^[9]

金星は形成後少なくとも数百万年間は表面に液体の水があったと考えられる。^{[10] [11]}ビーナス・エクスプレスは、金星が酸素と水素を宇宙に失い、逃げる水素が酸素を倍増させることを検出した。その源は、太陽からの紫外線が金星の水に分解して基本成分になったものである可能性がある。金星の大気中には重水素も存在する。これは重いタイプの水素で、金星の重力から逃げる能力が低い。しかし、表面の水は大気のみであり、海を形成していなかった可能性がある。^[10]宇宙生物学者のデイビッド・グリンスポンは、金星に海があったという証拠はないが、地球で起こったのと同様の過程の結果として、金星にも海があった可能性が高いと考えている。彼は、それらの海は6億年間存在し、40億年前に失われたと考えている。^[11]液体の水がますます不足したことで炭素循環が変化し、炭素隔離が減少した。二酸化炭素の大部分が大気中に永久に留まるため、温室効果はさらに悪化しました。^[12]

それでも、高度50～65キロメートルの間では、圧力と温度は地球に似ており、金星の酸性大気の上層には好熱好酸性極限環境 微生物が存在する可能性がある。 ^{[13] [14] [15] [16]}この理論によれば、生命は金星が寒冷だった時代に金星の海で始まり、地球と同様に他の環境に適応し、金星の最後の居住可能ゾーンに留まったことになる。^{[16]非生物的生成経路が不明な金星の大気中に}ホスフィンの吸収線が検出されたことから、2020年9月には、現在も大気中に生命が存在している可能性があるとの推測が浮上した。^{[17] [18]}その後の研究では、ホスフィンと解釈された分光信号は二酸化硫黄に起因するとされ、^[19]あるいは実際には吸収線は存在しないことが判明した。^{[20] [21]}

地球は、生命を生み出したことが確実に知られている唯一の天体であり、したがって現在居住可能な惑星の唯一の例です。太陽から1AUの距離にある地球は、太陽系の恒星周居住可能領域内にあり、液体の水の海が存在する可能性があります。^[22]また、炭素、酸素、窒素、水素、リンなど、生命体に必要な多くの元素も存在します。^{[23]太陽は、植物による}光合成によって地球上のほとんどの生態系にエネルギーを供給しますが、海洋の深部には太陽光を浴びることなく地熱で繁栄する生態系もあります。

地球の大気も重要な役割を果たしている。オゾン層は太陽からの有害な放射線から地球を保護し、遊離酸素は地球上の生物の呼吸に必要な量を十分に満たしている。^{[24]地球の} 活動核によって生成される地球の磁気圏も、太陽風が地球の大気を剥ぎ取るのを防ぐため、地球の長期的な居住可能性にとって重要である。 ^[25]大気は、海面で水を液体状態に保つ大気圧を生成するのに十分な厚さだが、有害になるほど強くはない。^[23]

生命の存在に有利な要素は他にもあるが、それらがなければ生命が繁栄できたかどうかは完全には明らかではない。地球は潮汐力で固定されておらず、大気は熱を分散させるので、気温はほぼ均一で急激な変化はない。水域が地球の大部分を覆っているが、それでも大きな陸地が残っており、海底の岩石と相互作用している。近くにある天体である月は、地球に相当な、しかし壊滅的ではない潮汐力を与えている。^[23]

カール・セーガンの提案に従い、ガリレオ探査機は他の惑星を研究するのと同様の方法で地球を遠くから研究した。地球上の生命の存在は大気中の酸素とメタンのレベルから確認でき、赤い縁は植物の証拠であった。また、自然の理由では発生しない強力な電波であるテクノシグネチャーも検出した。 ^[26]

地球に近いにもかかわらず、月は生命が住むにはほとんど適さない。月の岩石や土壌のサンプルから生命の兆候が見られても、月固有の生命は発見されていない。^[27] 2019年、イスラエルの探査機ベレシートがクマムシを乗せて月面に墜落した。^[28]クマムシの「生存確率」は「極めて高かった」が、^[29]クマムシを死なせたのは、月の環境ではなく、墜落の衝撃だった可能性が高い。^[30]

月の大気はほとんど存在せず、液体の水は存在しない（ただし、永久影になっているクレーターの一部には固体の氷が存在する）。また、太陽の放射線から保護されるものもない。

しかし、過去には状況が異なっていた可能性もある。居住可能な時期は2つ考えられる。月が誕生した直後と、火山活動が活発だった時期である。最初のケースでは、デブリディスクにどれだけの揮発性物質が残るかが議論されているが、ケイ酸塩が主成分の蒸気では水が拡散しにくいため、いくらかは保持されていた可能性があると考えられている。2番目のケースでは、月のマグマからの極端なガス放出により、月は10ミリバールの大気を持つ可能性がある。^[31]これは地球の大気のわずか1％だが、火星よりも高く、理論上の月のマグマオーシャンのように、表面の液体水を可能にするには十分かもしれない。^[32]この理論は、予想以上に水分を多く含んだ月の岩石と土壌の研究によって裏付けられている。月の火山活動の研究でも、月の中に水が存在することが明らかになっており、月のマントルは地球の上部マントルと同様の水の組成を持つだろう。^[31]

これは、マグマ水への古い露出を示唆する月の地殻の研究によって確認されるかもしれない。^[33]初期の月には独自の磁場があり、太陽風を逸らしていた可能性もある。^[34]月の生命は、局所的な自然発生過程の結果である可能性もあるが、地球からのパンスペルミア現象によるものでもある。^[34]

ロンドン大学の惑星科学と宇宙生物学の教授であるディルク・シュルツェ・マクフは、将来の月探査で火山活動時代の月のサンプルに生命の痕跡を探す場合、また、特定の月の年齢を模倣しようとする模擬月環境で微生物の生存をテストすることによって、これらの理論が適切にテストされる可能性があると考えています。^[34]

火星は、太陽系の中で地球と最も類似点のある天体である。火星の1ソルは地球の1日とほぼ同じであり、地軸の傾きにより同様の季節がある。火星には水があり、そのほとんどは火星の極地の氷床で凍っており、一部は地中に存在している。しかし、火星の居住可能性を阻む障害は数多くある。表面温度は平均約-60度（-80度）である。^[35]表面には永久に液体の水は存在しない。大気は薄く、その96%以上が有毒な二酸化炭素である。大気圧は地球の1%未満である。磁気圏がないことと相まって、火星は太陽からの有害な放射線にさらされている。宇宙飛行士は火星に足を踏み入れたことはないが、火星は探査車によって詳細に研究されてきた。今のところ、固有の生命体は発見されていない。^[36]火星の大気中に観測されたメタンの潜在的な生命痕跡の起源は説明されていないが、生命に関係しない仮説が提案されている。 ^[37]

しかし、過去にはこれらの条件が異なっていた可能性があると考えられています。火星には水域があり、大気はより厚く、磁気圏が機能していた可能性があり、当時は居住可能だった可能性があります。探査車オポチュニティは最初にそのような湿潤な過去の証拠を発見しましたが、その後の研究では、探査車が調査した領域は水ではなく硫酸と接触していたことがわかりました。[38] 一方、ゲイルクレーターに^は、中性のPHの水でのみ形成された可能性のある粘土鉱物があります。このため、NASAはキュリオシティ探査車の着陸地点としてここを選択しました。^{[38] [39]}

ジェゼロクレーターは古代の湖があった場所ではないかと疑われている。このためNASAは調査のためにパーサヴィアランス探査機を派遣した。実際の生命は発見されていないが、湖に古代の生命があったとすれば、岩石には化石の痕跡が残っている可能性がある。^{[36]また、微生物は地表の悪化する環境から逃れるために地中に潜った可能性もあるとされている。}地衣類の反応を調べるためにこれらの環境をシミュレートした実験では、岩の割れ目や土壌の隙間に隠れて生き延びたことが判明した。^[40]

多くの地質学的研究は火星が過去に居住可能であったことを示唆しているが、それは必ずしも人が住んでいたことを意味するわけではない。そのような遠い時代の微小生命体の化石を見つけることは、地球最古の既知の生命体でさえも信じられないほど困難な作業である。そのような化石には、細胞構造を保存し、岩石形成や環境プロセスの劣化に耐えることができる材料が必要である。これらのケースの化石形成に関する知識は、これまでに発見されたまばらな化石に限られており、火星の環境とは大きく異なる地球の環境に基づいています。^[41]

小惑星帯で唯一の準惑星であるケレスには、薄い水蒸気の大気がある。^{[42] [43]}この蒸気は氷を含む隕石の衝突によるものと思われるが、この蒸気以外に大気はほとんど存在しない。^[44]それにもかかわらず、水が存在することから、生命が存在する可能性があるという推測が生まれた。^{[45] [46] [47]}ケレスはサイズが小さいため、破片が重力から逃れやすくなるため、パンスペルミア説によって地球上の生命の源になったのではないかとさえ推測されている。^[45]この準惑星には現在生物はいないかもしれないが、過去に生命が存在した兆候があるかもしれない。^[48]

しかし、ケレスの水は表面では液体の水ではない。隕石の中で凍り、昇華して蒸気になる。この準惑星は居住可能領域外にあり、地殻活動を維持するには小さすぎ、巨大ガス惑星の衛星のような潮汐破壊天体を周回していない。^{[45]しかし、}ドーン宇宙探査機による研究では、ケレスの地下には塩分を多く含む液体の水があることが確認された。^[49]

カール・セーガンらは1960年代と1970年代に、木星の大気中に生息する仮説上の微生物の条件を計算した。^[50]しかし、強烈な放射線やその他の条件では、カプセル化や分子生化学反応が起こりそうにないため、木星に生命が存在する可能性は低いと考えられている。^[51]さらに、木星は巨大ガス惑星であるため、表面がないため、潜在的な微生物は空中を漂っている必要がある。大気のいくつかの層は居住可能かもしれないが、木星の気候は常に乱れており、それらの微生物は最終的に木星の深部に吸い込まれるだろう。それらの領域の大気圧は地球の1,000倍で、気温は10,000度に達することがある。^{[52]しかし、}大赤斑には水の雲が含まれていることが発見された。天体物理学者のマテ・アダムコビッチは、「液体の水が存在する可能性がある場所では、生命が存在する可能性を完全に否定することはできない。したがって、非常に可能性が低いように思えるが、木星に生命が存在することは私たちの想像の範囲外ではない」と述べた。^[53]

カリストは薄い大気と地下海を持ち、生命が存在する可能性がある。他の衛星よりも惑星から遠いため潮汐力は弱いが、有害な放射線も少ない。^[54]

エウロパの氷の表面の下には液体の海がある可能性があり、居住可能な環境である可能性がある。この潜在的な海は、2機のボイジャー宇宙船によって最初に発見され、その後地球からの望遠鏡による研究によって裏付けられた。現在の推定では、エウロパはサイズが小さいにもかかわらず、この海には地球のすべての海を合わせた量の2倍の水が含まれている可能性があると考えられている。氷の地殻の厚さは15〜25マイルで、この海の研究の障害となる可能性があるが、宇宙空間に達する可能性のある噴出柱を通じて調査できる可能性がある。 ^[56]

生命には液体の水、いくつかの化学元素、そしてエネルギー源が必要である。エウロパには最初の2つの元素があるかもしれないが、3つすべてがあるかどうかは確認されていない。潜在的なエネルギー源は熱水噴出孔であるが、まだ検出されていない。^[56]太陽光は木星系では弱すぎる上、厚い氷の表面を通過しなければならないため、実行可能なエネルギー源とは考えられていない。他の提案されているエネルギー源としては、まだ推測の域を出ないが、木星の磁気圏と運動エネルギーがある。^[57]

地球の海とは異なり、エウロパの海は永久的に厚い氷の層に覆われているため、水の通気は難しいかもしれない。アリゾナ大学のリチャード・グリーンバーグは、氷の層は均質なブロックではなく、氷はむしろ上部で再生し、表面の氷をより深く埋めるサイクルにあり、最終的には表面の氷が海と接触する下側に落ちると考えている。^[58]このプロセスにより、表面からの空気が最終的に海に到達する可能性がある。^[59]グリーンバーグは、表面の酸素が最初に海に到達したのは数十億年後であり、生命が出現して酸化に対する防御力を発達させたと考えている。^{[58]また、プロセスが始まれば、酸素の量は多細胞生物の発達さえ可能にし、地球上のすべての}魚類に匹敵する個体群を維持する可能性もあると考えている。^[58]

2013年12月11日、NASAは、エウロパの氷の地殻で、有機物と関連することが多い「粘土のような鉱物」（具体的には、フィロケイ酸塩）が検出されたと報告した。 ^[60]科学者によると、鉱物の存在は、小惑星または彗星との衝突の結果である可能性がある。 ^[60]エウロパの居住可能性を評価するエウロパクリッパーは、2024年に打ち上げられ、2030年に月に到達する予定である。 ^[61]エウロパの地下海は、生命発見の最良のターゲットと考えられている。^{[57] [61]}

太陽系最大の衛星であるガニメデは、独自の磁場を持つ唯一の衛星である。表面は水星や月に似ており、生命にとって同様に過酷である可能性が高い。^[23]表面下に海があり、原始的な生命が存在する可能性があると疑われている。^[62]この疑惑は、ガニメデの薄い大気中の水蒸気のレベルが異常に高いことに起因している。この衛星にはおそらく数層の氷と液体の水があり、最後にマントルと接触する液体の層がある。ガニメデの磁場の原因であると考えられる核の温度は、1600 K 近くになると考えられる。この特定の環境は居住可能である可能性が高いと考えられている。^{[23]この衛星は、2023年に打ち上げられ、2031年に木星系に到達する}欧州宇宙機関の木星氷衛星探査機の調査対象となる予定である。

ガリレオ衛星の中で、イオは惑星に最も近い。惑星からの潮汐力と惑星の周りを回る楕円軌道のせいで、太陽系で最も火山活動が活発な衛星である。それでも表面は-143℃と寒い。大気は地球の200倍軽く、木星に近いため放射線が多く、水は全くない。しかし、過去には水があった可能性があり、地下に生命体が存在した可能性もある。^[54]

木星と同様に、土星は生命を宿す可能性は低い。土星は巨大ガス惑星であり、その温度、圧力、物質は生命にとって危険すぎる。^[63]土星は主に水素とヘリウムで構成されており、微量の氷水も含まれる。表面近くの温度は-150℃近くである。土星の内部はより暖かくなるが、水が液体である可能性のある深部では大気圧が高すぎる。^[64]

土星の6番目に大きい衛星であるエンケラドゥスには、地熱活動や水蒸気、潮汐力によって温められた氷の下の海など、生命が存在する条件がいくつか備わっている。 ^{[65] [66]}カッシーニ・ホイヘンス探査機は、2005年にエンケラドゥスの間欠泉を通過した際に、氷とガスを噴出する間欠泉の1つを通過し、炭素、水素、窒素、酸素（生命維持に重要な元素）を検出した。噴出物の温度と密度は、地表の下にもっと暖かくて水の多い源があることを示している。生命が存在する可能性のある天体の中で、生物はエンケラドゥスから太陽系の他の天体に最も容易に侵入できる可能性がある。^[67]

土星の7番目に大きい衛星であるミマスは、大きさと軌道位置がエンケラドゥスに似ています。2024年には、カッシーニ-ホイヘンス計画の軌道データに基づいて、ミマスには、クレーターが多数あるが古く保存状態の良い表面から約20〜30 km下に、潮汐加熱された大きな地下海が存在すると計算されており、生命が存在する可能性を示唆しています。^[68]

土星最大の衛星タイタンは、太陽系で唯一大気圏にある衛星として知られている。カッシーニ・ホイヘンス計画のデータは、地球全体に炭化水素の海があるという仮説を否定したが、後に極地に液体炭化水素湖が存在することを実証した。これは地球外で初めて表面液体が安定して見つかったものである。 ^{[69] [70] [71]}カッシーニからのさらなるデータは、タイタンの氷殻の下に液体の水の層が存在する可能性が高いという証拠を強化した。^[72]計画のデータの分析により、地表近くの大気化学の側面が明らかになった。これは、もしそこに生物が存在する場合、水素、アセチレン、エタンを消費し、メタンを生成しているという仮説と一致するが、証明するものではない。^{[73] [74] [75]} NASAのドラゴンフライ計画は、2030年代半ばに垂直離着陸が可能な回転翼航空機を搭載してタイタンに着陸する予定で、打ち上げ日は2027年に設定されている。

氷の巨星である天王星は、居住可能ではない可能性が高い。その場所の温度と圧力は極端に高く、物質は不安定すぎる可能性がある。^[76]天王星とその衛星を詳細に観測した唯一の宇宙船は、 1986年のボイジャー2号である。

しかし、アリエルとミランダの多様な地質の観測に基づくと、天王星の5つの主要な衛星は、歴史上のある時点で潮汐加熱された地下の海が存在していた可能性がある。 ^{[77] [78]と、最大の衛星である}ティタニアを含む4つの最大の衛星のコンピュータモデルを組み合わせると、その可能性が最も高いと考えられる。^[79]

ボイジャー2号が探査したもう一つの氷の巨星である海王星も、居住可能ではない可能性が高い。その地域の気温と圧力は極端に高く、物質は揮発性が高い可能性がある。^[80]

しかし、衛星トリトンの表面には氷火山活動があり、水氷の堆積物とその年齢の割に比較的若く滑らかな地質があることが徹底的に示されており、地下に海がある可能性が浮上している。 ^{[81] [82] [51] [83] [84] [85]}

準惑星の冥王星は、表面で生命を維持するには寒すぎる。平均気温は-232℃で、表面の水は岩石状態でしか存在しない。冥王星の内部はより暖かく、おそらく地下に海がある。また、地熱活動の可能性もある。これに、冥王星の軌道が偏心しているため、太陽に近づくことがあるという事実を合わせると、準惑星に生命が存在する可能性がわずかながらあることになる。^[86]

準惑星マケマケは極端に低温のため居住不可能である。^[87]ハウメア^[88]やエリス^[89]も同様である。

• 太陽系の地球型惑星の水

• アギレラ・モション、フアン・アントニオ（2016）。La vida no terrestre [地球外生命体] (スペイン語)。 RBA。ISBN 978-84-473-8665-9。