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「生命の可能性がある星」って銀河系にいくつあるの?

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ナショナルジオグラフィック日本版

私たちが暮らす銀河系(天の川銀河)には、地球に似た条件の惑星が3億個以上あるかもしれない。新たな研究で、銀河系内にある「太陽に似た恒星」の約半数が、「ハビタブルゾーン」に岩石惑星をもつとする結果が出た。ハビタブルゾーンとは、恒星と惑星からなる惑星系のうち、液体の水が存在しうる領域のことである。

「私たち全員が待ち望んでいた科学的成果です」と、今回の研究を行った米カリフォルニア大学サンタクルーズ校の天文学者ナタリー・バターリャ氏は言う。研究成果は、天文学の専門誌『Astronomical Journal』への掲載が受理された。

今回の結果は、ドレイク方程式における重要な変数の一つを与えてくれる。1961年に私(筆者のナディア・ドレイク氏)の父である天文学者、フランク・ドレイクが考案したこの方程式は、銀河系内にある文明の数を計算しようというもので、この式を構成する7つの変数のうち、いくつかはすでに明らかになっている。

しかし、「太陽に似た恒星のうち地球に似た惑星をもつものの割合」については、「1000分の1なのか100万分の1なのか、本当のところは誰にもわかりませんでした」と、地球外知的生命探査(SETI)研究所の天文学者セス・ショスタク氏は語る。

天文学者たちは、地球に似た惑星探しに米航空宇宙局(NASA)のケプラー宇宙望遠鏡による観測データを利用してきた。ケプラーは9年にわたって太陽系の外にある惑星探しに活躍。2018年のミッション終了までに約2800個の太陽系外惑星を発見したが、その多くは太陽系の惑星とは似ても似つかないものだった。

研究チームは今回、地球のような惑星がどれだけ一般的であるかを計算するため、欧州宇宙機関(ESA)のガイア宇宙望遠鏡の助けを借りた。ケプラーの観測成果に、銀河系全体の星を監視するガイアの観測データを加えることで、研究チームはついに、銀河系に地球に似た惑星がどれほどあるのかを導き出した。

ドレイクの方程式

ドレイクの方程式では、7つの変数を使って銀河系内の文明の数を推定する。「惑星系をもつ太陽に似た恒星の割合」や「それぞれの惑星系の中で生命が居住できる惑星の数」などの要素を考慮し、そこから、「条件の整った惑星で生命が進化する」確率や「その生命体が地球から探知できるような技術を開発する」確率を考える。この方程式では、技術に精通した地球外生命体は、太陽に似た恒星の周りを回る惑星の上で進化すると仮定している。

「天文学者がこうした惑星を見つけることについて話すときには、実際にはドレイクの方程式のことを話しています」と、米ペンシルべニア州立大学の天文学者で、生命が居住できる惑星の研究をしているジェイソン・ライト氏は語る。なお、彼は今回の研究には参加していない。

生命が存在しうる惑星の数を予想できるようになるまでに、ドレイク方程式の誕生から半世紀以上の歳月を要した。1961年当時、天文学者たちが知っていた惑星は太陽系の惑星だけで、太陽系外の惑星は理論上は珍しくないと示唆されていたものの、観測による証拠はなかった。けれどもこの10年で、惑星がごくありふれた天体で、銀河系の恒星の数より多いことが明らかになった。平均すると、ほとんどすべての恒星が少なくとも1個の惑星をもっていることになる。

この事実は「本当に大きな前進でした」とライト氏は言う。「生命が誕生した可能性がある場所がたくさんあることを教えてくれました」。しかしバターリャ氏は、ドレイクの方程式の次の変数である「1つの惑星系の中で生命が居住できる惑星の数」の計算は難しいと言う。

地球に似た惑星、想像より高い確率

ケプラー宇宙望遠鏡は、系外惑星が主星である恒星の表面を横切り、恒星の光をわずかに暗くする現象を探すことで、はるかかなたの惑星を発見してきた。科学者たちは、恒星がどのくらい暗くなるか、どのくらいの頻度で暗くなるかに基づいて、惑星の大きさや公転周期を知ることができる。この手法を用いて、ケプラー探査機はさまざまな大きさや軌道をもつ系外惑星を何千個も発見した。しかし、科学者たちが本当に求めていたのは地球に似た惑星、つまり太陽に似た恒星の周りを回る、温暖で岩石質の惑星の割合だった。

初期の推定では、太陽に似た恒星の約20%に、これらの基準を満たす惑星があるだろうとされていた。しかし今回の研究成果で、その数字は50%に近いことがわかった。

「私が思っていたより高い数字です。私が講演をするときにはいつも『4つに1つか5つに1つ』と言っていたので、うれしいサプライズでした」と、バターリャ氏は言う。「平均すると、太陽に似た恒星の2つに1つが、生命が居住できる惑星をもっていることになります」

バターリャ氏らは今回、ケプラー宇宙望遠鏡のデータと、約10億個の恒星を追跡してその性質を調べているガイア宇宙望遠鏡のデータを組み合わせた。まずケプラーのデータに基づき、ガス惑星ではなく岩石惑星である可能性が高い、半径が地球の0.5~1.5倍の惑星を特定。続いて、これらの惑星の主星の温度と大きさのデータをガイアから取得した。

研究チームは、主星からの距離だけで惑星の居住可能性を判断することはせず、それぞれの惑星にどのくらいのエネルギーが届いているかを計算し、その中から液体の水が存在できるような表面温度の惑星を選んだ。

その結果、研究チームは、銀河系全体で太陽に似た恒星のうち、37~60%に温暖で地球サイズの岩石惑星があると推定した。また温度条件に少し幅をもたせてシミュレーションすると、太陽に似た恒星の58~88%がそうした惑星をもつ可能性があるという計算結果が出た。

もちろん、ハビタブルゾーンにある惑星が生命にとって本当に住みやすい場所であるかどうかには、惑星の磁場、大気、水の含有量、プレートテクトニクスなど、多くの要因が影響している。こうした要因を、地球から観測するのは困難だ。

それでも「この論文は、生命が住める可能性のある惑星がどれだけあるかを把握するのに役立ちます」とライト氏は言う。「そして彼らは、これらの惑星の中で最も近いものまでの距離を見積もり、それが地球のすぐ近くにあるという結論に達したのです」。論文では最も近い惑星はおそらく20光年以内にあり、4つの惑星が33光年以内にあるという。

地球外文明の数は?

銀河系内に地球に似た惑星がいくつあるかが明らかになった今、天文学者たちは、ドレイクの方程式の変数の見積もりを進めることが可能になった。とはいえ、「私たちが探知できるような技術を地球外生命体が生み出す確率」や、「そのような文明を探知できる期間」など、残りの変数の多くは特定するのが難しそうだ。

もう一つの重要な問題は、太陽に似ていない恒星も考慮に入れるべきかということだ。実際、太陽よりもサイズが小さく低温の恒星のまわりにも、地球サイズの惑星がいくつか発見されている。また、ケプラー望遠鏡が発見した惑星の多くは大型のガス惑星だったが、惑星以外の天体も考慮に入れるべきかもしれない。「『スター・ウォーズ』に出てくる森林の衛星エンドアや、『アバター』に出てくる衛星パンドラのような衛星があるかもしれません」とライト氏は言う。

ドレイクの方程式のもう一つの変数「生命が居住できる惑星で生命が進化する確率」は、もう少しで明らかになるかもしれない。太陽系探査が進むにつれて、生命が存在しうる場所はどんどん多様になっている。火星や木星の衛星エウロパには微生物が生息している可能性があり、金星を包む有毒な雲の中に生命の可能性を唱える説もある。

ライト氏は「太陽系の複数の場所で生命が進化していたとしたら、その数はまもなく明らかになります」と言う。

地球外生命の例が一つでも見つかれば、生命は偶然の産物ではなく、適切な材料さえあればごく普通に誕生しうるものであることが示される。そして多くの天文学者は、宇宙の中で生命が居住できる惑星の数を考えると、生命の存在は必然だと言ってよいと考えている。

しかし、ドレイクの方程式の最後のほうの変数については、考案者である父の言うように、異星人の声が聞こえてくるまでは謎に包まれている。それが聞こえたとき、私たちは、銀河系で技術をもつ生命を育むのは地球だけなのかという大きな疑問の答えを手にすることになる。

(文 NADIA DRAKE、訳 三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック社)

[ナショナル ジオグラフィック ニュース 2020年11月10日付]

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