地球外生命体をサポートする可能性のある世界を探すことになると、科学者たちは現在、「ぶら下がっている果物」アプローチに依存しています。私たちが知っているのは、生命が繁栄する1つの条件セット、つまり私たちが地球上で持っているものだけなので、これらの同じ条件を持つ世界を探すことは理にかなっています。これには、星の居住可能ゾーン内に位置していること、安定した雰囲気があり、表面に液体の水を維持できることが含まれます。
これまで科学者は、地球型惑星の大気中の水蒸気を検出することを非常に困難にする方法に依存してきました。しかし、NASAのゴダード宇宙研究所（GISS）の藤井優香氏が率いる新しい研究のおかげで、それは変わる可能性があります。この研究は、地球規模の循環パターンを考慮した新しい3次元モデルを使用して、居住可能な太陽系外惑星が私たちが思ったよりも一般的である可能性があることも示しています。
この研究は、「同期して回転する温帯地球外惑星のNIR駆動の湿った上層大気」と題され、最近発表されました。 天体物理ジャーナル。研究チームには、東京工業大学地球生命科学研究所のメンバーでもある藤井博士に加えて、Anthony D. Del Genio（GISS）とDavid S. Amundsen（GISS and Columbia University）が含まれていました。
簡単に言えば、私たちが知っているように、液体の水は生命にとって不可欠です。惑星の表面に十分な時間（数十億年のオーダー）にわたって液体の水を維持するのに十分な温かい雰囲気がない場合、生命が出現して進化することはまずありません。惑星が星から離れすぎている場合、その表面水は凍結します。近すぎると、地表水が蒸発して宇宙に失われます。
水は太陽系外惑星の大気で以前に検出されましたが、すべての場合において、惑星はそれらの星に非常に接近して周回した巨大な巨大ガスでした。 （別名「ホットジュピターズ」）。藤井と彼女の同僚が彼らの研究で述べているように：
「H2Oシグネチャは熱い木星の大気で検出されていますが、惑星半径が小さく、スケールの高さが小さいため（温度が低く、平均がおそらく大きいため、H2Oを含む分子シグネチャの検出は、非常に困難です。分子量）。"
陸上（岩の多い）太陽系外惑星に関しては、以前の研究では、水の存在を計算するために1次元モデルに依存することを余儀なくされていました。これは、成層圏の水蒸気が紫外線に曝されると水素と酸素に分解される水素損失の測定から構成されていました。水素が宇宙に失われる速度を測定することにより、科学者は表面にまだ存在する液体の水の量を推定します。
ただし、藤井博士とその同僚が説明しているように、そのようなモデルは、熱と水蒸気の全球輸送や雲の影響など、対処できないいくつかの仮定に依存しています。基本的に、以前のモデルでは、水蒸気が成層圏に到達するためには、これらの太陽系外惑星の長期表面温度は、私たちが地球で経験するよりも66°C（150°F）以上高くなければならないだろうと予測していました。
これらの温度は、表面に強力な対流性の嵐を作成する可能性があります。しかし、これらの嵐は、水蒸気が熱を強める湿った温室状態に入るゆっくり回転する惑星に関して、水が成層圏に到達する理由にはなり得ませんでした。親の星の近くを周回する惑星は、回転が遅いか、惑星に潮汐で閉じ込められているため、対流性の嵐が発生する可能性が低いことが知られています。
これは、低質量で超クールなMタイプ（赤い矮星）の星の周りにある地球型惑星でよく発生します。これらの惑星の場合、ホストスターに近接しているため、重力の影響が大きくなり、自転が遅くなったり完全に停止したりします。これが発生すると、惑星の昼側に厚い雲が形成され、星の光の多くから雲を保護します。
チームは、これにより昼間を涼しく保ち、水蒸気の上昇を防ぐことができる一方で、近赤外線（NIR）の量が惑星を湿った温室状態にするのに十分な熱を提供できることを発見しました。これは特に、NIRの方法でより多く生成することが知られているM型および他のクールな準星に当てはまります。この放射線が雲を暖めると、水蒸気が成層圏に上昇します。
これに対処するため、藤井氏と彼女のチームは、大気循環と気候の不均一性を組み込んだ3次元大循環モデル（GCM）に依存していました。モデルのために、チームは地球のような大気を持ち、完全に海に覆われた惑星から始めました。これにより、チームは、さまざまな種類の星からの距離の変化が惑星表面の状態にどのように影響するかを明確に見ることができました。
これらの仮定により、チームは、軌道距離と恒星放射のタイプの変更が成層圏の水蒸気量にどのように影響したかを明確に見ることができました。藤井博士がNASAのプレスリリースで説明したように：
「大気条件をより現実的にシミュレートするモデルを使用して、太陽系外惑星の居住可能性を制御する新しいプロセスを発見し、さらなる研究のための候補を特定する際に私たちを導きます...星が放出する放射線のタイプとその効果に重要な役割を見つけました湿った温室状態を作る際に、太陽系外惑星の大気循環に関与しています。」
結局、チームの新しいモデルは、低質量の星がNIR波長で大量の光を放出するため、惑星に接近して周回する惑星が湿った温室状態になることを実証しました。これは、地球が熱帯で経験するものに匹敵する表面の状態をもたらし、高温で乾燥した状態ではなく、高温で湿った状態になります。
さらに、彼らのモデルは、NIR駆動のプロセスが成層圏の水分を徐々に増加させ、恒星の近くを周回する太陽系外惑星が居住可能な状態を維持できるようになることを示しました。潜在的な居住可能性を評価するためのこの新しいアプローチにより、天文学者は惑星の大気の循環とその循環の特殊な機能をシミュレーションできます。これは、1次元モデルでは実行できないものです。
将来的には、重力、サイズ、大気組成、地表気圧などの惑星特性の変化が水蒸気の循環と居住性にどのように影響するかを評価する予定です。これにより、惑星の循環パターンを考慮した3次元モデルとともに、天文学者は遠方の惑星の潜在的な居住可能性をより正確に決定できます。アンソニーデルジェニオが指摘したように：
「星の温度がわかっている限り、星に近い惑星が湿った温室状態になる可能性があるかどうかを推定できます。現在の技術は、太陽系外惑星の大気中の少量の水蒸気を検出するために限界に追い込まれます。検出するのに十分な水がある場合、それはおそらく惑星が湿った温室状態にあることを意味します。」
この研究は、太陽系外惑星の居住性を決定するためのより包括的な方法を天文学者に提供するだけでなく、M型の星の周りに住むことができる惑星を見つけることを望んでいる太陽系外惑星ハンターにとっても良いニュースです。低質量で超クールなM型星は、宇宙で最も一般的な星であり、天の川のすべての星のおよそ75％を占めています。彼らが居住可能な太陽系外惑星をサポートできることを知っていれば、発見する確率が大幅に上がります。
さらに、この研究は、M型星が居住可能な惑星をホストする能力に深刻な疑念を投げかけた最近の一連の研究を考えると、非常に朗報です。この研究は、近年近くの赤い矮星の周りで発見された多くの地球型惑星に対応して行われました。彼らが明らかにしたことは、一般的に、赤い矮星はフレアが多すぎて、それぞれの惑星の大気を奪う可能性があるということです。
これには、7惑星TRAPPIST-1システム（そのうち3つは星の居住可能ゾーンにあります）と太陽系に最も近い太陽系外惑星Proxima bが含まれます。 M型の星の周囲で発見された地球に似た惑星の数は、このクラスの星の自然寿命と相まって、宇宙物理学コミュニティの多くが、赤い矮星が居住可能な太陽系外惑星を見つける可能性が最も高い場所である可能性があることを試してみました。
結局のところ、これらの惑星が居住可能である可能性があることを示しているこの最新の研究では、ボールは事実上彼らの法廷に戻っているように見えます！
