双子の星を周回する惑星はSFの定番ですが、別の惑星は人間が赤い巨大な星を周回する惑星に住んでいることです。物語の大半 猿の惑星 ベテルギウス周辺の惑星で起こります。アイザックアシモフのアークトゥルス周辺の惑星 財団 シリーズは彼のシリウスセクターの首都を構成します。スーパーマンの故郷の惑星は、架空の赤い巨人、ラオを周回すると言われていました。これらの惑星上の人種は、星が古くなり、寿命が近づいているため、古くて賢明であるとよく描かれています。しかし、そのような惑星を持つことは本当にもっともらしいのでしょうか？
星は永遠に続くわけではありません。私たち自身のSunには約50億年の有効期限があります。その時、太陽の中心にある水素燃料の量がなくなるでしょう。現在、その水素のヘリウムへの融合は、重力により星がそれ自体に崩壊するのを防ぐ圧力を生じさせています。しかし、それがなくなると、そのサポートメカニズムはなくなり、太陽は縮小し始めます。この収縮により、星は再び熱くなり、現在使い果たされたコアの周りの水素の殻がコアの仕事を引き継ぐのに十分に熱くなり、水素をヘリウムに融合し始めるまで温度を上げます。この新しいエネルギー源は、星の外側の層を押し戻し、以前のサイズの数千倍に膨張させます。一方、この形の核融合を発火させるための高温は、星が全体で1,000から10,000倍の光を放つことを意味しますが、このエネルギーがこのような大きな表面積に広がるため、星は赤く見えます。名前。
つまり、これは赤い巨人です。腫れ上がって非常に明るい、瀕死の星です。
次に、方程式の残りの半分、つまり惑星の居住性を決定するものを見てみましょう。これらのSFストーリーには必然的に人が表面を歩き回るので、これにはかなり厳密な基準が必要です。
まず、温度は熱くも冷たくもないはずです。言い換えれば、惑星は「ゴルディロックスゾーン」とも呼ばれるハビタブルゾーンにある必要があります。これは通常、かなりのサイズの天体の帯です。私たち自身の太陽系では、おおよそ金星の軌道から火星の軌道まで広がっています。しかし、火星と金星が住みにくく、地球が比較的居心地が良いのは、私たちの雰囲気です。火星とは異なり、太陽から受ける熱の多くを保つのに十分な厚さですが、金星のようにそれほど熱くはありません。
他の点でも雰囲気は非常に重要です。明らかに、それは勇敢な探検家たちが呼吸するものです。 COが多すぎる場合2、熱を閉じ込めるだけでなく、呼吸を困難にします。また、CO2 太陽からの紫外線を遮断しないので、癌の発生率が上がります。したがって、酸素が豊富な雰囲気が必要ですが、酸素が多すぎないか、地球を暖かく保つのに十分な温室効果ガスがありません。
ここでの問題は、酸素の豊富な雰囲気は、支援なしでは存在しないことです。酸素は実際には非常に反応性です。それは私たちが望むような雰囲気の中で自由になることができないようにして、絆を形成するのが好きです。 Hのようなものを形成します2O、CO2、酸化物など…これが、火星と金星の大気中に実質的に遊離酸素がない理由です。彼らがほとんど何もしないのは、大気に当たるUV光と、結合されたフォームを分離させ、一時的に酸素を解放することです。
地球は、光合成のために、それが持っているのと同じくらい多くの遊離酸素を持っています。これにより、居住性を決定するために必要な別の基準、つまり光合成を生成する能力が得られます。
では、これをすべてまとめてみましょう。
まず、メインシーケンスを離れるときの星の進化、赤い巨人になって膨張し、明るく熱くなることは、「ゴルディロックスゾーン」が外側に広がっていることを意味します。地球のように以前は居住可能であった惑星は、成長するにつれて太陽に完全に飲み込まれない場合、焙煎されます。代わりに、居住可能ゾーンはさらに遠くなり、木星が今より多くなります。
ただし、惑星がこの新しい居住可能ゾーンに属していたとしても、酸素が豊富な大気が存在するという条件下で惑星が居住可能であるとは限りません。そのためには、大気を酸素欠乏状態から光合成によって酸素に富んだものに変換する必要があります。
だから問題はこれがどれだけ早く起こり得るのか？遅すぎて、ハビタブルゾーンが既に掃引されているか、星がシェル内の水素を使い果たし、コア内のヘリウム核融合を点火するために再び収縮し始め、惑星を再び凍結した可能性があります。
これまでの唯一の例は、私たち自身の惑星です。生命の最初の30億年の間、光合成生物が発生し、それを今日のレベルに近いレベルに変換し始めるまで、遊離酸素はほとんどありませんでした。ただし、このプロセスには数億年かかりました。これはおそらく、遺伝子組み換え細菌が地球上に播種された状態で、桁違いに数千万年に増加する可能性がありますが、タイムスケールがうまく機能することを確認する必要があります。
星の質量によってタイムスケールが異なることがわかりました。質量の大きい星ほど、燃料をより速く燃やすため、短くなります。太陽のような星の場合、赤い巨大相は約15億年続くことがあるので、酸素が豊富な大気を発達させるのに必要な時間の約100倍長くなります。太陽の2倍の大きさの星の場合、そのタイムスケールはわずか4,000万年に減少し、必要なものの下限に近づきます。より大きな星はさらに速く進化します。したがって、これがもっともらしいためには、よりゆっくりと進化する低質量の星が必要になります。ここでの大まかな上限は、2つの太陽質量星です。
ただし、心配する必要があるもう1つの影響があります。2 大気中で光合成さえするのか？酸素ほど反応性は高くありませんが、二酸化炭素も大気から取り除かれます。これは、COなどのケイ酸塩風化のような影響によるものです。2 + CaSiO3 –> CaCO3 + SiO2。これらの影響は遅いものの、地質学的なタイムスケールで蓄積されます。つまり、無料のCOをすべて持っていたはずの古い惑星は存在できません。2 表面にロックされます。このバランスは2009年に発表された論文で調査され、地球質量惑星の場合、自由CO2 親星が赤い巨人の段階に到達するずっと前に、疲れ果てるでしょう！
したがって、適切な大気を発達させるのに十分な時間を持つためにゆっくりと進化する低質量の星が必要ですが、それらがゆっくりと進化する場合、十分なCOはありません2 とにかく雰囲気を出すために残った！私たちは本当のキャッチ22で立ち往生しています。これを再び実現可能にする唯一の方法は、十分な量の新しいCOを導入する方法を見つけることです2 ハビタブルゾーンが広がっていくのと同じように、大気中に。
幸いなことに、COのかなり大きなリポジトリがいくつかあります。2 飛び回るだけ！彗星の大部分は、凍結した一酸化炭素と二酸化炭素で構成されています。それらのいくつかを惑星に衝突させると、十分なCOが導入されます。2 光合成を開始する可能性があります（ダストが落ち着いたら）。惑星がハビタブルゾーンに入る数十万年前にそれを実行し、1,000万年待ってから、惑星が潜在的にさらに10億年以上もハビタブルになる可能性があります。
最終的にはこのシナリオはもっともらしくなりますが、メリットを享受することができるようになる前に死んでしまうため、個人的な投資としては必ずしも適切ではありません。おそらく宇宙食種の生存のための長期戦略ですが、コロニーや前哨基地を倒すための迅速な解決策ではありません。
