宇宙時代の始まり以来、人間は宇宙に入るのに化学ロケットに依存してきました。この方法は確かに効果的ですが、非常に高価であり、かなりの量のリソースを必要とします。私たちが宇宙に出るより効率的な手段に目を向けると、他の惑星（条件が異なる場所）で同様に高度な種が同様の方法に依存するかどうか疑問に思う必要があります。
ハーバード大学のアブラハムローブ教授と、ゾンネベルク天文台に所属する独立研究者であるマイケルヒプケは、どちらも最近発表された2つの論文でこの問題に取り組んでいます。ローブ教授は、地球外生物がプロキシマbからロケットを発射する際に直面する課題に注目しているのに対し、ヒプケは、スーパーアースに住んでいるエイリアンが宇宙に出られるかどうかを検討しています。
「Proxima bからの星間脱出はケミカルロケットではほとんど不可能」と「超地球からの宇宙飛行は難しい」というタイトルの論文が最近オンラインで掲載され、それぞれLoeb教授とHippkeによって執筆されました。ローブがプロキシマbを脱出する化学ロケットの課題に対処するのに対し、ヒプケは同じロケットが脱出速度をまったく達成できるかどうかを検討します。
ローブは彼の研究のために、宇宙打ち上げに適した惑星に住むのに私たち人間がどれほど幸運であるかを考えました。基本的に、ロケットが地球の表面から脱出して宇宙に到達する場合、11.186 km / s（40,270 km / h; 25,020 mph）の脱出速度を達成する必要があります。同様に、太陽の周りの地球の位置から離れるのに必要な脱出速度は、約42 km / s（151,200 km / h; 93,951 mph）です。
ローブ教授がスペースマガジンにメールで伝えたように：
「化学推進には、最終速度とともに指数関数的に増加する燃料質量が必要です。幸いなことに、太陽の周りの地球の軌道からの脱出速度は、化学ロケットで到達可能な速度の限界にあります。しかし、暗い星の周りの居住可能ゾーンはより接近しているため、化学ロケットがそのより深い重力ピットから脱出することははるかに困難です。」
ローブが彼のエッセイで示しているように、脱出速度は恒星からの距離における恒星の質量の平方根としてスケーリングします。これは、居住可能ゾーンからの脱出速度が恒星の質量の1/4の累乗に反比例することを意味します。地球のような惑星の場合、私たちの太陽のようなGタイプ（黄色の小人）の星の居住可能ゾーン内を周回しますが、これはかなりうまくいきます。
残念ながら、これは低質量のMタイプ（赤い矮星）の星を周回する地球型惑星ではうまく機能しません。これらの星は宇宙で最も一般的なタイプで、天の川銀河だけで75％の星を占めています。さらに、最近の太陽系外惑星の調査では、多くの岩だらけの惑星が赤い矮星システムを周回していることを発見しました。
例として私たちに最も近い星（Proxima Centauri）を使用して、化学推進剤を使用するロケットが、その居住可能ゾーン内にある惑星からの脱出速度を達成するのがはるかに困難になる方法をローブは説明します。
「太陽に最も近い星、プロキシマケンタウリは、太陽の質量の12％しかないかすかな星の例です」と彼は言った。 「数年前に、この星の居住可能ゾーンに地球サイズの惑星、プロキシマbがあり、太陽からの地球の分離より20倍近いことが発見されました。その場所では、脱出速度は太陽の周りの地球の軌道からの脱出速度より50％大きくなります。プロキシマbの文明は、その場所から化学ロケットで星間空間に逃げるのが難しいことに気づくでしょう。」
一方、Hippkeの論文は、地球が実際には私たちの宇宙で最も住みやすいタイプの惑星ではない可能性があることを考えることから始まります。たとえば、地球よりも重い惑星は、表面の重力が大きいため、より厚い大気を保持することができ、有害な宇宙線や太陽放射に対するシールドが強化されます。
さらに、重力の大きい惑星の方が地形が平坦になり、大陸ではなく群島ができ、海洋が浅くなる-生物多様性が懸念される理想的な状況です。しかし、ロケットの打ち上げに関しては、表面重力の増加は、より高い脱出速度を意味します。 Hippkeが彼の研究で示したように：
「ロケットはツィオルコフスキー（1903）の方程式に悩まされています。ロケットが独自の燃料を運ぶ場合、ロケットの総質量と最終速度の比は指数関数になるため、高速（または重いペイロード）はますます高価になります。」
比較のために、HippkeはKepler-20 bを使用します。これは、地球の半径の1.6倍、質量の9.7倍である950光年離れた位置にあるスーパーアースです。地球からの脱出速度は約11 km / sですが、ケプラー-20 bと同様のスーパーアースを離れようとするロケットは、約27.1 km / sの脱出速度を達成する必要があります。その結果、ケプラー20 bの単段ロケットは、軌道に乗るために地球のロケットの104倍の燃料を燃焼する必要があります。
それを展望するために、Hippkeは地球から発射されている特定のペイロードを考慮します。 「ケプラー-20 bのジェームズウェッブ宇宙望遠鏡に必要な6.2 tのより有用なペイロードを持ち上げるために、燃料の質量は最大の海洋戦艦の質量である55,000 tに増加します」と彼は書いています。 「古典的なアポロムーンミッション（45トン）の場合、ロケットはかなり大きく、約400,000トンにする必要があります。」
Hippkeの分析によると、化学ロケットは依然として超大地での地球の質量10までの脱出速度を許容しますが、必要な推進剤の量がこの方法を実用的ではありません。 Hippkeが指摘したように、これはエイリアンの文明の発展に深刻な影響を与える可能性があります。
「私たち人間が宇宙飛行を行うのに依然としてかなり軽量な惑星に到達するのにどれほど近いかを見て驚いた」と彼は言った。 「他の文明が存在するとしても、それほど幸運ではないかもしれません。より大規模な惑星では、宇宙飛行は指数関数的に高価になります。そのような文明には衛星テレビ、月の任務、またはハッブル宇宙望遠鏡はありません。これにより、特定の方法で開発方法が変わり、より詳細に分析できるようになります。」
これらの論文はどちらも、地球外知能（SETI）の調査に関して、いくつかの明確な意味を示しています。手始めに、それは赤い矮星またはスーパー地球を周回する惑星の文明が宇宙探査である可能性が低く、それらを検出することをより難しくすることを意味します。また、人類が慣れ親しんでいる推進力の種類に関しては、少数派である可能性があることも示しています。
「この上記の結果は、化学推進の有用性が制限されていることを意味しているため、特に小型星の近くで、ライトセールまたは核エンジンに関連する信号を検索することは理にかなっています」とローブは述べました。 「しかし、私たち自身の文明の未来に興味深い影響もあります。」
「紙の結果の1つは、宇宙植民地化とSETIです」とHippkeは付け加えました。 「スーパーアースからの市民は、星を探索する可能性がはるかに低くなります。代わりに、彼らは（ある程度）故郷の惑星で「逮捕」されます。プローブや宇宙船を送る代わりに、星間通信にレーザーや電波望遠鏡をもっと活用してください。」
しかし、ローブとヒッペの両方はまた、地球外文明が他の推進方法を採用することによってこれらの課題に対処できることにも言及しています。結局のところ、化学的推進力は技術的に進歩した種が採用するものではないかもしれません。ローブが説明したように：
「高度な地球外文明では、化学推進と同じ制限に制約されず、光速の1/10の速度に到達できる、核エンジンやライトセールなどの他の推進方法を使用できます。私たちの文明は現在、これらの代替推進技術を開発していますが、これらの取り組みはまだ始まったばかりです。」
そのような例の1つは、現在ブレイクスルー賞財団（ローブが諮問委員会の委員長である）によって開発されているブレイクスルースターショットです。このイニシアチブは、レーザー駆動のライトセイルを使用して、ナノクラフトを光の速度の20％まで加速し、わずか20年でプロキシマケンタウリに移動できるようにすることを目的としています。
Hippkeも同様に、核ロケットを実行可能な可能性と見なしています。これは、表面重力の増加は、宇宙用エレベーターが実用的ではなくなることも意味するためです。ローブはまた、低質量の星の周りの惑星によって課された制限が、人間が既知の宇宙に植民しようとするときに影響を与える可能性があることを示しました：
「太陽が熱くなり、地球の表面からすべての水が沸騰するとき、それまでに新しい家に引っ越すことができました。最も望ましい目的地のいくつかは、太陽質量の9％の重さで7つの地球サイズの惑星をホストする近くの矮星TRAPPIST-1など、低質量星の周りの複数の惑星のシステムです。ただし、トラピスト1の居住可能ゾーンに到達すると、急いで脱出することはできません。そのような星は水素を非常にゆっくりと燃焼させるので、太陽の寿命よりも約1000倍長い10兆年の間私たちを暖かく保つことができます。」
しかし、その間、私たちは黄色い矮星の周りの住むことができる惑星に住んでいるという知識で安心できます。それは私たちに生命だけでなく、宇宙に出て探検する能力を与えます。いつものように、私たちの宇宙で地球外生命体の兆候を探すことになると、私たち人間は「ぶら下がっている果物のアプローチ」をとらざるを得ません。
基本的に、私たちが知っている唯一の生命を支える惑星は地球であり、私たちが探す方法を知っている宇宙探査の唯一の手段は、私たち自身が試してテストしたものです。その結果、バイオシグネチャ（つまり、液体の水、酸素、窒素の雰囲気のある惑星など）またはテクノシグネチャ（つまり、無線通信、化学ロケットなど）を探すことは、多少制限されます。
私たちの生活がどのような状態で出現する可能性があるかについての理解が深まり、私たち自身のテクノロジーが進歩するにつれて、私たちはより多くの注意を払うべきです。そして、うまくいけば、直面する可能性がある追加の課題にもかかわらず、地球外生命体が私たちを探しているでしょう！
ローブ教授のエッセイは最近、Scientific Americanにも掲載されました。
