ハビタブルゾーンの太陽系外惑星の大気から発見された水。雨になるかもしれない

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ハッブル宇宙望遠鏡を使用する天文学者は、その恒星の居住可能ゾーンで太陽系外惑星の大気中に水を発見しました。確認された場合、太陽系外惑星で水（私たちの知る限り生命の重要な成分）を検出したのはこれが初めてです。水は大気中の蒸気として検出されましたが、惑星の温度は、岩が多い場合、表面に液体の水を維持できることを意味します。

この惑星はK2-18bと呼ばれ、約110光年離れています。惑星は地球とは大きく異なります。それはスーパーアースであり、地球の2倍の大きさで、約8倍の大きさです。 K2-18bは赤い矮星を周回しており、2015年にケプラー宇宙望遠鏡によって初めて発見されました。

「地球以外の居住可能な可能性のある世界で水を見つけることは、信じられないほど刺激的です。」
Angelos Tsiaras博士（UCL Center for Space Exochemistry Data、CSED）

イギリスのロンドン大学ユニバーシティカレッジの宇宙環境データセンターの天文学者は、ハッブル宇宙望遠鏡の広視野カメラ3からのデータで発見しました。彼らの結果は、「居住可能ゾーンの大気中の水蒸気」というタイトルの論文にあります。 8地球の質量の惑星K2-18 b」は、Nature Astronomyに掲載されています。検出は、太陽系外惑星の大気中の水の分光学的特徴に基づいています。

プレスリリースで、最初の著者であるAngelos Tsiaras博士（UCL Center for Space Exochemistry Data、CSED）は次のように述べています。「地球以外の居住可能な世界で水を見つけることは信じられないほどエキサイティングです。 K2-18bは大幅に重く、大気組成が異なるため、「Earth 2.0」ではありません。しかし、それは私たちに基本的な質問への回答に近づけます：地球はユニークですか？」

発見の背後にあるチームはアルゴリズムを開発し、2016年と2017年のアーカイブされたハッブルデータを実行しました。彼らは、太陽系外惑星の大気を通過するときの赤い矮星からの星明かりを分析しました。彼らは水の分子特性、水素、ヘリウムを発見した。

これらの結果はまだ確認されていませんが、もしそうである場合、その影響は興味深いものです。科学者たちは、このような超地球は天の川で最も一般的なタイプの惑星であると考えています。そして、K2-18b軌道のような赤い矮星は、最も一般的なタイプの星です。また、最も小さく、最もクールで長持ちします。これは、これと同様の太陽系外惑星がさらに多く存在する可能性があることを示しています。

ケプラーは、地球と海王星の間に質量のある惑星である数百の超地球を発見しました。NASAのTESSはさらに数百を見つけることが期待されています。この新しい論文の共著者であるIngo Waldmann博士によると、これは潜在的に居住可能な太陽系外惑星を発見するための良い前兆です。

ウォルドマン博士はプレスリリースで次のように述べています。「今後数十年で非常に多くの新しい超地球が発見されると予想されており、これは多くの潜在的に居住可能な惑星の最初の発見であると思われます。これは、K2-18bのような超地球が私たちの天の川で最も一般的な惑星であるためだけでなく、赤い小人—私たちの太陽よりも小さい星—が最も一般的な星だからです。」

惑星には非常に短い年があります。 1つの軌道を完了するのにわずか33日かかります。研究者たちは、K2-18bは岩だらけの惑星か氷の惑星のどちらかだと考えています。氷で覆われている場合は、内部に大量の水が含まれている可能性があります。しかし、これらは予備的な結果にすぎません。

「この研究は、私たちの太陽系を超えた居住可能な世界の理解に貢献し、太陽系外惑星研究の新時代を迎えます…」
博士ANGELOS TSIARAS（宇宙のエキソケミストリーデータのためのUCLセンター、CSED）

著者によると、大気には、生命に関連する2つの化学物質である窒素とメタンも含まれている可能性があります。しかし、残念ながら彼らはそれらを検出することができませんでした。それはさらなる研究を待たなければならないでしょう。それは彼らが雲量と大気中の水のパーセンテージを推定することを可能にします。

K2-12bは本当にその星に近いですが、赤い小人は私たちの太陽ほどエネルギーが高くないので、太陽系外惑星は地球が私たちの太陽からするのと同じくらいのエネルギーを受け取ります。天文学者の計算によると、その温度は地球の温度とほぼ同じです。摂氏約-72度から摂氏47度（-99度から116度）の範囲です。

これらはエキサイティングな結果ですが、この太陽系外惑星の生命の見通しは大きくありません。惑星自体は星の居住可能ゾーンにありますが、軌道を回る星はあまり親切ではないかもしれません。赤い小人は多くのフレアを放出する可能性があり、そのすべてのエネルギーは生命の可能性を厳しく制限する可能性があります。

一方、K2-12bには水素がたくさん含まれているので、K2-12bがまったく雰囲気を持っているという事実は刺激的です。地球と同じように、大気は星の放射から惑星を保護することができます。惑星の大気が水素によって支配されている場合、それは非常に軽く、恒星放射によって容易に散逸します。それは、いくつかの方法で、K2-12bが赤い矮星を周回しているにもかかわらず保護されている可能性があることを示しています。

K2-12bや他のスーパーアースのサイズも居住性を支持する要因です。論文を共同執筆した物理学者のジョバンナティネッティ氏は記者会見で、「超地球は重力が大きいため、大気をより長く保持できるため、水はかなり長くとどまることができる」と述べた。

「この研究は、私たちの太陽系を超えた居住可能な世界の理解に貢献し、最終的に私たちの唯一の家である地球を宇宙の全体像に入れるために重要な、太陽系外惑星研究の新時代を示します」とTsiaras博士は述べた。

この発見には、それを確認するためのフォローアップ観察が必要です。また、大気や他の太陽系外惑星の大気を詳細に研究するためには、より良い望遠鏡も必要です。地平線上の2つの望遠鏡がその仕事に取り組みます。ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡は、太陽系外惑星の大気を調べる強力な機能を備えています。これは、ケプラーによって発見されたすべての太陽系外惑星を理解するための次のステップであり、TESSによって発見されます。

ESAのARIEL（大気リモートセンシング赤外線太陽系外惑星大規模調査）ミッションは2028年に打ち上げられ、約1000個の太陽系外惑星の大気を詳細に研究します。 ARIELは、JWSTとともに、K2-12bとそのような太陽系外惑星についての理解を深めてくれます。

ARIELの共著者で主任調査官であるGiovanna Tinetti教授（UCL CSED）は次のように述べています。「私たちの発見により、K2-18bは将来の研究の最も興味深いターゲットの1つになりました。 4,000を超える太陽系外惑星が検出されましたが、その組成や性質についてはよくわかっていません。惑星の多数のサンプルを観察することにより、それらの化学、形成、および進化についての秘密を明らかにしたいと考えています。」

「水素に富んだ雰囲気で居住性がどのように進化するかを実際に理解することは、今後10年間で非常に熱心な研究テーマになるでしょう」とWaldmann氏は述べています。