潜在的に居住可能な太陽系外の惑星を探すとき、科学者は、生命が存在する惑星（つまり地球）が1つだけわかっているという事実にいくぶん制限されています。このため、科学者は、地球の（つまり岩が多い）惑星を探し、その星の居住可能ゾーン内を周回し、大気中の二酸化炭素などの生命体の兆候を見せています。
このガスは地球上の火山活動の主な結果であり、温室効果によって地表の熱を増加させ、自然のプロセスを通じて地下と大気の間を循環します。このため、科学者たちはプレートテクトニクスが居住性に不可欠であると長い間信じてきました。しかし、ペンシルバニア州立大学のチームによる新しい研究によると、これはそうではないかもしれません。
「地球サイズのよどみ蓋惑星の炭素循環と居住性」と題されたこの研究は最近科学ジャーナルに掲載されました 宇宙生物学。この研究は、ペンシルベニア州立大学の地球科学科の2人の助教授であるブラッドフォードJ.フォーリーとアンドリューJ.スミーによって行われました。
地球では、火山活動はプレートのテクトニクスの結果であり、2つのプレートが衝突する場所で発生します。これにより沈み込みが発生し、一方のプレートがもう一方のプレートの下に押し込まれ、地下に深くなります。この沈み込みにより、高密度のマントルが浮力のあるマグマに変化します。マグマは地殻から地球の表面まで上昇し、火山を形成します。このプロセスは、炭素をマントルに押し込むことにより、炭素循環にも役立ちます。
プレートテクトニクスと火山活動は、地球上の生命の出現の中心であったと信じられています。この理論をテストするために、フォーリー教授とスミー教授は、プレートテクトニクスが存在しない場合の地球のような惑星の居住性を決定するモデルを作成しました。
これらのモデルは、熱の進化、地殻の生成、CO2 地球サイズの岩だらけの停滞するふたの惑星の居住性を制限するためのサイクリング。これらは、地殻が別々の断片ではなく、マントルに浮かぶ単一の巨大な球状プレートで構成される惑星です。このような惑星は、プレートテクトニクスを経験する惑星よりもはるかに一般的であると考えられています。地球外の惑星にはまだ構造プレートが存在することが確認されていないためです。フォーリー教授がペン・ステート・ニュースのプレスリリースで説明したように：
「火山活動によってガスが大気中に放出され、その後、風化によって二酸化炭素が大気から引き出され、地表の岩や堆積物に隔離されます。これら2つのプロセスのバランスをとることにより、二酸化炭素が大気中の特定のレベルに保たれます。これは、気候が温和であり、生活に適しているかどうかにとって非常に重要です。
基本的に、彼らのモデルは、惑星が形成されたときに存在する熱と熱生成要素の量（別名、初期の熱収支）に基づいて、停滞したふたの惑星の気候が保持できる熱量を考慮しました。地球では、これらの元素には、崩壊時にトリウムと熱を生成するウランが含まれ、その後、崩壊してカリウムと熱が生成されます。
惑星のサイズと化学組成を変化させる何百ものシミュレーションを実行した後、彼らは、停滞したふたの惑星が、何十億年もの間その表面に液体の水が存在できるほど十分に暖かい温度を維持できることを発見しました。極端な場合には、彼らは生命を支える温度を最大地球の年齢である最大40億年間維持できます。
スミーが示したように、これは一部にはプレートテクトニクスが火山活動に必ずしも必要ではないという事実によるものです：
「あなたはまだ停滞したふたの惑星に火山活動を持っています、しかしそれはそれほど多くの循環がないのでプレートテクトニクスを持つ惑星よりずっと短いです。火山は一連の溶岩流をもたらし、溶岩流は時間とともにケーキの層のように埋められます。岩や堆積物は、埋められているほど深く加熱されます。」
研究者たちはまた、プレートテクトニクスがなくても、ふたをした惑星が停滞していると、炭酸ガスが岩石から脱出して地表に到達する脱ガスを経験するのに十分な熱と圧力を維持できることを発見しました。スミー氏によると、地球上では、沈み込み断層帯の水でも同じプロセスが起こるという。このプロセスは、惑星に存在する発熱要素の量に基づいて増加します。フォーリーが説明したように：
「惑星が氷結を防ぐのに十分な二酸化炭素を放出しているスイートスポットの範囲がありますが、風化が二酸化炭素を大気から引き抜いて気候を温かく保つことができないほどではありません。」
研究者のモデルによると、熱を発生する元素の存在と量は、生命を維持するための惑星の可能性のはるかに優れた指標でした。彼らのシミュレーションに基づいて、彼らは惑星の初期の構成またはサイズがそれが居住可能になるかどうかを決定するために非常に重要であることを発見しました。あるいは、彼らが言うように、惑星の潜在的な居住性は誕生時に決定されます。
この研究は、蓋のない惑星でも生命を維持できることを実証することにより、科学者が潜在的に居住可能であると考えるものの範囲を大幅に拡大する可能性を秘めています。ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）が2021年に配備されたとき、停滞したふたの惑星の大気を調べて、バイオシグネチャ（COなど）の存在を判断します2）は、主要な科学的目的となります。
これらの世界の多くが生命を維持できることを知ることは、私たちが一生のうちに地球外生命体の証拠を見つけることを望んでいる人々にとって確かに良いニュースです。
