そこには非常に多くの水の世界があります

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1992年に最初の太陽系外惑星が確認されて以来、天文学者は私たちの太陽系を超えて何千もの世界を発見してきました。ますます多くの発見が常に起こっているため、太陽系外惑星の研究の焦点は、太陽系外惑星の発見から太陽系外惑星の特性評価へと徐々に移行し始めています。本質的に、科学者たちは現在、太陽系外惑星の構成を調べて、生命をサポートできるかどうかを判断しようとしています。

このプロセスの重要な部分は、太陽系外惑星に存在する水量を把握することです。これは、私たちが知っているように、生命にとって不可欠です。最近の科学会議の間に、科学者のチームは、水が地球の2〜4倍のサイズの太陽系外惑星の主要な構成要素である可能性が高いことを示す新しい研究を発表しました。これらの発見は、私たちの太陽系を超えた生命の探索に関して深刻な意味を持ちます。

この研究は、ボストンで開催された2018年のゴールドシュミット会議で行われた「惑星サイズ分布の成長モデルの解釈」というタイトルのプレゼンテーションの主題でした。「暑い太陽系外惑星からの極度の大気脱出の役割」というタイトルのセッション中に、チームは水の世界は以前考えられていたよりも一般的である可能性があることを示す発見を発表しました。

これらの調査結果は、 ケプラー宇宙望遠鏡 そして ガイア ミッションは、ハーバード大学地球惑星科学部の研究者であるLi Zeng博士が率いる国際的な科学者チームによって分析されました。彼らが示したように、 ケプラー ミッションでは、4000個を超える太陽系外惑星候補の半径を、その軌道周期およびその他のパラメーターとともに正確に測定しました。

これらの太陽系外惑星の候補は、地球の半径の1.5倍の半径と平均して地球の半径の約2.5倍の2つのサイズカテゴリに分類できます。質量と最近の半径測定値と組み合わせて ガイア チームは、これらの惑星の内部構造のモデルを開発することができました。前者のカテゴリーに分類される惑星は岩が多いと考えられていますが、後者の惑星は一般的に超地球から海王星サイズのガス巨星まで及ぶと考えられています。

しかし、Liと彼の同僚によって開発されたモデルによれば、地球のサイズの2倍から4倍の範囲にある確認された太陽系外惑星の多くは、実際には水の世界である可能性があります。これらの惑星では、質量の約50％が水で構成されていますが、水は地球の質量のわずか0.2％を占めています。プレゼンテーションの過程でZeng博士が説明したように、

「非常に多くの水の世界が存在する必要があることを理解するのは非常に驚きでした...質量と半径の関係を調べ、その関係を説明できるモデルを開発しました。モデルは、約x1.5の地球の半径の半径を持つ外惑星は岩の惑星である傾向があり（通常はx5の地球の質量）、半径がx2.5の地球の半径（質量は約x10の惑星）であることを示しています。地球のそれはおそらく水の世界です。」

しかし、これらの惑星の軌道特性（つまり、それらがそれぞれの星にどれだけ接近して軌道を回っているのか）を考えると、非常に興味深い画像が現れ始めます。リーが説明したように、これらの「水の世界」は深海に覆われたそれほど岩の多い惑星ではなく、太陽系に同等のものがないまったく新しいタイプの惑星です。

「これは水ですが、地球上で一般的に見られるものではありません。彼らの表面温度は摂氏200〜500度の範囲にあると予想されている」と彼は言った。「それらの表面は、水蒸気が支配的な雰囲気で覆われ、その下に液体の水層があります。より深く移動すると、固体の岩の多いコアに到達する前に、この水が高圧の氷に変化することがわかります。モデルの美しさは、構成がこれらの惑星に関する既知の事実とどのように関連するかを説明していることです。」

おそらくさらに驚くべきことは、これらの惑星がどれほど一般的であるかのように見えるだけでした。彼らの研究によると、Liと彼の同僚は、地球よりも大きい既知のすべての太陽系外惑星の約35％が水に富むべきであることを示しました。さらに、ガスジャイアントのコアが形成されたと考えられている方法と似た方法で形成されたと仮説を立てています。揮発性物質の層に囲まれた岩石のコアが圧力によって固化しました。

当然のことながら、この発見は、私たちの太陽系を超えた生命の探索に関して、重要な意味を持っています。これまで、水は生命にとって不可欠であるという考えは、科学者にとってはこれまでにない結論でした。しかし、この研究が正しければ、水は太陽系外惑星では以前よりはるかに豊富であり、私たちが知っているように生命の障害になる可能性があります。

確かに水の世界が、高温多湿の大気と、そのコアに近い密な氷の層で構成されている場合、生命がこれらの世界に出現することは困難です。基本的に、極度の暑さと十分な日光、熱水活動、および土地の質量へのアクセスの欠如は、かなり敵対的な環境を作ります。それにもかかわらず、この研究は、太陽系外惑星を特徴付け、そこに何があるのかを知ることになると、いくつかの興味深い可能性を提供します。

リーと彼の同僚は、将来を見据えて、新たに発売された 外惑星調査衛星の通過 （TESS）は、これらの水の世界をより多く見つけます。その後、地上の望遠鏡で追跡されます–そして間もなく打ち上げられる ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡 （JWST）–科学者がこれらの惑星の組成と大気を特徴付けるのに役立つ分光測定を提供します。

マサチューセッツ工科大学（MIT）の惑星科学の教授であり、TESSミッションの副科学局長であるサラシーガー教授は、次のように述べています。