将来に目を向けると、NASAや他の宇宙機関は、太陽系外惑星の研究分野に大きな期待を寄せています。過去10年間で、既知の太陽系外惑星の数は4000に達し、次世代の望遠鏡が実用化されると、さらに多くの惑星が見つかると予想されています。そして、研究する太陽系外惑星が非常に多いため、研究の目標は発見のプロセスから徐々に特徴付けへと移行しています。
残念ながら、科学者たちは、私たちが「居住可能ゾーン」と見なすものは多くの仮定の対象であるという事実に依然として悩まされています。これに対処するため、国際的な研究チームが最近発表した論文では、将来の太陽系外惑星の調査が居住性の指標として地球アナログの例を超えてどのように見え、より包括的なアプローチを採用できるかを示しました。
「ハビタブルゾーンの予測とそのテスト方法」というタイトルの論文は最近オンラインで掲載され、天文学と天体物理学に関するAstro 2020 10進調査にホワイトペーパーとして投稿されました。その背後にあるチームは、地球生命科学研究所（ELSI）と宇宙科学研究所（SSI）の研究者であるラムセスM.ラミレスが率い、23の大学と機関の共著者と共同署名者が参加しました。
10年間の調査の目的は、さまざまな研究分野で以前に行われた進歩を検討し、今後10年間の優先順位を設定することです。そのため、この調査は、NASA、National Space Foundation（NSF）、およびエネルギー省が将来の天文学および宇宙物理学の研究目標を計画する際に重要なガイダンスを提供します。
現在、これらの目標の多くは、太陽系外惑星の研究に焦点を当てています。これは、今後数年間で、次のような次世代の望遠鏡の配備から利益を得るでしょう。 ジェームズウェッブ宇宙望遠鏡 （JWST）および 広視野赤外線宇宙望遠鏡 （WFIRST）、および超大型望遠鏡（ELT）、30メートル望遠鏡、巨大マゼラン望遠鏡（GMT）などの地上観測所。
太陽系外惑星研究の最優先事項の1つは、地球外生命体が存在する可能性のある惑星を探すことです。この点で、科学者は、惑星が恒星の居住可能ゾーン（HZ）内を周回するかどうかに基づいて、惑星を「潜在的に居住可能」（したがって、追跡調査に値する）として指定します。このため、HZの定義に何が入るかを検討するのが賢明です。
ラミレスと彼の同僚が彼らの論文で指摘したように、太陽系外惑星の居住性に関する主要な問題の1つは、行われる仮定のレベルです。これを分解するために、HZのほとんどの定義では、水が現在ホストライフとして知られている唯一の溶媒であるため、表面に水の存在を想定しています。これらの同じ定義は、生命が適切に明るく暖かい星を周回する構造運動を伴う岩石の多い惑星を必要とすると仮定しています。
ただし、最近の調査では、これらの仮定の多くに疑問が投げかけられています。これには、大気中の酸素が自動的に生命の存在を意味しないことを示す研究が含まれます-特に、その酸素が光合成ではなく化学的解離の結果である場合。他の研究では、惑星の進化の初期段階での酸素ガスの存在が基本的な生命体の台頭をどのように防ぐことができるかを示しています。
また、プレートテクトニクスが生命の出現にどのように必要でないかもしれないか、そしていわゆる「水の世界」が生命をサポートできないかもしれない（しかし、まだ可能であるかもしれない）かもしれないことを示した最近の研究があります。それに加えて、メタンやアンモニアの海で生命が他の天体に進化する可能性があることを示唆する理論的な研究があります。
ここでの主な例は土星の月タイタンで、プレバイオティックな条件と有機化学が豊富な環境を誇っています。科学者の中には、エキゾチックな生命体をサポートできると考えている人もいます。結局、科学者は水や二酸化炭素などの既知のバイオマーカーを探しています。これらは、生命をもたらす惑星の唯一の既知の例である地球上の生命に関連しているからです。
しかし、ラミレスがスペースマガジンに電子メールで説明したように、この考え方（地球のアナログは生命に適していると考えられています）にはまだ問題が山積しています。
「古典的な居住可能ゾーンの定義には欠陥があります。これは、その構築が主に地球中心の気候論に基づいているため、他の潜在的に居住可能な惑星に適用できる場合と適用できない場合があります。たとえば、マルチバーCO2大気は、居住可能ゾーンの外縁近くの潜在的に居住可能な惑星でサポートできると想定しています。しかし、そのような高いCO2レベルは地球の植物や動物に有毒であり、したがって生命の限界をよりよく理解しない限り、この仮定がどれほど妥当であるかはわかりません。
「古典的なHZはまた、CO2とH2Oが潜在的に居住可能な惑星を維持する主要な温室効果ガスであると想定していますが、近年のいくつかの研究では、地球上では比較的少ないものの、他の潜在的に居住可能な惑星にとって重要です。」
以前の研究で、ラミレス博士はメタンと水素ガスの存在が
幸いなことに、次世代の望遠鏡の導入により、これらの定義をテストする機会があります。科学者はHZが基づいている長年の仮定のいくつかをテストできるだけでなく、
「次世代の望遠鏡は、潜在的に居住可能な惑星がそれらの星から遠く離れている大気CO2圧力の予測される増加を探すことによって、居住可能なゾーンをテストすることができました。これはまた、多くの人々が私たちの惑星をその歴史のほとんどの間居住可能にしてきたと信じている炭酸塩-ケイ酸塩サイクルが普遍的なプロセスであるかどうかをテストします。
このプロセスでは、ケイ酸塩岩は風化と浸食によって炭素岩に変換され、炭素岩は火山活動と地質活動を通じてケイ酸塩岩に変換されます。このサイクルは、CO2レベルを一定に保つことにより、地球の大気の長期的な安定性を保証します。また、水とプレートのテクトニクスが私たちが知っているように、いかに生命に不可欠であるかを示しています。
ただし、このタイプのサイクルは、「水の世界」を事実上除外する、土地を持つ惑星でのみ存在できます。これらの太陽系外惑星-M型（赤い矮星）の星の周りで一般的かもしれません-質量で最大50％の水と考えられています。この量の水が表面にあると、「水の世界」のコアとマントルの境界に氷の密な層ができ、熱水活動が妨げられる可能性があります。
しかし、すでに述べたように、これらの惑星がまだ居住可能である可能性があることを示すいくつかの研究があります。豊富な水は岩による二酸化炭素の吸収を防ぎ、火山活動を抑制しますが、シミュレーションにより、これらの惑星は依然として大気と海の間で炭素を循環させ、気候を安定に保つことができることが示されています。
ラミレス博士は、これらの種類の海洋世界が存在する場合、惑星密度が低く、気圧が高いことから、それらを発見できると語った。そして、さまざまな温室効果ガスの問題があり、星の種類によっては、必ずしも暖かい惑星の大気を示しているわけではありません。
「メタンは私たちの惑星を暖めますが、メタンは実際には赤い矮星を周回する居住可能ゾーンの惑星の表面を冷却することがわかりました！」彼は言った。 「そうだとすれば、そのような惑星の大気中のメタンの量が多いということは、おそらく生命をホストするのに適していない凍結状態を意味する可能性があります。これを惑星スペクトルで観測できるようになるでしょう。」
赤い小人といえば、これらの星を周回する惑星が大気を維持できるかどうかについての議論は激化しています。過去数年の間に、赤い矮星の周りに岩のような潮汐でロックされた惑星が一般的であり、それらの星のそれぞれのHZ内を周回していることを示唆する複数の発見がありました。
しかし、その後の研究により、赤い矮星の不安定性は、太陽のフレアを引き起こし、惑星の周囲を回る惑星を取り除く可能性が高いという理論が強化されました。最後に、ラミレスと彼の同僚は、住むことのできる惑星が（最近まで）ありそうもない候補と考えられていたものを周回しているのを見つけることができるという可能性を上げます。
これらはメインシーケンスタイプAの星（Sirius A、Altair、Vegaなど）で、明るすぎて居住性に適さないと考えられていました。この可能性についてラミレス博士は言った：
「私は、Aスターを周回する居住可能ゾーンの惑星に生命が存在するかどうかを調べることにも興味があります。 Aスターの惑星の居住性に関する多くの公表された評価はありませんが、いくつかの次世代アーキテクチャはそれらを観察することを計画しています。すぐに、Aスターの人生への適合性について詳しく知ることになるでしょう。」
最終的に、このような「居住可能ゾーン」の定義に疑問を投げかける研究は、次世代のミッションが科学の運用を開始するときに役立ちます。彼らはより高解像度でより感度の高い機器を使用して、科学者によって行われた予測の多くをテストおよび検証することができます。
これらのテストは、私たちが知っているように、そこに生命が存在するかどうか、または「地球のような」と考えるパラメーターを超えて存在するかどうかも確認します。しかし、ラミレスが付け加えたように、彼と彼の同僚が行った研究はまた、私たちが高度な望遠鏡技術に投資し続けることがいかに重要であるかを強調しています。
「私たちの論文は、高度な望遠鏡技術への継続的な投資の重要性も強調しています。生命を発見する可能性を最大化したいのであれば、できるだけ多くの居住可能なゾーンの惑星を発見し、特徴付けることができる必要があります。しかし、私はまた、私たちの論文が人々が次の10年を超えて夢を見るように刺激することを願っています。私が現在設計しているものよりもはるかに優れたミッションが最終的にはあると本当に信じています。私たちの現在の努力は、私たちの種に対するはるかに献身的な努力の始まりにすぎません。」
2020年10年間の調査会議は、物理天文学委員会と全米科学アカデミーの宇宙研究委員会が共同で主催しており、その後約2年後にレポートが発表される予定です。
