今年の発見?この岩石惑星には大気が存在する可能性がある

今年も半分が過ぎましたが、12月に今年の科学ニュースを語るときに、これがトップを飾るニュースになるかもしれません。何十年もの間、天文学者たちは空を調べた最初に惑星を探してから 私たちが知っている生命と互換性のある雰囲気を持っている可能性のある岩だらけの天体を狩り、捕獲することです。 私たちはすでに知っています木星よりも大きい巨大な世界、溶岩の海、フロストジャイアント、さらには鉄の雨が降る惑星。しかし、もっと単純で、同時にもっととらえどころのない疑問があります。それは、地球に似た惑星は何十億年も大気を保持できるのでしょうか?

今、で発表された研究科学このギャップを埋めるための最良の手がかりを提供します。フロリダ大学のジェイソン・ディットマン率いる著者らは、地球から約40光年離れた岩石惑星LHS 1140bが、まだ安定した大気に包まれている可能性があります。もし確認されれば、このような特徴を持つ世界で同様の現象が観察されるのは初めてとなるだろう。。この検出がなぜそれほど重要なのでしょうか?私たちが大気について考えるとき、私たちは通常、単に私たちが吸う空気を想像します。しかし、物理学の観点から見ると、大気はそれ以上のものです。それは惑星の挙動を完全に変える巨大なガスのエンベロープです。

温室効果によって温度を調節し、昼と夜の間で熱を分配し、恒星の放射線の一部から表面を保護し、すべての化学が発展する段階を構成します。 雲、雨、気候のサイクルを形成するために必要です。これがなければ、惑星の表面は非常に危険な場所になる可能性があります。

火星が良い例を示しています。かつては川や湖がありましたが、数十億年前に大気のほとんどを失いました。現在では、表面に液体の水を安定して維持することができない非常に希薄なガスのエンベロープがかろうじて保存されています。したがって、岩石惑星の周囲の大気を見つけることは、数十億年にわたって比較的安定した状態を維持できた可能性のある世界を見つけることを意味します。 それは生命が存在することを証明するものではありません。しかし、それはその存在に対する最大の障害の1つを取り除きます。

大気の検出は惑星の発見よりもはるかに複雑です。系外惑星は通常、恒星の前を通過し、その光のごく一部を遮ったときに位置が特定されます。しかし、大気は地球の周りに小さな透明な層を追加するだけです。その厚さは、直径全体のほんの一部にすぎません。

数十光年離れた場所からその薄いエンベロープを区別することは、数千キロメートル離れた場所から観察してシャボン玉の透明な端を検出しようとすることに匹敵します。それが理由です これまでに確認されている大気の大部分は巨大ガス惑星に属しているここでは大気層が巨大で、研究がはるかに簡単です。しかし、岩石惑星はまったく異なる課題を抱えています。ディットマン氏のチームは、最も検出しやすいガスの 1 つであるヘリウムを探すことにしました。そしてこれを理解するには、過去に戻ると便利です。 150年以上前。

1868年、インドから皆既日食が観測された際、フランスの天文学者ジュール・ヤンセンとイギリスのノーマン・ロッキャーは、分光器（基本的には光が通過する際に各元素が残した痕跡を測定する装置）を使って太陽彩層から来る光を研究した。二人ともナトリウムの特徴的な線を見つけたいと考えていました。しかし、 既知の要素と一致しない黄色の線が表示されました。

ロッキャーは、その信号はまだ地球の表に存在していない化学元素に属しているという、当時としては驚くべきアイデアを提案しました。彼はそれをギリシャ語からヘリウムと名付けました。 ヘリオス、太陽の神。ほぼ30年後の1895年、化学者のウィリアム・ラムゼーは陸生鉱物から同じ元素を単離することに成功し、次のことを確認した。 私たちの惑星では、天文学者が化学者よりも先に星の中の元素を発見していました。

現在もまったく同じ原則を使用し続けており、それがディットマンのチームが行ったことです。惑星がその星の前を通過するとき、光のごく一部は望遠鏡に届く前に大気を通過します。各ガスは特定の波長を吸収し、一種の発光バーコードを残します。十分 このパターンを実験室で得られたパターンと比較して、どのような元素や分子が存在するかを知る。そして、LHS 1140b で検出された特徴はヘリウムの特徴です。ヘリウムがまだそこにあるはずがないので、それは非常に奇妙です。

この惑星は地球の5倍の質量を持ち、年齢は数十億年です。もし、その形成以来ヘリウムが失われているだけなら、とっくの昔にその埋蔵量は枯渇していたでしょう。しかし、彼は逃走を続けています。それには説明が必要です。 ヘリウムを継続的に補充する唯一の合理的な方法は、ヘリウムを上層に放出し続ける大気が存在することです。 これは、煙突から出る煙を見つけるのと非常に似た推論です。私たちは火を直接見ることはできませんが、煙の存在を説明する最良の説明となります。今後数年間に、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、水蒸気や二酸化炭素など、より明らかになっている他の分子を探す予定です。しかし、この研究は私たちに生命が存在できる他の惑星を夢見るよう促しているが、同時に注意すべき点も指摘している。

「この研究の興味深い点は、地球に似た、まだ大気を持っている可能性のある岩石惑星が初めて見つかったことだ。そこにヘリウムが存在し、それが放出されていると仮定すると、問題は次のとおりである。それは大気のないむき出しの岩石で、時々ガスを噴出してすぐに逃げてしまうのでしょうか、それとも地球のように時々物質を放出する安定した大気が存在するのでしょうか？今後 4 ～ 5 年間のジェームズウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) からのデータは水を探すことになるでしょう。大気中に水があれば、おそらく安定した大気が持続するでしょう。」まさに私たちが想像する新しい世界のようなものです。