太陽系外惑星の表面に液体の水が存在する可能性がある場合、その惑星は「潜在的に居住可能」とみなされることが多いが、現実には水が多すぎると生命が定着できない可能性がある。
「地球では、海は岩石と接触している。水が多すぎると、海の下に高圧の氷が形成され、海と惑星の岩石内部が分離される」と、太陽系外惑星内部の新たな研究を率いたスイス連邦工科大学チューリッヒ校の地球物理学者、キャロライン・ドーン氏は述べた。
この高圧の氷は、岩石と水の間で鉱物や化合物が交換されるのを妨げます。理論上、そのせいで海は不毛で生命のない状態になるはずです。しかし、ドーン氏のチームは、そのような高圧の氷を形成するのに十分な水を持つ太陽系外惑星であっても、その水の大部分が表面の海に蓄えられず、惑星の中心核のずっと深いところに蓄えられていれば、生命を宿すことができると主張しています。中心核の水は生命を維持できません。そこには分子の形さえありません。しかし、それは惑星の水のかなりの部分が表面にないことを意味し、それが表面の海を少し浅くし、その底に高圧の氷が形成されるのを妨げます。
惑星の若者たち
「3～5年前の太陽系外惑星研究コミュニティを見れば、誰もが（水は）惑星の表面にしか存在しないと考えていた」とドーン氏は語った。科学者たちは、反証となる証拠がなかったため、単に地球と同じような構造で、水は主に表面の海に存在し、一部、約4000万立方キロメートルが地殻の深部に保持されていると想定していた。しかし、2020年にユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの科学者チームが、地球はそのような構造ではないと主張する研究を発表したことで、こうした推論はすべて無意味になった。
その代わりに、2020年の研究では、地球上の水の大部分は海や地殻ではなく、地球の中心核にあり、中心核には地球表面の海をすべて合わせた量の30～37倍の水が存在すると主張した。「地球が非常に若く、熱いときは、あらゆるものが混ざり合ったマグマのスープがあります。地球のマントルにはケイ酸塩が含まれていますが、鉄の滴もあり、最終的には沈んで中心核を形成します」とドーン氏は述べた。
このマグマスープに含まれる水の一部はケイ酸塩と結びつき、いつかは表面の海にたどり着く。別の部分は鉄とともに残り、鉄とともに核に沈んでいく。誕生間もない惑星の非常に高い温度と圧力では、鉄はケイ酸塩のおよそ 70 倍もの水を結合できる。
経験則として、惑星が重い場合、その水の大部分は中心核まで下がってそこに留まります。そしてこれは、宇宙で生命を発見するという私たちの希望にとって良いことかもしれません。
人生にチャンスを与える
ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡を含む現代の機器の精度が非常に高いにもかかわらず、太陽系外惑星の水の収支を推測できる唯一の方法は、その質量と半径の最良の推定値から計算された嵩密度という間接的な手がかりを通してのみです。
ドーン氏の研究以前は、例外的に高い水資源量を持つ太陽系外惑星に遭遇するたびに、その水は表面の海にある、つまり海が非常に深く、海底の圧力が異常に高いと想定していた。それは、私たちが持っている確かなデータは、惑星のどの部分が水でできているかしか教えてくれず、その分布については何も語っていないからだ。
「水は核にも蓄えられると考えられるようになったため、この高圧に達する前に地球上の水は10倍になる可能性がある。桁違いだ」とドーン氏は語った。水の大部分は鉄とともに核に沈んでいくため、表面近くに残るのはごく一部で、私たちが知っている海を形成し、海底の圧力を低下させる。
これは、居住可能な可能性のある惑星の候補が大幅に増えたことを意味します。それでも、これらの惑星のいずれかに生命が存在するという決定的な証拠を見つけることは、依然として大きな課題です。