ハビタブルゾーン（ゴルディロックスゾーン）とは？

ハビタブルゾーンとは、惑星の表面が水を液体のまま保てるちょうどよい温度になりうる、恒星からの距離の範囲のことです。熱すぎず冷たすぎないことから、ゴルディロックスゾーンとも呼ばれます。

ハビタブルゾーンとは？

私たちが知っているすべての生命には、液体の水が欠かせません。そのため天文学者は、地球の外で生命がいるかもしれない場所を探すとき、まずその惑星の表面の水が凍りもせず蒸発もしない位置にあるかどうかを調べます。恒星に近すぎると水は蒸発し、遠すぎるとかちかちに凍ってしまいます。そのあいだにある心地よい範囲が、ハビタブルゾーンです。

ゴルディロックスゾーンというニックネームは、ゴルディロックスという女の子が、熱すぎず冷たすぎないおかゆを選ぶ童話に由来しています。ハビタブルゾーンにあるからといって、その惑星に生命がいるわけではありません。液体の水が存在するための条件のひとつを満たしている、というだけです。

明るい恒星ほど遠くなる

惑星が受け取る光の量は、恒星からの距離の2乗に比例して減っていきます。そのため、地球と同じだけの光を受け取るには、明るい恒星からはより遠くに、暗い恒星にはより近くにいなければなりません。計算すると、ハビタブルゾーンまでの距離は恒星の明るさの平方根に比例します。

• 太陽の4倍明るい恒星なら、ハビタブルゾーンは約2倍遠くになります。
• 太陽の100分の1の明るさの恒星なら、約10分の1の距離まで近づきます。

太陽の場合、ハビタブルゾーンはおよそ0.95〜1.67 AUと推定されています。1 AUは地球と太陽の平均距離です。境界はどの気候モデルを使うかによってかなり変わるため、研究によって値が少しずつ異なります。

スノーラインと巨大惑星

ハビタブルゾーンの外側には、もうひとつの大切な境界、スノーラインがあります。惑星ができつつあったころ、この線より外側は、水が氷のつぶとして存在できるほど冷たい領域でした。太陽系では約2.7 AU、火星と木星のあいだの小惑星帯のあたりにあります。

スノーラインの外側では、岩石だけでなく氷も固体の材料になるため、惑星のタネがずっと速く大きく育ちます。核が十分に重くなると、まわりの水素やヘリウムのガスを引き寄せて、木星や土星のような巨大ガス惑星になれます。太陽系の巨大惑星がすべてスノーラインの外側にあるのはこのためです。

距離だけでは足りない

金星はハビタブルゾーンの内側の縁の近くに、火星はハビタブルゾーンのなかにあると考えられることが多いのですが、どちらも現在、表面に液体の水はありません。位置以外にも、たくさんの条件がそろう必要があるからです。

• 大気と温室効果：大気が薄すぎると熱を保てず、厚すぎると金星のような暴走温室効果を引き起こすことがあります。
• 磁場：惑星の磁場は恒星から飛んでくる粒子をさえぎり、大気がはぎとられるのを防ぎます。
• プレートテクトニクス：地球では、プレートの動きによって炭素が循環し、長いあいだ気候を安定させるのに役立っています。
• 潮汐ロック：暗い恒星はハビタブルゾーンがとても近いため、惑星がいつも同じ面を恒星に向けるようになることがあり、昼側と夜側で極端な温度差が生まれる可能性があります。
• 惑星の大きさ：惑星が小さすぎると、重力が弱くて大気を長く引き留めておけません。

ハビタブルゾーンも動く

ハビタブルゾーンはずっと同じ場所にあるわけではありません。太陽のような恒星は年をとるにつれて少しずつ明るくなるため、ハビタブルゾーンもじわじわと外側へ移動していきます。生まれたばかりの太陽は、いまより約30%暗かったと考えられています。そこで科学者たちは、長いあいだハビタブルゾーンのなかにとどまり続ける領域、継続的ハビタブルゾーンについても研究しています。生命が誕生して進化するには、数億年から数十億年かかるかもしれないからです。はるか未来、太陽がさらに明るくなると、地球もいつかハビタブルゾーンの内側の縁を越えてしまいます。

ハビタブルゾーンにある系外惑星

• TRAPPIST-1 e、f、g：約40光年先にある赤色矮星TRAPPIST-1には、地球サイズの惑星が7つあります。この恒星の明るさは太陽の約0.05%しかないため、ハビタブルゾーンはとても近くにあり、惑星e、f、gがそのなかに入っている可能性が高いと考えられています。
• プロキシマ・ケンタウリb：太陽にいちばん近い恒星を約11日で1周する惑星です。ハビタブルゾーンのなかにありますが、恒星がひんぱんにフレアを起こすため、大気を保てているかどうかはまだわかっていません。
• ケプラー186f：ほかの恒星のハビタブルゾーンで確認された、初期の地球サイズの惑星のひとつです。水がある可能性も指摘されていますが、大気についてはまだわかっていません。

これらの惑星は、あくまでハビタブルゾーンのなかにあるというだけで、実際に水や生命があるかどうかは確認されていません。

Planeticaでは

Planeticaは惑星系を作るとき、中心の恒星の明るさから、その恒星だけのハビタブルゾーンとスノーラインを計算します。それぞれの惑星の温度は恒星の明るさと軌道の距離から決まり、惑星がハビタブルゾーンのなかにあるかどうかも表示されます。明るい恒星の惑星系と暗い恒星の惑星系を比べると、ハビタブルゾーンがどれほど動くのかを実感できます。調整タブで温度や大気を変えて、距離以外にどんな条件が惑星の姿を変えるのか探ってみてください。

スノーラインにも注目してみましょう。岩石惑星はその内側に、氷の惑星や巨大惑星はその外側に落ち着きやすいので、あなたの惑星系の並び方を理解するよい手がかりになります。

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