“Goldilocks and the Three Bears “という童話を覚えていますか？ パパのお粥は熱すぎ、ママのお粥は冷たすぎ、でもベビーベアのお粥はちょうどよかったという話を子供や孫に聞かせるのは楽しいものです。 地球の海は生命が生存するために何十億年も液体であり続けなければならないという事実を科学者が考え始めたとき、この惑星の温度が暑すぎず寒すぎず、ちょうどよい温度でなければならないと考え、最初の「ゴルディロックス惑星」と命名したのも不思議ではありません。 この種の星と同様に、太陽は誕生から45億年かけて徐々に明るさを増してきました。 約40億年前、地球に初めて海ができたとき、太陽は現在より30パーセントほど明るかったので、地球は海が凍らないように、入ってくる太陽エネルギーをより多く保持しなければならなかったのです。 さらに時代が進み、太陽が地球に注ぐエネルギーが増えるにつれて、地球の大気組成も変化し、温室効果によって気温に影響を与えるようになった。 しかし、それでも地球の歴史上、海は氷点下より数度高い程度に保たれていたようです。

大気変化の一例を挙げると、35億年前の地球の海は、シアノバクテリアのコロニーが繁茂していたことが分かっています。 当時、大気中には酸素はほとんどありませんでしたが、シアノバクテリアは光合成の過程で、現在でも植物と同じように酸素を排出していました。 しかし、約25億年前から酸素の量が増え始め、「グレート・オキシデーション・イベント」と呼ばれるようになった。 おそらく、酸素を許容できない地球上の原住民の多くは、自分たちの排泄物で溺れて絶滅したのだろう。 1978年、当時テキサス州のトリニティ大学にいた宇宙物理学者のマイケル・ハートは、地球の大気の歴史を記述したコンピューターモデルを発表しました。 このモデルでは、初期の太陽のかすかな暖かさは、大気中のアンモニアとメタン（どちらも、より身近な二酸化炭素であるCO2と同様、温室効果ガスです）によって生み出された温室効果によって助けられたとされています。 しかし、太陽が明るくなるにつれて、生物の出す酸素がこれらの化合物を破壊し、温室効果を減少させ、太陽からの放射の増加を補ってきた。 やがて、二酸化炭素と水蒸気による温室効果を持つ現在の大気が誕生した。 2000>

しかし、ハートの計算で最も重要なことは、地球が太陽からの距離を変えていたらどうなっていたかということです。 もし地球が太陽から1％離れていたら、あるいは5％近づいていたら、海が液体であり続けるための微妙なバランスが失われていただろう、というのです。 このように、地球の大気の進化を考慮した結果、星の周りには何十億年もの間、地表の海が液体のまま保たれる帯があるという考えが生まれました。 この帯は「ハビタブルゾーン（CHZ）」と呼ばれ、太陽系外惑星の生命について科学者が考える際の中心的なアイデアの1つになっている。

」のプレビューサムネイルを公開しました。 本書は架空の空想ではありません。科学者のジェームス・トレフィルとマイケル・サマーズは、太陽系外惑星と私たち自身の世界の生命について知っていることを取り上げ、そのデータを使って、どのように、どこで、どの種類の生命が発達するかもしれないと仮定しているのです。 購入

Circumstellar Habitable Zones and Habitability

CHZについてまず言えることは、どの星にもあることです。 つまり、エネルギーバランスによって惑星表面の温度が水の凝固点と沸点の間に保たれるような、星の周りの帯が常に存在するのです。 小さくて暗い星では、その帯は狭く、近い。 例えば、恒星の中心部にある既知の太陽系外惑星の多くは、水星が太陽に接近するよりも恒星に接近している。 一方、明るくて大きな星は、より広い範囲に分布しています。 また、前述のように、星のエネルギー出力は時間とともに増加するため、ハビタブルゾーンは星の年齢とともに外側に移動していく。 しかし、重要なのは、どの星にもハビタブルゾーンがあるので、偶然にも、そのゾーンで惑星が形成されていることが期待されるということです。 MITの宇宙物理学者サラ・シーガーが指摘するように、ハビタブルゾーンにある惑星が実際に居住可能である保証はない。 2000>

太陽系外惑星の探査が進むにつれて、ハビタブルゾーンにある地球型惑星を見つけることは、天文学界では聖杯のようなものとなってきました。 しかし今日、惑星のハビタビリティには、その軌道の位置以上のものがあることが分かってきました。 例えば、恒星の軌道上のCHZになく、表面に液体の海がない惑星でも、生命や高度な文明が存在する可能性があることが分かってきたのです。

関与した星のタイプ

惑星が回転する星のタイプは、CHZの惑星であっても生命の発達に重要な影響を与える可能性があります。 例えば赤色矮星と呼ばれる小さくて暗い星は、天の川にある星の中で最も大きな割合を占めており、しばしば極端な活動期を迎えます。 恒星のフレアや大量の荷電粒子の放出は、その惑星がCHZにあるかどうかにかかわらず、惑星表面での生活を非常に困難にする。 そのような星系では、生命は海底や地下に留まらなければ生きていけない可能性が高い。 そのような状況では、CHZは単に無関係になります。

科学者は、生命が惑星の表面で進化して存続しなければならないという考えを捨てはじめています。 例えば、現在の多くの議論は、火星上の生物はすべて地表の下で発見されると結論付けている。 また、エウロパやエンケラドスの海のように、太陽系外縁部の地下に生命が存在するとすれば、それは定義上、地表の下にあることになる。 地球でも、地表に存在するバイオマスよりも、地中に存在するバイオマスの方が多いかもしれない。 このように、小さな星に関連する強烈な放射線環境は、たとえその生命が現在の技術で直接検出することがおそらく不可能であるとしても、生命の発達を妨げる必要はない。

他方、より大きな星は、より穏やかな放射線環境を提供するが、その寿命は比較的短くなることがある。 場合によっては、3000万年という短い期間しか生きられないこともある。 このような短時間で、単純な微生物生命以外のものが惑星上で進化することはありえないだろう。 さらに、そのような星は超新星爆発という大爆発で一生を終えるので、近くにある惑星は確実に破壊されてしまう。

このような制約があるため、太陽系外惑星ハンターは、太陽のような中型の恒星の中心部にある惑星に注目してきたのです。

大気の進化

ハビタビリティの議論における第2の複雑さの原因は、惑星の大気が安定した不変のシステムではなく、時間とともに進化しているために生じるものです。 地球の大酸化現象は、この種のプロセスの一例に過ぎない。

火星のような小さな惑星では、大気の重力脱出が大きな役割を果たす。 その仕組みはこうだ。 惑星の大気を構成する分子は常に動いており、温度が高ければ高いほど、その動きも速くなる。 しかし、温度に関係なく、平均より速く動く分子と遅く動く分子が常に存在する。 もし速い分子が十分な速度を得て、たまたま惑星の表面に垂直な方向に動けば、惑星の重力に打ち勝って宇宙へ逃げることができる。

惑星が大きければ大きいほど、その重力は強く、大気を保持しやすくなる。 たとえば地球では、分子が逃げるには秒速7マイル（約11キロメートル）ほど移動しなければならない。 ここで重要なのは、重い分子を高速に押し上げるのは、軽い分子を高速に押し上げるよりも難しいということだ。 つまり、軽い分子は重い分子よりも重力脱出で失われる可能性が高いのだ。 例えば地球では、大気の中で最も軽い水素とヘリウムが大量に失われ、火星では酸素や窒素などさらに重いガスが失われた。

光解離という損失メカニズムは、水の分子にとって特に重要である。 もし、惑星の表面に水があれば、大気中にも水蒸気があるはずだ。 惑星の恒星からの紫外線は、大気圏の上層部にある水分子を分解する。 その結果、軽い水素は重力で逃げ、酸素は地表の原子と結合し、さまざまな酸化鉱物を作る。 例えば、火星の歴史の初期にあった海はこのようにして失われ、火星の赤い色は表面の岩石中の鉄が酸化（錆びる）した結果であると、私たちは考えています。

もう一つの重要な変化は、地球の大気中の（水蒸気と一緒に）重要な温室ガス、二酸化炭素に関するものです。 火山が噴火するたびに、マントル深部から二酸化炭素が放出され、大気中に放出されます。 この二酸化炭素は、深部炭素循環と呼ばれる複雑な過程を経て、海に取り込まれ、石灰岩などの物質に取り込まれた後、再び地球内部に取り込まれるなどしている。 このように、ある惑星の一般的な地質学的プロセスは、その惑星の大気中の二酸化炭素の量に影響を与え、それが気温に影響を与えることになるのです。 金星は太陽に近いため気温が高く、地表に海があったとしても蒸発してしまうと考えられています。

これらの例は、太陽系外惑星の大気の変化（現在の望遠鏡では観測できない変化）が、その惑星の居住性に重大な影響を与えることを示しています。 一例を挙げると、恒星のCHZにある惑星で、たまたま水がほとんどない場合、温室効果が暴走し、金星のようになってしまうかもしれない。

知能と技術

1つのゴルディロックス世界（地球）で生命がいつ、どのように発展したかをかなりよく理解しているという事実は、この種の惑星での生命の発展に関する議論から推測を取り除くものです。 異星人の化学反応は、地球上の生物と同じシステムである必要はないが、他のゴルディロックス世界の生物も同様に、炭素ベースの大きな分子に含まれる複雑な情報に依存していると考えても、それほど飛躍したことではないだろう。 炭素は、情報を運ぶ生体分子として理想的な、強固で安定した原子の鎖や環を形成することができます。

さらに、他のゴルディロックス世界での自然淘汰を理解するために、英語を話す二足歩行のヒト科生物が住む標準的なSF銀河を想定する必要はありません。

自然淘汰について注意しなければならない重要な点は、優しさや道徳的価値を選択するプロセスではない、ということです。 古いジョークにこの点があります：

山で2人のハイカーが、明らかに空腹の

グリズリーベアに出会いました。

もう一人のハイカーは「何をやっているんだ」と言いました。 その熊より速く走ることはできない」

「熊より速く走る必要はない。 自然淘汰は気にしない。 重要なのは、彼の連れがより速いということだけだ。

Life Forms on Goldilocks Worlds

では、このことからゴルディロックス世界で発展する生命体の種類はどうなるのでしょうか。 最も可能性の高い結果は、おそらくホモ・サピエンスと同じように穏やかで親切なものにはならないだろう、ということです。 化石記録から発見された20種以上のヒト科動物の消滅という歴史を見ると、私たちよりも平和的で高度な技術を持つ種に遭遇する可能性に、希望的観測をすることはできないのだ。 私たちが発見した人は、私たちよりも道徳的でもなければ、戦争好きでもない可能性が高いのだ。 こわい！

こう考えてみてください。 宇宙の歴史を1年に凝縮すると、地球と太陽系は労働者の日の頃に形成され、科学の発展は過去数秒しか占めません。 ホモ・サピエンスが現れるまでの「1年間」の間に、他の生物が科学を発展させなかったということは、極めて考えにくい。 物理学や化学の法則は無名でも隠されているわけでもなく、それなりに知的な文明であれば発見することができる。 少なくとも、ゴルディロックス文明のいくつかは、そうしなければならないだろう。 地球外生命体のアイザック・ニュートンが、高度な技術文明への道を切り開いたに違いない。 最も気がかりなのは、そのような文明の証拠が見つからないということである。 光速ワープドライブがなく、技術に大きな進歩がないとしても、計算上は3000万年後（我々の世界暦では1日足らず）には、人類は銀河系全体に広がることが可能である。 2000>

では、他の文明はどこにあるのだろうか。 この問いは、いわゆるフェルミのパラドックス（20世紀を代表する物理学者の一人、エンリコ・フェルミ（1901〜1954）にちなんで名付けられた）の表現である。 ある人が彼に、銀河系には何百万もの高度な文明が存在するという計算を話したことがある。 フェルミはしばらく考えてから、”みんなどこにいるんだ？”と尋ねた。 なぜ、言い換えれば、彼らはすでにここにいないのだろうか？ 科学者やSF作家は、想像力豊かな人たちなので、多くの可能性のある説明を作り出してきました。 ここでは、最も人気のあるものをいくつか紹介します：

• 動物園仮説。 地球外生命体は、地球を保護された原生地域のようなものだと宣言した」
• スタートレック仮説。
• スタートレック仮説：地球外生命体は、我々のような発展途上の文明に干渉しないよう、首相命令を採択している。
• 楽園仮説：地球外生命体は理想的な環境で太り、幸せであり、探査には何の興味もない。
• 代替仮説: 有機生命は知的機械に取って代わられ (これは人類がしばしば思い描く未来)、機械は有機生命との接触に関心を持たない。

しかし問題は、これらのシナリオのどれかがいくつかの地球外文明で起こることは想像できるが、どれもが生命の発達の必然の結果と考えることは本当に難しいことである。

恒星のCHZには何百万もの地球サイズの惑星があるはずで、これは数千の太陽系外惑星の小さなサンプルの中からすでに数十の惑星が見つかっているという事実によって裏付けられている推測です。 そのすべてが、たとえば『スター・トレック』の「第一指令」のようなものを採用する可能性は極めて低い。 なぜ私たちは高度な地球外文明の存在に気づかないのかという問いに対する最も論理的な答えは、その文明が存在しないことだと考えています。 私たちが見る限り、自然法則に依存する唯一の説明は、自然淘汰の動作に依存するものです。

このことは、ゴルディロックス世界の生命の運命について、非常に暗い可能性に導きます。 自然淘汰がホモ・サピエンスのような攻撃的な種を生み出す傾向があることを考えると、宇宙の歴史全体が、進化の過程で次々とゴルディロックス惑星に知的生命体を生み出し、その生命体が科学を発見すると自滅するということもあり得るのである。 つまり、私たちのレベルに達した文明は膨大にあったかもしれないが、近くの星を植民地にする前にすべて自滅してしまったのだ。 この終末のシナリオは、フェルミのパラドックスに対する一般的な説明です。

ゾッとするような考えですね。