[비즈한국] これまで多くの系外惑星が発見されてきた。その中には地球のような岩石惑星もあれば、木星のように厚い大気をまとっている場所もある。さらには、表面に液体の海が存在すると疑われる場所まである。それぞれが生命にとって重要な舞台である。地球もまた、岩石、大気、海という3つの要素が調和することで、生命圏が存在し得ている。
驚くべきことに、これら3つの舞台がすべて揃っている場所は、これまで見つかっていなかった。適切な大きさの岩石惑星であれば大気の痕跡を探すのが難しく、水蒸気や酸素などの興味深い大気を湛えた惑星は、概して木星のように巨大な惑星ばかりだった。ところが最近、岩石惑星でありながら大気圏まで備えた興味深い候補が発見された。
恒星LHS 1140の周りを回る惑星LHS 1140b自体は、すでに2017年に発見されていた。この惑星の質量は地球の5.6倍、直径は1.7倍である。地球よりわずかに大きく重い「スーパーアース（巨大地球型惑星）」と見なせる。中心星は太陽よりもはるかに暗い赤色矮星だ。この惑星は恒星の周りをわずか25日周期で公転する小さな軌道を描いている。そのため、この惑星が受ける光は、地球に降り注ぐ太陽光の約42％である。温度条件も決して悪くない。生命居住可能領域、いわゆるハビタブルゾーンに入っているからだ。
非常に魅力的な惑星である。単に固体の金属核だけで構成された岩石惑星ではなく、惑星全体の質量の10〜20％が水または氷で満たされていると推定される。岩石と海の両方を備えた世界である可能性がある。大気圏さえ持っていれば、厄介な3つの要素をすべて備えた「トリプルクラウン（三冠）」惑星となり得る。
まさにその最後の要素である大気圏の有無を確認するため、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡がこの惑星をターゲットにした。2024年9月、惑星は中心星の前を横切り、6.5時間にわたって観測が行われた。その結果、驚くべきことにヘリウム成分が検出された。しかし、スペクトルに現れたヘリウムはわずかに異なる波長にずれており、これはヘリウムが静止せずに移動していることを意味する。ヘリウムガスが惑星の大気から流出しているためだと推測された。
ところが、2025年に行われた次の観測ではヘリウム信号は検出されなかった。その間に星の荒々しい活動により、惑星上層大気のヘリウムがかなりの部分吹き飛ばされ、一時的に信号が弱まったと推定している。ヘリウムは宇宙で2番目に軽い気体だ。もし惑星大気にヘリウム成分があれば、上層大気へと浮かび上がるだろう。また、惑星の重力を振り切って宇宙空間へと漏れ出ることも容易だ。
今回の発見がさらに重要な理由がある。今回分析したLHS 1140bは、中心星が赤色矮星である。これまで発見されたハビタブル惑星のほとんどが、中心に赤色矮星を置いている。
しかし、赤色矮星周辺の惑星には大きな問題がある。暗い赤色矮星の傍で地球並みに適切な温度を保つには、惑星も星に接近して小さな軌道を回らなければならない。だがそうすれば、星の表面から放出される猛烈なフレアや恒星風に対して脆弱にならざるを得ない。恒星風を防ぐ磁気圏というバリアがなければ、惑星の大気はすべて宇宙空間へと吹き飛ばされてしまう。そのため、これまで発見されてきた赤色矮星を回る大半のハビタブル惑星に対し、多くの天文学者は生命の痕跡まで見つかることにはあまり期待を寄せていない。
1つの星から一度に7つの惑星が見つかり、そのうち3つ以上がハビタブルゾーンにあるとして大きな注目を集めたTRAPPIST-1惑星系も、ジェイムズ・ウェッブで多様な観測を行ったが、現在まで明らかな大気の痕跡は見つかっていない。同様に中心星が赤色矮星であり惑星が星に張り付いているため、仮に惑星にかつて大気があったとしても、今はすべて吹き飛んでいる可能性がある。
ところが、ヘリウム大気成分が確認されたLHS 1140bは、赤色矮星の傍でも惑星がかなり堅実に大気圏を維持できる可能性を示している。このため、他の赤色矮星を回る数多くの系外惑星に対しても、希望を捨てられなくなった。
もちろん、LHS 1140という星自体の穏やかな性質も一役買っている。この星は比較的静かな星だ。130日に1回程度と非常にゆっくり自転しており、星の磁場も非常に弱いと推定される。そのため、強力なフレアも特に発生しない可能性が高い。惑星に生命が生き残るためには、星の穏やかさが必要なのだ。
今回の観測では、同じ星の傍をより接近して回る小さな惑星LHS 1140cも調べた。しかし、この惑星からはヘリウムの痕跡を見つけることはできなかった。おそらく惑星のサイズが小さく重力も弱いうえに中心星により近いため、早期に大気圏の大部分を宇宙空間へ失ってしまった可能性が高い。それとは対照的に、もう少し星から離れており重力が強い1140b惑星は、今も大気をまとっている可能性がある。
特にこの星の年齢が30億年という点も重要だ。太陽の年齢が50億年弱であることを考えると、30億年は決して短い歳月ではない。このような長い年月、赤色矮星の傍にありながら惑星の大気が完全に消失せず生き残れるということは、意外にも惑星の大気が長い間しっかりと持ちこたえられるという希望を抱かせる。私たち地球のように過酷な宇宙環境の中でも、自分に与えられた一瞬の幸運を逃すまいと踏ん張っている惑星が、宇宙にはたくさん隠れていることを願う。それらの惑星の中に、独自の生態系まで育んでいる場所があるかもしれない。
参考
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea9708
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/arXiv:2608.19120
筆者 チ・ウンベ（Ji Woong-bae）は？ 猫と宇宙を愛する。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えようという夢を持つようになった。現在は世宗大学校自由専攻学部助教授として、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『天文学者の無用さについて』、『私たちは皆、天文学者として生まれる』、『宇宙を見ると浮かぶ変な質問たち』などの著書があり、『私はどうして冥王星を殺したか』、『クォンタム・ライフ』、『UFO』などを翻訳した。