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K2-18b: この地球外惑星の水素大気には、どのような未知の秘密が隠されているのでしょうか?
K2-18b は、地球から約 124 光年の距離にある赤色矮星 K2-18 を周回する系外惑星です。この惑星の大きさは海王星以下に分類され、半径は地球の約2.6倍で、親星のハビタブルゾーン内を33日の周期で公転している。これは、地球と同じくらい多くの星の光を受け取ることを意味します。この惑星はケプラー宇宙望遠鏡で最初に発見され、その後大気を研究するためにジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) で観測されました。
2019 年、科学者たちは K2-18b の大気中に水蒸気が存在することを初めて報告し、この発見は大きな注目を集めました。
2023 年、JWST は K2-18b の大気中に二酸化炭素とメタンを検出しました。このデータのさまざまな解釈は、K2-18b が水素が豊富な大気を持つ水の惑星である可能性、またはガスが豊富なミニ海王星である可能性を示唆しています。いずれにしても、K2-18b は地球の居住可能な条件というよりは、海王星や天王星の模倣に近いものです。これにより、その潜在的な居住可能性について広範な議論が行われました。
K2-18 の特徴
K2-18 はしし座にある M 矮星で、温度はわずか 3457 K、半径は太陽のわずか 45% です。この星は約 24 億歳で、中程度の星の活動を示しています。この星はまた、K2-18b、K2-18cの軌道上に惑星を抱えており、潮汐効果を通じてK2-18bと相互作用する可能性がある。
K2-18b の物理的性質
K2-18b の半径は 2.610±0.087 R🜨、質量は 8.63±1.35 ME です。惑星の密度は、この惑星が水素を豊富に含む外殻、おそらく岩石の核と厚い外殻を持っているか、海王星のような組成を持っている可能性があることを示唆しています。このような中程度の大きさの惑星は驚くほどまれで、半径の谷として知られるものを形成しています。惑星の形成には数百万年を要した可能性があるが、潮汐加熱がこの過程に寄与した可能性は低い。
海の存在の可能性
K2-18b に液体の水が存在するかどうかという問題は依然として不明です。以前のデータは水が超臨界状態にあることを示唆していましたが、JWSTの観測は液体の海洋が存在する可能性を指摘しました。しかし、海の存在はその質量と半径だけからは推定できないため、これを確認することは非常に困難です。
研究者らは次のように述べています。超臨界状態では、液体と気体の境界がなくなり、海の存在を定義することがさらに難しくなります。
これまでの研究では、K2-18b の大気中にはアンモニア、炭素単純化分子などの他の成分が存在する可能性があると考えられていましたが、モデルが異なればこれらの成分についての説明も異なり、科学界ではまだ議論が続いています。
大気と気候
ハッブル宇宙望遠鏡の観測によると、K2-18b には水素大気があり、水蒸気の存在についてはまだ不確実性があります。 JWSTの観測によれば、大気中の水蒸気濃度は0.1%未満と極めて低い。さらに、JWST は、メタンと二酸化炭素がそれぞれ大気の約 1% を占めていることを観測しました。他の炭素酸化物の濃度は決定されておらず、上限のみが利用可能です。大気は惑星の質量の最大 6.2% を占めており、その組成は海王星や天王星のものと似ている可能性があります。
惑星の進化
K2-18b の上層大気は、親星からの高エネルギー放射線の影響を受け、大気を加熱して水素ガスを生成し、大気の放出につながる可能性があります。このような過程は、たとえこの過程が続いたとしても、K2-18b がその生涯の間にその大気を完全に失わない可能性があることを示唆しています。
居住性
この惑星はその星のハビタブルゾーンに位置しており、受ける恒星放射線の量は約 1368+114−107 W/m2 で、これは地球と同様です。ただし、K2-18b の真の居住可能性を確認する方法は、大気の組成と雲のアルベドに依存します。観測によると、惑星の深層大気は過熱されている一方、水の豊富な層は生命の発達に適している可能性がある。
微生物は水素が豊富な環境でも生存できるということは、水素が生命の障害ではないことを示唆しています。
K2-18b は確かに魅力的な研究対象です。ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が宇宙に戻ってきたことで、惑星の徹底的な探査により、さらに多くの秘密が明らかになることが期待されています。では、この地球には本当に生命が存在できるのでしょうか？
