地球の双子の姉妹と言われる金星には海があったのか?

地球の双子の姉妹と言われる金星には海があったのか?天文・宇宙
40億年以上前の初期金星の地表と大気の想像図。手前は、海が完全に蒸発した空を見て驚く謎の探検家。© Manchu

ジュネーヴ大学とNCCR PlanetSが率いる天体物理学者たちは、金星の過去を調査し、地球の姉妹惑星がかつて海を持っていたかどうかを調べました。

金星は、地球の双子のような惑星です。

一見すると、地球と同じくらいの質量と大きさで、ほとんどが岩石でできていて、水があり、大気も存在しています。

しかし、よく見てみると、両者の間には大きな違いがあります。

金星の厚い二酸化炭素の大気、極端な地表の温度と圧力、硫酸の雲は、地球上の生命にとって必要な条件とは全く対照的です。

しかし、これは必ずしもそうではなかったかもしれません。

これまでの研究では、金星には海があり、昔はもっと住みやすい場所だったのではないかと考えられています。

ジュネーブ大学(UNIGE)とスイス国立研究センター(NCCR PlanetS)を中心とする天体物理学者のチームは、私たちの惑星の双子が実際に穏やかな時期を過ごしていたかどうかを調査しました。

その結果、金星の方が温暖な時期があるかどうかを調べたところ、そうではないことが判明しました。

金星は最近、天体物理学者にとって重要な研究テーマとなっています。

欧州宇宙機関(ESA)と米航空宇宙局(NASA)は今年、太陽に2番目に近いこの惑星に、今後10年間で3回以上の宇宙探査ミッションを実施することを決定しました。

これらのミッションの目的の一つは、金星に初期の海洋が存在したかどうか、ということです。

NCCR PlanetSのメンバーであるジュネーブ大学理学部天文学科のMartin Turbet研究員が率いる天体物理学者たちは、地球上で利用可能なツールを使ってこの疑問に答えようと試みました。

「地球と金星が進化し始めた40億年以上前、惑星の表面がまだ溶けていた頃の気候をシミュレーションしました。高温であったため、水は巨大な圧力鍋のように蒸気の形で存在していたはずです。」とTurbet氏は説明します。

研究チームは、地球の現在の気候や将来の進化をシミュレーションするのに使われるような、高度な大気の3次元モデルを使って、2つの惑星の大気が時間の経過とともにどのように変化するか、その過程で海が形成されるかどうかを調べました。

「シミュレーションの結果、金星の大気では水蒸気が凝縮しない気候条件であることがわかりました。」とTurbet氏は言います。

つまり、金星の大気中の水が雨粒となって地表に降り注ぐほどには気温が下がらず、水は大気中のガスとして残り、海は形成されなかったのです。

「その大きな理由の1つが、惑星の夜側に優先的に発生する雲です。この雲が非常に強力な温室効果をもたらし、従来考えられていたような急速な金星の冷却を妨げているのです。」とジュネーブ大学の研究者は続けます。

小さな違いが大きな影響を与える

意外なことに、宇宙物理学者のシミュレーションでは、地球も金星と同じ運命をたどった可能性があることがわかっています。

もし、地球がもう少しだけ太陽に近かったら、あるいは、若い頃の太陽が現在のように明るく輝いていたら、私たちの故郷である地球の姿は大きく変わっていたでしょう。

若い頃の太陽の比較的弱い放射線のおかげで、地球は海を形成する水を凝縮できるほど冷えたのだと思われます。

ジュネーブ大学の教授でPlaneSのメンバーであり、今回の研究の共著者であるEmeline Bolmont氏は、「これは、長い間『暗い太陽のパラドックス』と呼ばれてきたものに対する見方を一変させるものです。これまでは、地球上に生命が出現するための大きな障害と考えられていたのですから!太陽の放射が現在よりもはるかに弱ければ、地球は生命にとって生存が難しい氷の塊になっていただろうという主張です。」と言います。

「しかし、若くて非常に熱い地球にとって、この暗い太陽は、実は願ってもないチャンスだったかもしれないことがわかったのです。」と研究者は続けます。

「今回の結果は、理論的なモデルに基づいており、金星の歴史に関する疑問に答えるための重要な土台となるものです。」と、研究の共著者であるDavid Ehrenreich(ジュネーブ大学天文学科教授、NCCR PlanetSメンバー)は言います。

「しかし、私たちのコンピュータでは、この問題を決定的に裁くことはできないでしょう。今後の3回の金星探査機による観測は、私たちの研究を確認するためにも、反論するためにも必要不可欠です。これらの魅力的な問題は、ジュネーブ大学の理学部に設立されたばかりの『Centre for Life in the Universe』で取り組むことができます。」と、Bolmont氏は喜んでいます。

Published by University of Geneva. Martin Turbet et al,, Nightside clouds inhibit early ocean formation on Venus but not on Earth, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-03873-w.
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