氷の下に海が存在する太陽系外惑星はあり得る 一部は間欠泉活動を観測可能？
太陽系にある氷で覆われた天体の一部は、その地下に広大な海が存在すると予測されています。中には、その有力な証拠であると考えられる間欠泉が確認されている天体もあります。 今日の宇宙画像 NASA（アメリカ航空宇宙局）ゴダード宇宙飛行センターのLynnae C. Quick氏などの研究チームは、似たような環境を持つ太陽系外惑星が存在する可能性を探るため、17の惑星について調査しました。その結果、いくつかの惑星には氷の下に海が存在する可能性があることを突き止めました。また、「プロキシマ・ケンタウリb」や「LHS 1140 b」など一部の惑星では激しい間欠泉活動が起きている可能性があり、噴出した水や、水に含まれる分子の存在を望遠鏡で観測できる可能性も明らかにされました。
■氷の下に海がある天体は太陽系外惑星にもある？
表面を氷で覆われた低温の天体は、一見すると生命に適した環境には見えません。しかし、分厚い氷の下には大量の液体の水……つまり海が存在する可能性が指摘されています。氷を融かす熱源は、潮汐力や放射性物質の崩壊熱などが考えられています。 木星の衛星「エウロパ」や、土星の衛星「エンケラドゥス」は、氷の下に海があると考えられている天体の代表例です。これらの天体では水を主成分とするプルームの噴出が観測されており、氷の下の海が水の供給源だと考えられています。 では、太陽系以外の天体、より具体的には太陽系外惑星でも同様の事例は存在するのでしょうか？仮に存在するとした場合、そのような惑星を発見する方法はあるのでしょうか？
■氷の惑星の条件を検討
Quick氏らの研究チームは、似たような環境を持つ太陽系外惑星が存在する可能性を探るために、次の2つの性質を満たしている17の惑星を調査しました。 1つ目の条件は「地球と比べて直径はおよそ2倍以下、質量は8倍以下」です（※1）。この条件に沿うのは地球と比べて平均密度が低い惑星ということになります。氷は岩石と比べて密度が低いため、低密度な惑星は氷が主体である可能性があります。また、直径を地球のおよそ2倍以下に制限したのは、低密度な理由が氷ではなく豊富なガスとなる亜海王星 (地球と海王星の中間的な性質を持つ惑星) である可能性を排除するためです。 ※1…およそ2倍という表現は、研究チームの論文における “radii (Rp) that are less than or approximately equal to 2R⊕” という記述に基づきます。今回の研究では、直径が2倍を超える唯一の惑星としてカプタイン星c (推定直径が地球の2.25倍) が検討されています。 2つ目の条件は「推定表面温度がマイナス18℃未満の惑星」です。この温度は地球に大気が存在しないと仮定した場合の表面温度（平衡温度）と同じであり、これよりも表面温度の低い惑星では表面の水が凍っている可能性が高くなります。大気が存在する場合の惑星の表面温度を推定することは困難なため、このような前提で計算されます。 ただし、特に2つ目の条件は再検討が必要です。例え独自の分厚い大気が無かったとしても、惑星表面を構成する氷などの光の反射率、そしてプルームや宇宙風化によって生成される水蒸気の薄い大気など、表面温度を変更する要素がいくつもあるためです。
