地球から40光年離れた小さな星トラピスト1（TRAPPIST-1）の第4惑星で、地球に似た大気が存在する可能性を示唆する信号が捉えられた。
トラピスト1は、太陽よりもはるか昔の76億年前に形成されたと推定される、質量が太陽の10分の1程度の赤色矮星だ。赤色矮星は太陽の0.08〜0.6倍のサイズで、銀河系で最も多いタイプの恒星である。太陽型の星より10倍も多く、岩石型惑星を持つ可能性も2倍高いと科学者たちは推定している。そのため、地球外生命体探索で最も注目を集めている恒星タイプだ。
2016年から2017年にかけてベルギーの天文学者たちの観測により、トラピスト1には太陽系の惑星数（8個）とほぼ同じ7つの惑星が確認された。特に7つの惑星すべてが地球と同じ岩石型惑星で、サイズも地球とほとんど変わらない。各惑星の半径は地球の0.7〜1.1倍、密度は地球の0.6〜1.2倍だ。中心星トラピスト1に近い順にb、c、d、e、f、g、h惑星と呼ばれている。星との距離が近いため、すべて同じ面が星を向いた潮汐固定の状態で軌道を回っている。中央にある3つの惑星（d、e、f）は熱すぎず寒すぎない「ゴールディロックス・ゾーン」に位置している。
トラピスト1の表面温度は2,300度で、太陽（5,500度）よりもはるかに低い。しかし、7つの惑星がすべて星から1,000万km以内の近距離にあるため、惑星の表面温度は0〜100度の範囲と推定される。これは液体の水が存在できる可能性を示唆している。
そのため、地球外生命体を探す科学者たちは早くからこれらの惑星に注目し、地上と宇宙の望遠鏡を使って実態を追跡している。例えば、中国の科学者たちは2024年10月、貴州省にある世界最大の直径500メートル電波望遠鏡（FAST）天眼を使って、トラピスト1惑星系から人工的に生成された電波が検出されるか観測を試みた。最近プレプリントサーバーに発表された論文によると、5回の観測で信頼できるデータは得られなかった。しかし、この研究はトラピスト1惑星系に対する科学者たちの高い関心を反映している。
熱すぎず寒すぎない条件を備える
最も強力な赤外線観測能力を持つジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）も観測活動初年の2022年からこの惑星系の観測を開始した。しかし、これまでの観測結果は期待外れだった。2023年に発表された初期観測結果では、7つの惑星のうち最も内側にある2つの惑星（トラピスト1bとトラピスト1c）には、強力な宇宙放射線から惑星表面を守る大気層がないことが示された。
先月、発表されたトラピスト1dの観測結果も期待を裏切った。惑星に反射して屈折した星の光の波長を分析する透過分光法で観測した結果、大気は存在する可能性があるものの、水や二酸化炭素、メタンなど地球の大気と同じ物質は検出されなかった。
次の観測対象は7つの惑星の真ん中に位置するトラピスト1eだった。半径は地球の91%、質量は約77%で、地球と似た大きさと質量を持つ。「ゴールディロックス・ゾーン」にあり、表面に液体の水が存在する可能性がある3つの天体の1つだ。しかし、そのためには惑星に温室効果をもたらす厚い大気が必要となる。
研究チームは2023年6〜10月に近赤外線分光器を使って行った4回の観測データを長期間分析した結果、いくつかの事実を確認し、最近国際学術誌『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に2編の論文として発表した。
原始大気は消失した可能性
これによると、この惑星には木星や土星のように水素ガスが主成分の一次大気（原始大気）は存在しない。研究チームは、星から放出される強力な放射エネルギーと恒星風が水素を吹き飛ばしたと推測している。
研究チームは、だからといって地球のように一次大気を失った後に形成された二次大気がないという証拠はないと述べた。二次大気は一次ガス層を失った後、火山活動などの過程を通じて形成される。ただし、火星と金星の大気の主成分である二酸化炭素は豊富ではないことが示された。
研究チームの興味を引いたのは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が捉えた星の光の波長に凹凸と揺らぎが見られた点だ。研究チームはこれが窒素の痕跡である可能性があると指摘した。大気の存在を示す決定的な証拠は見つからなかったものの、窒素が豊富な大気が存在する可能性があるという。研究チームの一員であるセント・アンドリューズ大学のライアン・マクドナルド教授は「大気モデリングによれば、窒素が豊富な大気とメタンのような分子が存在する可能性のある環境では、データにわずかな凹凸が見られる」と説明した。
年末まで追加観測「2026年が興味深い年になる」
窒素は体積比で地球大気の78%を占める成分だ。化学的に非常に安定した構造を持ち、他の物質と反応しにくいため、大気を安定に保つ役割を果たす。また、生命体を構成するタンパク質と核酸の重要な元素でもある。ただし、生物が利用できる形の化合物に変換される窒素固定という過程が必要となる。太陽系で窒素ガスが主成分の大気を持つ天体としては、土星の最大の衛星であるタイタンがある。
研究チームは年末までに行う15回の追加観測を通じて、この惑星に大気があるか、ある場合はどのような物質で構成されているかを明らかにする計画だ。
NASA系外惑星科学研究所の主任科学者ジェシー・クリスチャンセン氏は「トラピスト1のような赤色矮星は宇宙で最も一般的な種類の星だ」と述べ、「そのため、この惑星に大気があるかどうかが非常に重要だ」と語った。研究チームの一員であるマサチューセッツ工科大学のアナ・グリーデン博士は「大気があれば、星に面した側に液体の海があり、反対側に氷の塊がある可能性がある」と指摘した。
全米天文学大学連合の天文学者ハイディ・ハメル氏は「もしトラピスト1eでも大気が見つからないなら、トラピスト1のような低温の星は生命体にとって最適な環境ではないことを示唆することになる」と述べた。
論文の筆頭著者であるジョンズ・ホプキンス大学のネストール・エスピノザ博士はサイエンティフィック・アメリカンに「現在、半分ほど進行している追加観測の結果は2026年に発表される予定だ」と述べ、「来年はトラピスト1e惑星にとって興味深い年になるだろう」と語った。
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