金星はかつて居住可能だったかもしれない。今や、他の惑星も同様に居住可能かどうかを知る手がかりとなる。

1954年の小説『金星の海』で、SF作家アイザック・アシモフは、隣の惑星である金星に生命に満ちた海と海底都市があると想像した。しかし、金星の厚い雲の下に何が潜んでいるかが明らかになるまで、それほど時間はかからなかった。1960年代から1970年代にかけて、米国とソ連の宇宙船は、金星に二酸化炭素と硫酸の雲に満ちた濃密で有毒な大気があることを発見した。表面の温度は鉛を溶かすほど高く、圧倒的な圧力は地球の深海に見られる圧力に近かった。

これらすべては、金星が生命にとって極めて過酷な環境であることを意味します。それでも、金星は大きさ、構成、位置が地球の天体と非常に似ているため、しばしば地球の双子と呼ばれます。そして、遠い昔には、金星は地球にさらに似ていた可能性があり、科学者たちは現在、金星にはかつて海があり、気候はより穏やかだった可能性があると考えています。

「人々は、この2つの惑星がどれほど似ているかをあまり理解していません」とNASAジェット推進研究所の地球物理学者スザンヌ・スムレカー氏は言う。「火星についてはよく耳にしますし、確かに現在、火星の表面温度は地球と似ています。しかし、おそらく進化のほとんどの期間、金星は地球にかなり似ていたのでしょう。」

こうした類似点があるにもかかわらず、米国が金星に探査機を送ってからほぼ30年が経っている。スムレカー氏と金星研究者仲間は、そろそろ再訪すべき時だと考えている。金星は地球の歴史、惑星が居住可能になるために必要な条件、そして太陽系の外で発見されている遠方の惑星にそれらの条件があるかどうかなどについて、解明の糸口を与えてくれると彼らは主張している。

「宇宙の生命を理解するための探求には、地球だけでなく、地球の双子である太陽系も関わってくる」と、カリフォルニア大学リバーサイド校の惑星天体物理学者スティーブン・ケイン氏は言う。

まったく違う世界

数十億年前、金星と地球は比較的近い場所で似たような物質から形成されました。

地球はその後、生命を宿すのにふさわしい湿潤で温暖な世界となった。「生命が誕生するには、気候の安定を実現する手段が本当に必要です」とNASAゴダード宇宙研究所の物理学者マイケル・ウェイ氏は言う。地球では、大気中の炭素を循環させるプレートテクトニクスによって、安定した気候が実現している。火山が噴火すると、地球内部から二酸化炭素が噴出する。この温室効果ガスが熱を閉じ込め、地球を生命を維持できるほど暖かく保つ。二酸化炭素が蓄積すれば、金星のような温室になってしまう。しかし、地球は二酸化炭素が雨水に溶けて海に流れ込み、海底の石灰岩などの炭酸塩岩の形成に使われることで、二酸化炭素をゆっくりと回収している。地球の外殻の破片が移動して擦り合わされると、炭素がマントルに戻ってくる。

言い換えれば、プレートテクトニクスが地球のサーモスタットを動かしているのです。地球の不安定な地殻は、生物が生きていくために必要なリンなどの他の栄養素もリサイクルしています。「地球の表面は、プレートが互いの下で動くことで絶えず補給されています」とケイン氏は言います。「一方、金星は基本的にプレートが 1 つしかありません。」

現在の金星にはプレートテクトニクスはないが、その初期の歴史は地球に似た動きをしていた可能性がある。「地球は少なくとも過去35億年から40億年の間、比較的温暖な気候条件を維持することに驚くほど成功してきました」とウェイ氏は言う。2つの惑星は多くの点で似ているため、金星にもかつては安定した気候と海があった可能性があることを示唆しているとウェイ氏は言う。

実際、金星には過去に水が存在した証拠がある。1978年に打ち上げられたアメリカの探査機パイオニア・ビーナスは、重水素とも呼ばれる水素の一種である重水素を測定した。地球では、この同位体は普通の水素よりもずっと少ない。しかし金星では、重水素は普通の水素に比べてそれほど珍しくなく、このことは、この元素の軽いバージョンが大量に消失したことを示す。「これらの数値に大きな差が見られれば、基本的に何かが金星から逃げ出したこと、そしてその何かが水であることがわかります」とウェイ氏は言う。

もう一つの手がかりは、欧州宇宙機関が2005年に打ち上げた探査機「ビーナス・エクスプレス」が、金星の大気から逃げる水素の量が酸素の2倍であることを測定したときに得られた。これは、これらの元素がかつて結合して水になっていたことを示唆している。

金星の表面に実際にどれだけの水があったかは明らかではない。表面全体で数ヤードの深さから数百ヤード以上の深さまで、さまざまな場所にあった可能性があるとウェイ氏は言う。太古の金星がどのような状態だったかを解明するため、ウェイ氏と同僚らは一連のコンピューターモデルを使用して金星の大気をシミュレートした。その結果、金星には数十億年、約7億1500万年前まで、浅い海と現在の地球に近い表面温度があった可能性があると報告された。

金星は地球よりもゆっくりと自転しており、それが居住に適した惑星にしていた可能性もある。金星の昼は非常に長いため、太陽は一度に何ヶ月もの間、金星の一部を温める。その時点で、「暖かい空気がかなり勢いよく上昇し、太陽の光をほとんど遮る惑星規模の雲を作り出す」とウェイ氏は言う。「基本的に、それがシールドとなり、本質的に加熱しすぎたり、海水を沸騰させたりすることなく、親星に近づくことができる」。この雲は激しい雨を降らせるが、雨は太陽に直接面したエリアに集中するだろう。

しかしある時点で、金星の運命は地球の運命と異なり、この惑星は「居住不可能な地獄のような場所」になってしまったと、ウェイ氏らは先月arXivに発表した論文で述べている。なぜそうなったのかは明らかではないとウェイ氏は言う。一つの可能​​性として、金星は地球よりも多くの太陽エネルギーを受け取るため、海が蒸発し始めたということが挙げられる。上層大気では、太陽光が水蒸気を酸素と水素に分解し、それが宇宙に逃げていったと考えられる。地殻を弱めて崩壊させる水がなければ、我々が知っているようなプレートテクトニクスは存在しなかっただろう。金星は大気中に水蒸気と二酸化炭素が蓄積するにつれて、ますます暑くなっていったはずだ。

「暴走温室効果を経験し、現在そこに閉じ込められている」とケイン氏は言う。「炭素はすべて大気中に存在し、液体の水の海がないため、炭素を蓄える場所がないのだ。」

地球人よ、気をつけろ

灼熱の有毒な場所となった金星は、実は私たちに地球の歴史を垣間見せてくれるのです。

1990年代にマゼラン探査機が金星を周回した際、金星表面のレーダー画像を撮影し、山脈が浮かび上がった。これらの地形は、地球上で地殻の破片がその下にあるマントルの緩慢な撹拌によって揺さぶられてできた山や冷えた溶岩の平原に似ていると、科学者らは12月にニューオーリンズで開かれたアメリカ地球物理学連合の会議で報告した。同様の力が金星でも働いている可能性がある。金星の強烈な熱によって地殻が十分に暖められ、6～9マイルほどの深さで小さな破片がマントルからわずかに剥がれる可能性がある。金星の山々を囲む平原の一部は変形しており、地殻の塊がごく最近まで動いていた可能性があることを示唆している。

これは本格的なプレートテクトニクスではないが、その過程の第一歩となるかもしれない。地球上で数十億年前にプレートテクトニクスがどのように始まったのかについての記録はほとんど残っていないため、金星の最近の活動がいくつかの手がかりを与えてくれるかもしれないとスムレカー氏は言う。

金星は、現代の地球を理解する上でも役立つと彼女は言う。1970年代、ヘアスプレーやエアコンなどの製品に使われる化学物質であるクロロフルオロカーボンがオゾン層を脅かすという発見の鍵となったのは金星だった。ハーバード大学とMITの研究者は、金星の大気のコンピューターモデルを作成中に、塩素がオゾンなどの酸素化合物を分解するのに非常に優れていることを発見した。ほどなくして、カリフォルニア大学アーバイン校の別のグループが、私たちが大気中に放出している余分な塩素が地球上でも同じことをしているかもしれないと気づいた。

金星は、私たちの未来を予見するものでもあります。時間の経過とともに、恒星の明るさは増します。つまり、その軌道上の惑星はより多くの太陽エネルギーを浴びることになります。液体の水と地球のような大気を持つ惑星にとって、それは金星への片道切符を意味します。「惑星の大気を一度破壊すると、元に戻すのはほぼ不可能です」とケイン氏は言います。「金星は、すべての大気の進化の最終的な結果である可能性があります。」

実際、地球が最終的に金星の軌道をたどるのは「避けられないように思える」と彼は言う。「地球は現時点で微妙なバランスを保っていますが、それは永遠に続くものではありません。」

ジキル博士かハイド博士か？

太陽系外の惑星の発見はどんどん進んでおり、地球くらいの大きさの惑星も発見できるようになっています。しかし、これらの惑星の土壌や大気を調べて、生命が存在できるかどうかを調べることはできません。「私たちが研究している他の恒星の周りの惑星は、少なくとも今後数百年は、私たちが決して行くことのできない惑星です」とケイン氏は言います。「金星は私たちにとって大きな警告です。なぜなら、もし太陽系に金星がなかったら、他の恒星の周りで地球くらいの大きさの惑星を発見し、それが居住可能だと決めつけることに、私たちはもっと無頓着になっていたかもしれません。」

むしろ、遠くから見ると同じように見える2つの世界が、実は岩石惑星のジキル博士とハイド氏である可能性があると私たちは認識しています。「新しい惑星を発見するとき、比較できる唯一の基準は私たちの太陽系の惑星です」とNASAゴダード宇宙飛行センターの惑星火山学者ロリ・グレイズ氏は言います。「太陽系外の金星と太陽系外の地球を区別できることは、探査を進める上で非常に重要になります。」

金星が太陽に近いことが、地球と大きく異なる結果となった主な理由である可能性もある。しかし、金星には強い磁場がないなど、他のより微妙な力も働いている可能性がある。「他の恒星の周りで見つかる惑星の中に邪悪な金星が隠れている可能性があるので、これらを考慮する必要があります」とケイン氏は言う。一方、金星の遅い自転速度がかつて居住可能な環境を維持するのに役立っていたとしたら、太陽系外惑星の自転速度も測定するのは理にかなっているだろう。

「私たちの太陽系には、宇宙の大きな偶然があります。太陽系内では大きさが似ていて隣接しているにもかかわらず、居住可能性という点では正反対の極にある惑星が 2 つあるのです」とスムレカー氏は言う。「惑星が居住可能になる条件を本当に理解したいのであれば、金星と地球がなぜこれほど違うのか、というのが本当に大きな疑問です」

訪問の計画

金星は私たちに最も近い隣人ですが、金星については知らないことがたくさんあります。

マゼランやビーナス・エクスプレスなどの探査機が表面のレーダー画像や赤外線画像を撮影しているが、金星は厚い雲に覆われているため観測が難しい。それらの画像から別の課題が明らかになった。金星の表面にはクレーターがあまりなく、傷がつくほど長い間存在していなかったことを示している。「過去10億年、あるいはもっと短い期間で、金星の表面は完全に作り変えられてきた」とスムレカー氏は言う。おそらくこの惑星にはプレートテクトニクスがないため、地殻の下で定期的に熱が蓄積し、表面が溶けてしまう。このため、太古の昔に金星の表面がどのような様子だったかを示す証拠の多くは消えてしまった。

さらに、金星の極限環境は、着陸機が到着すると数時間以内に破壊してしまうという事実もある。「探査機を送るには非常に厳しい場所です。費用もかかるし、リスクも伴います」とウェイ氏は言う。「火星ならはるかに扱いやすいのです」

つまり、金星の資金確保は赤い惑星の資金確保より難しいということだ。「成功は成功を生む」とスムレカー氏は言う。「火星でエキサイティングな発見をしたら、それをさらに追求したくなる。金星へのミッションが始まってから長い時間が経っているので、そのハードルを乗り越えるのは困難だ」

それでもグレイズ氏は、「金星探査を支持する声がかなり高まっています」と言う。日本の宇宙機関 JAXA が打ち上げた探査機「あかつき」は現在、金星の気候に関する情報を集めている。また昨年、NASA の科学者らは、探査機を金星の大気圏に直接送り込む 2 つのミッションを提案した。NASA はどちらもニュー フロンティア プログラムの推進対象に選ばなかったが、スムレカー氏、グレイズ氏、そして同僚たちはひるんでいない。

スムレカー氏は、現在の金星の活動を調べる金星起源探査機（VOX）のミッションを率いる予定だった。探査機は金星の表面を地図化し、探査機は大気中のガスを採取する。スムレカー氏と同僚が調査するはずだった疑問の1つは、金星のクレーターが溶岩流に埋もれているかどうかで、これは最近の地質活動の兆候となる。また、溶岩流が大気にさらされたときに形成される新しい鉱物の薄い層など、活発な火山活動の化学的特徴も探る予定だった。

グレイズ氏が率いるもう一つのミッション、金星原位置組成調査（VICI）は、将来の競争に向けて技術を磨くための資金を獲得した。このミッションでは、2機の着陸機を送り、金星の他の部分よりも古い高原台地を訪問する予定だった。これらの地形は、海洋地殻とは異なる種類の岩石でできた地球の大陸に似ているかもしれない。VICIはこれらの岩石にレーザーを照射して少量の物質を蒸発させ、生成したプラズマと蒸発していない岩石の両方に含まれる鉱物を計測するはずだった。金星の高原の組成が他の部分と異なる場合、その形成には水が関与していた可能性がある。

滞在中、探査機はクリプトンやキセノンなどのガスも測定する。「惑星形成時に大気中に放出されたガスは、変化させたり除去したりするのが非常に難しい」とグレイズ氏は言う。「それらは小さな大気の化石のようにそこに残り、金星の大気の元々の構成に何が含まれていたかを教えてくれる」

彼女と同僚たちは実物大の試作着陸船を製作し、地球上で着陸能力をテストした。この着陸船は幅が約14フィートで、転倒し​​にくいように蜘蛛の足のようなずんぐりとした形の安定装置を備えている。

グレイズ氏と彼女のチームは、金星の恐ろしい状況にも動じない。「私たちは、金星の表面よりもはるかに高い圧力がかかる海の奥深くに探査機を送り込みます」と彼女は言う。そして、このミッションの重要な測定のほとんどは2時間以内に行えるため、金星の灼熱で探査機の電子機器が溶ける頃には、探査機の電子機器は役目を終えている可能性が高い。

「金星の探査は確かに難しいが、40年前には行われていなかったわけではない」とスムレカー氏は言う。前世紀のベネラ、ベガ、パイオニア金星探査ミッション以来、金星の有毒な空に探査機を送り込んでいない。しかし、はるか遠くで発見されている太陽系外惑星で何が期待できるかを知るには、隣国にもう一度行く必要がある。「金星に戻ることは極めて重要だ」とグレイズ氏は言う。