あまり大きな岩石惑星には生命が誕生し難い？

地球の半分の直径で質量10％の火星は大気が1％しかなく、
地球の倍の直径は質量が10倍近くなり重力も倍近くなる
と聞き及びますが、相当大気が濃くなりうるのでしょうか？

もし地表まで光があまり届かなかったら、
大型の生命が誕生し生きて行けるだけの食料は
得続けられるでしょうか？

大気が濃くなる場合、温室効果ガスの量が増えたりと
気温は高くなりうるのでしょうか？

そもそも大きな岩石惑星は恒星からそれなりに遠くないと
発生しないなんてお話も聞きますが、
そういうものなのでしょうか？

No.6 回答者： TANUKIA 回答日時： 2014/07/22 17:37

>相当大気が濃くなりうるのでしょうか？

実際の大気がどうなるかは分かりません。
金星は地球より小さいですが、100気圧近くあります。
(また、地球が標準的なのか、または偏っている珍しい環境なのかはわかりません)


>大型の生命が誕生し生きて行けるだけの食料は 得続けられるでしょうか？
科学と化学と生物はそれぞれ違います。
地球型の生命も、自分の重量に対してどの程度の食料が必要かと言われると、
それぞれ100倍以上違ったりします。
また「食料」がなくても生命は成立します。


>大気が濃くなる場合、温室効果ガスの量が増えたりと 気温は高くなりうるのでしょうか？
高くなります。
Wikipediaにそれぞれ化学物質の特性が書かれてますので、
あとは中学校程度の数学が出来れば (正確な答えは出ませんが) 計算することができます。



あと質問には直接ありませんが、
生命誕生のどうこうは、炭素と水の関係が大事で、
炭素はどこでもあるものとして、あとは水が液体で存在出来る温度と圧力環境がまず最初に一番大事です。
従って地球とはかけ離れていても現段階では問題ないと考えるほうが (生物学の観点からすると) 自然です。


炭素について簡単に説明すると、大量の種類の化合物を作り、形状を変化させます。
自然に存在しているもので最も柔らかい部類の物質も、最も固い部類の物質も炭素です。
地球の生命も炭素の塊です。
鉄などのほかの元素では無理です。

その炭素を丁度良く溶かすのが水です。
彩り豊かな変化をするためにはある程度溶けないとダメだし、
逆に溶けすぎて液体になってもダメだし、
それをちょうどよくやってくれるのが水のみです。
アンモニアなども良い具合に炭素を溶かすと言われますが、それでも生成される化合物の種類に20倍くらい違いがあります。

従って液体の水が存在すれば良いわけで、圧力がかかればその時の気温は300度でも400度でも良いわけです。
炭素はどこにでもあります。


またハビタブルゾーンと言うのは流行語のごとく流行っていますが、
気にするような単語ではありません。

この回答へのお礼

＞「食料」がなくても生命は成立します。
そうなのですか。知りませんでした。

＞自然に存在しているもので最も柔らかい部類
＞の物質も、最も固い部類の物質も炭素です。
＞地球の生命も炭素の塊です。
生命は炭素でできているとはよく聞きましたが、
それほど鍵になるようなものだったのですね。

丁寧で興味深いご回答ありがとうございました。

お礼日時：2014/07/24 17:52

No.5 回答者： iapetus 回答日時： 2014/07/18 02:56

> 相当大気が濃くなりうるのでしょうか？

　地球を含め、大気を持つ星に、その大気を接ぎ留めているのは、その星の重力です。
　当然ながら、重力が大きければ、その星からの脱出速度が大きくなるのですから、大気を組成する分子などが惑星の重力を振り切って逃げてしまう確率は非常に低くなります。
　我々の地球に大気があり、地球が従えている最も近い天体である月に大気が無い理由の大半は、それが原因です。
　月の脱出速度は、概ね2.4km/sで、地球のそれは8.9km/sです。
　常温における空気を構成する分子の熱運動速度は、500m/s前後ですが、ある偶然で複数の分子と同時に衝突し、月の脱出速度を超える分子があるとすれば、長い時間を掛けて月は大気を失っていったと考えられるのです。

　しかし、一方で土星の衛星タイタンには、月より少し小さい重力しかないのに、1.5気圧程度の大気圧があり、単位地表面積当りの大気量は、地球の10倍にもなります。
　カッシーニ探査機が捕えたタイタンの映像では、大気の不透明度も影響しているのでしょうけど、地表のディテールがボヤけて見えるほど、厚い大気があるように見えます。

　結論としては、重い星ほど多くの大気を獲得できる可能性はやはり高いと言えるでしょうけど、条件次第では、タイタン程の軽い星でも、たくさんの大気が持てる可能性は有り得ます。

>大型の生命が誕生し生きて行けるだけの食料は得続けられるでしょうか？

　これも、その星が持つ組成から、消費できるだけの有機物が得られるかどうかでしょう。
　これについては、星系毎の、或いは星個別ごとの要件が不確定すぎて、回答がし辛いかと思います。
　他の方の意見を私も参考にします。
　また、結局、地球では体を大きくし過ぎた生物は、巨大隕石の激突による地球規模の環境変化に耐え切れず大半が死に、体を維持するのに絶対エネルギー量の小さい哺乳類が生き残ったことを考えると、大型生物は環境の変化に脆弱なことだけは確かでしょう。
　そうなると、生命が生き残れるかどうかは、食料の量だけが要因ではないことになります。

> 気温は高くなりうるのでしょうか？

　大気の絶対量と言うよりも、その大気全体における、温室効果ガスの組成比率が高いかどうか、が問題です。
　金星の地表温度が、それよりずっと太陽に近い彗星よりも高いのは、分厚い大気を以て保温効果が他より高いという要因もあるでしょうけど、金星の大気の主成分が二酸化炭素であることが、金星大気が高温である主な理由です。
　温室効果は、二酸化炭素を1とすると、メタンは31倍もあり、メタンが多い大気は熱を逃がしにくいのです。

　但し、かつて太陽系のハビタブルゾーンは非常に狭いと言われていましたが、嫌気性細菌（酸素が毒である微生物）というものがある事実や、他の方が指摘された熱水鉱床のエネルギーの恩恵で生きる生物など、生命維持の方法は比較的多様らしいことも判ってきました。
　生命は、何も地球でポピュラーなタイプばかりではなく、一般にはリンを用いているはずの内臓組織が、代わりに周期表のひとつ下のヒ素を使うといった生命が発見されたことで、生物の環境変化能力はまだまだ未知数であることも判ったのです。
　それ故、エウロパの地下大洋や、最近、ホイヘンス探査により大気循環を示す海や川が確認された低温世界のタイタンですら、ハビタブルゾーンの候補に祭り上げられ、その確認も、半世紀程度のうちに行われることでしょう。

> そもそも大きな岩石惑星は恒星からそれなりに遠くないと発生しない

　これも、観測技術の進歩により、系外惑星が次々に発見されるにつれて、内惑星は大型且つガス惑星であり、岩石惑星は外側に存在する傾向が一般的で、我が太陽系の方がユニークであることが次第に判ってきました。
　つまり、原始太陽系は、太陽のまるで渦巻き銀河のように、シンバルを二つ合わせたような、中心にバルジという星間物質が集まって膨らんで濃くなった部分を持った形状で太陽を周回していたので、本来なら太陽に近い程、大きなガス惑星が出来たはずなのです。
そうならなかった理由は未だに判っていないものの、原始太陽系の中ほどを、をある程度の質量を持った「はぐれ星」が通り抜け、その重力で惑星の材料を引きつけ、舟形に引き延ばしたため、両端に小さな岩石惑星が出来、中心に大きなガス惑星が並んだ、という説があります（その説が提唱された当時は、冥王星は惑星だった）。

この回答へのお礼

タイタンはそんなに濃い大気を持っているのですね。

＞巨大隕石の激突による地球規模の環境変化に耐え
＞切れず大半が死に、体を維持するのに絶対エネル
＞ギー量の小さい哺乳類が生き残ったことを考える
＞と、大型生物は環境の変化に脆弱なことだけは確
＞かでしょう。
何度も大絶滅を乗り越えて今があるんですよね。

＞ヒ素を使うといった生命が発見
そうした発見で可能性がどんどん変わるのですね。
地球の外でも新たな可能性が見つかる事も
あるんでしょうかね。

＞我が太陽系の方がユニーク
＞であることが次第に判ってきました。
そうなのですね。少し聞いた事があったような。
太陽風、はぐれ星。
成り立ちに色々な説があるんですね。

興味深いご回答ありがとうございました。

お礼日時：2014/07/24 18:04

No.4 回答者： manno1966 回答日時： 2014/07/17 11:41

> 相当大気が濃くなりうるのでしょうか？

そうですね。
概ね２気圧ぐらいになるでしょう。

生物は、深海１０００メートル。
１００気圧程度でも普通に生息していますから、誤差の範囲と言える程度の違いでしょう。

> 地表まで光があまり届かなかったら、
大気中の放電現象や、大気中の物質への紫外線等が生物の発生には重要と思われているので、あまり関係ないでしょう。
葉緑素を持ち、太陽光を必要とするようになるのは、それなりに生物が繁栄した後の話です。

また、葉緑素をもつ生物が多くなったのは、それが利用しやすいエネルギーだったからですね。
他に有用なエネルギーが有れば、それを利用するような進化を遂げるでしょう。
地球の生物が太陽光を使うように進化したように、他のエネルギーを使うように進化する可能性は否定できないでしょう。

> 温室効果ガスの量が増えたりと気温は高くなりうるのでしょうか？
生命発生時は、現在の大気組成と大きく異なり、酸素分子はほとんど無かったと思われています。
ほとんどは二酸化炭素となっていて、その後数億年かけて、生物が二酸化炭素を酸素にしていったのですね。
ちなみに、酸素が無い時代に繁栄していた生物は、酸素の増加で絶滅の危機となり、一部を除いて絶滅したようです。
人間の細胞も、酸素を利用するミトコンドリア(仮称)と言う生物を細胞内に取り込むことによりこの絶滅を切り抜けた細胞の末裔ですね。
だから、ミトコンドリアには独自のDNAが有る。

この回答へのお礼

金星の生命が絶望的と言われているのは
気圧や光より温度での話だったのでしょうかね…。

宇宙には色々な生き物、生態系が存在しうるんですね。
ご回答ありがとうございました。

お礼日時：2014/07/17 16:40

No.3 回答者： psytex 回答日時： 2014/07/17 09:00

超高温・高圧の深海の熱水鉱床には、噴出する

硫化物を食料とする生態系が成立しています。
それは、地球ができたてで、高温で火山活動が
活発でガスと霧に包まれていた頃の地球に、
最初に表れた生態系だと考えられています。

その後、46億年前に形成された地球が、冷めて
霧が晴れてから、光合成するシアノバクテリアが
生まれ、酸素を発生させて海中の鉄分が酸化・
沈殿して、36億年前の縞状鉱床を形成しました。
（それ以前に、活発な火山活動による硫化物を
エネルギー源としたバクテリアの生態系が存在
したと考えられる。今は深海に残るのみだが）

この回答へのお礼

地球の今の生態系とは違う生態系も
大いにありえるんですね。
興味が湧きます。

ご回答ありがとうございます。

お礼日時：2014/07/17 16:37

No.2 回答者： satoumasaru 回答日時： 2014/07/16 17:29

初めまして、

現在、系外惑星については探索の緒についたところですのでまだまだ不明な点が
おおいですね。

＞相当大気が濃くなりうるのでしょうか？

濃くなる可能性が高いでしょう。ただ惑星形成当時にその周辺のガスがどのような
ものであるのかによっても差があるでしょう。たしかに火星は地球の大気に比べて
１％程度しかありませんが、金星は地球とほぼ同じなのに大気は遙かに多くまとっ
っています。

＞もし地表まで光があまり届かなかったら、大型の生命が誕生し生きて行けるだ
＞けの食料は得続けられるでしょうか？

これは考える必要はないかと思いますよ。というのはかなり深いところまで恒星の
光は通るからです。たとえば金星は地球の９０倍の大気圧でしたが、地上の様子を
旧ソ連の探査機が送ってきています。写真が撮影できるぐらいの明るさはあるんで
す。それに生命は誕生当時は光合成をしていなかったと考えられています。

＞大気が濃くなる場合、温室効果ガスの量が増えたりと
＞気温は高くなりうるのでしょうか？

大気の組成次第でしょう。二酸化炭素やメタンガスが増えれば当然気温は高くなり
ます。現在の地球と同じような成分だとあまり変わりはないでしょう。

＞そもそも大きな岩石惑星は恒星からそれなりに遠くないと
＞発生しないなんてお話も聞きますが、そういうものなのでしょうか？

現在の太陽系形成理論では、原始太陽が猛烈な太陽風をだしたため、太陽に近い惑
星は岩石惑星になったといわれていますね。ですのでその理屈で言えば大きな岩石
質惑星は恒星にある程度近くでないと誕生しないことになります。

ですので、地球が本来巨大ガス惑星になる云々というのも聞いたことがありません
し、また恒星から遠いほど大きな岩石質惑星があるというのも聞いたことがありま
せん。恒星から遠ければ、誕生当時にあったガス雲（そのほとんどが水素とヘリウ
ム）を引き寄せますので、木星型ガス惑星になります。木星だって核には岩石質だ
といわれていますよ。

あと若干補足します。変光星の場合にガスが吹き飛ばされて岩石質惑星が誕生する
云々というのは寡聞にして聞いたことがありません。
また、ハビタブルゾーンに存在する岩石質惑星は既に発見されています。

系外惑星探査のケプラーは数千という系外惑星候補を発見しました。今後これらの
候補の研究が進むことにより、もっともっとも今後いろいろわかってくるでしょう。
今、考えられている理論がまた修正されることもありうるでしょう。

今後の研究の進展が楽しみですね。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
聞いた話が色々違っていたりするようです。
研究が進めば色々な事実が塗り固められて行くんですね。

ありがとうございました。

お礼日時：2014/07/24 17:48

No.1 回答者： SPROCKETER 回答日時： 2014/07/16 15:54

　地球型の岩石質惑星は比重が大きいので重く、質量が１０倍になっても、大きさが２倍になるわけではなく、岩石の重さで密度が高くなるので、地球よりも少し大きい程度にしかならないようです。

当然、表面重力は地球よりも大きなものになるでしょう。

　大気圏があるか無いかは、惑星が公転している恒星によって異なります。変光星の場合は、地球よりも大きな惑星でもガスが吹き飛ばされて失われ、惑星表面が真空になっている例もあるようです。

　岩石質の惑星は恒星に近い方が数が多く、地球のように恒星から遠くなると、氷やガスが多くなって木星型惑星になるようです。ハビタブルゾーンに木星型の巨大ガス惑星が多いのは、ガスや氷が多い領域である為のようで、地球も本来は巨大ガス惑星であるはずなのですが。

　地球の数倍の大きさがある岩石質惑星は、岩石だけで出来ているのではなく、表面を厚さ数千キロに達する氷が覆っている可能性があるようです。恒星から遠いほど大きな岩石質惑星があるのは、それが原因かもしれません。

　太陽系の場合は氷がほぼ完全に失われた岩石質惑星が残ったようで、原因に関してはわかっていません。類似した惑星系がありますが、その場合は巨大ガス惑星が存在せず、岩石質惑星が小さいものから大きいものに単純に並んでいるだけの惑星系です。

　太陽系を考えてみると、地球に近づくほど異常な天体が多いようです。木星以遠はどこにでもある平凡な巨大ガス惑星ばかりですが、火星は氷が少な過ぎますし、月は衛星にしては大き過ぎますし、地球は太陽系で唯一、水の海がある惑星です。

　惑星が多い惑星系はほとんどが変光星なのですが、太陽は変光星ではありませんし、自転軸が倒れていないなど、異変が多いのが太陽系です。

　火星軌道以内の惑星と太陽、木星以遠の巨大ガス惑星を別の惑星系だと考えると、説明出来る事が多いようです。

　地球型惑星が地球ぐらいの軌道を公転している惑星系がありますが、地球型惑星だけで、巨大ガス惑星がありません。こういう場所に生命や文明があっても、地球型惑星しか知らずに終わってしまう可能性が高いでしょう。

　それに比べると、太陽系は全ての大きさの惑星が揃っている惑星系で、宇宙船があれば探査飛行が出来る距離に存在し、着陸出来る惑星や衛星が多いなど、他の惑星系とはずいぶん違うようです。

　巨大ガス惑星はスイングバイなどで宇宙飛行に利用出来るのがわかっていますが、太陽系というのは宇宙文明を最初から想定して出来上がっているような印象を受けますね。

この回答へのお礼

＞地球よりも大きな惑星でもガスが吹き飛ばされて失われ、
＞惑星表面が真空になっている例もあるようです。
そういうものもあるのですね。

色々なお話ありがとうございました。
知らない事を色々知れて少し違った興味も湧きました。

ご回答ありがとうございます。

お礼日時：2014/07/17 16:34