6_201 ターミネーター・ゾーン 3：否定的意見

　ターミネーター・ゾーンのハビタブルゾーンには、否定的意見もあります。M型星も長期的には変化していくので、惑星の環境も変化していきます。やがて、ハビタブルゾーンが消えるというものです。

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　多数存在するM型星で、潮汐ロックされた惑星には、ターミネーター・ゾーンがハビタブルゾーンになるのではないかという考えを、前回紹介しました。特殊なM型星ですが、そこにも利点もありました。しかし、否定的な意見もあります。それを紹介していきましょう。
　長寿命のM型星ですが、変化していきます。恒星は水素がヘリウムになるという核融合で輝いています。時間経過とともに、恒星内での核融合の効率が上がっていきます。その結果、明るさが増大していきます。
　周辺の惑星、特に近い軌道を巡る惑星は、大きな影響を受けます。明るくなるにしたがって、ターミネーター・ゾーンの暖かくなり、海からの蒸発も多くなっていきます。大気中の水蒸気が多くなると、温室効果が激しくなり、やがて暴走して（暴走温暖化と呼びます）、灼熱の惑星へとなっていくだろう。こんな可能性が指摘されています。
　ところが、別のシミュレーションでは、逆の結果もえられています。恒星が明るくなると、惑星の海が蒸発していき、水蒸気が大気圏外に逃げ出したり、夜の領域に入ってものは、雪となり凍結してしまったりす可能性がでてきました。ターミネーター・ゾーンに存在していた水が、だんだんとなくなっていきます。やがて、ターミネーター・ゾーンも乾燥し、生命が誕生できず、存続もできないという指摘です。
　いずれのシミュレーションに向かうとしても、これまで考えられていた、ターミネーター・ゾーンという安定した領域は、継続できないのではということになってきました。
　このような相反する推定がでてきたということは、詳細なシミュレーションをしてみる必要があります。そこで、カリフォルニア大学アーバイン校のロボさんらは、潮汐ロックされたさまざまな条件でシミュレーションをしました。その結果を、2023年3月に天文学雑誌（The Astrophysical Journal）に報告しました。そのタイトルは、
　Terminator Habitability: The Case for Limited Water Availability on M-dwarf Planets
（ターミネーターゾーンでのハビタブルゾーンの可能性：M型赤色矮星の惑星において水が限られた条件での存在する可能なケース）
というものです。タイトの日本語訳はかなり意訳になっています。
　つまり、限定された条件になりそうですが、水が存在できるハビタブルゾーンができそうだという報告になります。その詳細は次回としましょう。

・最初の野外調査・
このエッセイは、予約配信となります。
ちょうどこの時期、野外調査にでかけています。
最初なので、近場として、しまなみ海道を利用して、
広島に渡り、主には島々を調査する予定です。
しまなに海道ははじめてなのと、
借りた車で自動車を走るのもはじめてなので
少々緊張するかもしれませんが、
なんとか無事に調査が
終わればと思っています。

・ゴールデンウィーク・
週末からゴールデンウィークになります。
土日のあと中に二日間、平日を挟んでいますが、
そのあと、4連休となります。
2日間、休みをとれば、9連休になります。
各地で混雑が予想されるので、
あまり動き回らないでいようと考えています。
日常の通りに、執務室で
研究に専念したいと考えています。

6_200 ターミネーター・ゾーン 2：M型の赤色矮星

　多数存在する赤色矮星は、あまり系外惑星の探査の対象にはされていませんでした。この恒星の惑星にあるターミネーター・ゾーンは、安定して存在します。そこには、ハビタブルゾーンができていそうです。

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　太陽は、G2V型（スペクトル型という分類）というもので、多くの恒星のありふれたものです。そこには、ハビタブルゾーンに惑星（地球）があり、生命がいる天体となっています。しかし、私たちの太陽以外の恒星で、G2V型に限定すると、恒星の数は多くても系外惑星はそれほどは見つかっていません。
　生命誕生の条件はまだ不明ですが、生命が誕生するには、多数の天体で試行錯誤が必要かもしれません。もし多数の天体に生命が存在するのであれば、生命の痕跡（例えば、酸素の多い大気が見つかるなど）が観測できるかもしれません。そこには至っていませんが。もし、少数の天体にしか、生命が誕生していかなければ、見つけることができないかもしれません。
　現在、太陽系近隣の恒星で、通常の恒星（主系列星と呼ばれています）をターゲットにして、探査が進められています。発見されているハビタブルゾーンをもった系外惑星が少ないため、生命誕生の可能性は多くなさそうです。
　生命誕生の条件として、惑星内のどこかに、局所的にでも海が恒常的に存在すればいいと考えていけば、可能性が上がってきます。そのような場として、今までターゲットとしてきたものより、もっとたくさんある恒星であれば、惑星の存在確率も多くなるはずです。問題は、多数存在する恒星の惑星に、ハビタブルゾーンに存在するかどうかです。
　まず、恒星として、主系列星ではないのですが、多数存在する赤色矮星と呼ばれるもの（M型星）があります。太陽よりずっと小さいのですが、数は多くあります。軽くて暗い恒星なのですが、恒星の3/4がこのタイプだと考えられています。
　M型星は暗い恒星なので、惑星でのハビタブルゾーンも恒星に近くなってきます。恒星が暗いため放射も少なく、惑星の表層を擾乱させることもなく、海が安定に存在しやくすくなります。近くを巡る惑星は、潮汐ロックが起こり、自転と公転が一致します。これは地球と月の関係で起こっているもので、月は常に同じ表面を地球の方に向けることになります。そこに「ターミネーター・ゾーン」ができます。
　潮汐ロックされた惑星のターミネーター・ゾーンは、明暗境界線とも呼ばれているのですが、朝と夕方の領域です。潮汐ロックされた惑星では、昼の地表が暑く、夜が寒くても、ターミネーター・ゾーンでは中間的な条件のところができます。ターミネーター・ゾーンは、常に同じ位置に存在し、そこに海ができるハビタブルゾーンとなります。
　M型星の惑星は質量が小さく、暗いので、主系列星よりずっと長寿となります。そのため、長く安定した条件が継続することになり、生命誕生の試行錯誤も長期にわたってできます。恒星の数も多いので、このターミネーター・ゾーンが、生命誕生の可能性として注目されています。
　しかし、M型星のハビタブルゾーンに関しても、問題点はあります。その内容は、次回としましょう。

・近隣の散策を・
サバティカルの生活も
だんだんと落ち着いてきました。
火曜日と金曜日に、半日、
近隣を散策するようにしています。
近隣地域は、以前に一通り巡っていますが、
家内ははじめてです。
観光や買い物などを兼ねて
あちこちを周っています。
再訪すれば、それなりに知らないこと、
新しいことも見つかります。

・温水プール・
これまで通勤で、往復7kmを歩くだけが
運動だったので筋肉が衰えてきました。
野外調査をしていると
体幹や足腰の衰えを度々感じています。
サバティカルを機会にして、
町内にある温水プールに、
夕方、家内と一緒に通うことにしました。
最初は、少ししか泳げなかったのですが
少しずつ泳ぐ距離も伸ばしています。
そのせいか、夜もすぐに眠りにつけます。
この生活サイクルと続けていければと考えています。

6_199 ターミネーター・ゾーン 1：ハビタブルゾーン

　地球外生命が存在する可能性を考えるとき、稀な天体から探すより、多数の候補から探したほうが、見つかる可能性があるはずです。そんな可能性として、ターミネーター・ゾーンと呼ばれるものがあります。

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　地球外生命については、このエッセイでも、何度か取り上げてきた話題となります。今のところ、地球以外の天体で、生命の存在は確認されていません。ここでいう生命とは、炭素を主体とした有機物からなる地球型です。また、生物と認定でき、さらに検出できるものでなければなりません。もしかすると、地球型生命でないものや、有機物を用いない生命、炭素型でない生命がいても、観測していたとしても、生命とは認識できていないかもしれません。認識でない生命に関して議論してもしかたがないので、私たちがよく知っている生命を考えていきましょう。
　地球外生命を探すときは、遠くの天体が対象になるので、ハビタブルゾーン（Habitable zone）という条件を考えていきます。ハビタブルゾーンとは、地球型生命が生存できる領域に、天体があるかどうかを調べるためのものです。生命居住可能領域とも呼ばれています。
　その条件とは、惑星の表層に液体の水が安定して存在できるかどうかです。表層温度が0℃以上から100℃以下になっている条件のことです。恒星の明るさ（放射量）と惑星の軌道半径（恒星からの距離）によって、一義的に決まってきます。まずは、そこに惑星が存在するかどうかです。
　ハビタブルゾーンにあったとしても、液体の水（海）が存在するためには、惑星に大気が必要です。ただし、巨大ガス惑星になると、表層は水素やヘリウムの大気になり、液体の水が存在できそうにありません。そのため、固体表面をもった小型の岩石惑星（地球型惑星）で薄い大気をもったものでなければなりません。
　太陽系では、地球だけが、その条件を満たしています。過去には、火星も条件を満たしていて海が存在していたのですが、大気が少なくなり、現在では液体の海は消えています。
　太陽系以外で、多数の惑星の発見されきました。系外惑星と呼ばれています。当初は、大きなガス惑星だけが発見されてきましたが、最近では地球型惑星も発見されてきました。その中には、ハビタブルゾーンになりそうな地球型惑星を見つかってきました。しかし、数は多くありません。これでは、生命がいたとしても、見つけることが困難になります。
　生命存在領域が、もっと多くならないでしょうか。そんな可能性として、ターミネーター・ゾーン（Terminator zone　明暗境界線と訳されています）が考えられるようになってきました。次回としましょう。

・研究のルーティン・
サバティカルに来て10日ほど過ぎました。
住む環境が変わったので、
一日の過ごし方としてのルーティンがまだできません。
しかし、心身ともに健全な生活ができつつあります。
また仕事のための環境も、
施設や執務室は整えてもらったのですが
インターネットやパソコンやその周辺設備も
整えるに時間がかかりました。
ハードディスクの電源を間違って持ってきたり、
SDカードリーダが足りなかったり、
パソコンが変わったので、
アプリケーションを入れ直したりと
いろいろセットアップに時間がかかりました。
しかし、少しずつルーティンも整ってきました。

・生活のルーティン・
北海道にいるときよりは通勤距離が短く
30分ほどで付きます。
遅めに出ても、6時過ぎには研究をはじめています。
基本的に土・日曜日も、毎日執務室で仕事をしています。
近隣への観光やイベント、大きな街に買い物など
家内と週に2、3度、出かけるようにしています。
それは平日の昼前後からになります。
曜日ごとに、ルーティンを組んでいきたいのですが、
まだできていません。
家内も新しい環境での生活なので、
いろいろと戸惑っていますが
少しずつ慣れていくしかありません。
半年間、英気を養いながら
研究を深めていこうと考えています。

1_206 天体衝突の頻度は 5：スフェルール

　クレータがなくても、隕石の衝突を調べる別の方法もあります。それは、衝突で飛び散った隕石物質を検出して、調べていく方法です。そこから、新たな衝突の様子が見えてきました。

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　太陽系の惑星形成の時期には、宇宙空間には小惑星や小天体が多数あり、それらが衝突合体していきます。やがて、公転軌道には、大きな天体が成長して、唯一の惑星となっていきます。地球も同じように形成されたました。
　惑星形成後も、初期のころは、まだ小天体の衝突も激しかったと考えられます。地球初期に起こった小天体の衝突の様子を直接しらべることはできません。なぜなら、証拠となる隕石やクレータなどは消えてしまっているからです。衝突の頻度を見積もる方法は、これまでの紹介してきたもの以外にも考えられています。
　隕石が衝突すると、隕石物質が砕けたり融けたりして、周辺に広く飛び散ります。大きな隕石ほど、広域に、時には地球全体に飛び散ります。飛び散って地球にばらまかれた物質のうち、隕石の融けた物質は、大気中を飛んている時、小さな球状のガラスとして固まり、スフェルールと呼ばれる物質になります。
　スフェルールが堆積物としてたまれば、地層に取り込まれます。時代のわかっている地層ごとに、スフェルールの量を調べると、隕石物質の量がわかります。時代ごとに衝突量がわかれば、衝突頻度が推定できます。
　地球の隕石の衝突頻度が、このような考え方で求められていました。モデルにはいろいろなものがあります。米国サウスウエスト研究所のMarchiさんが、2021年の第31回ゴールドシュミット国際会議で、モデルを再検討した結果を報告しました。
　小天体の衝突の頻度（衝突フラックス）に関して、新たなモデルを作成しました。そのモデルに基づいて、地層中のスフェルールの統計データを見直していきました。すると、これまで考えられていた衝突頻度とは異なることがわかってきました。
　新しいモデルでは、これまでの衝突頻度の見積もりと比べて、約35億～25億年前に、最大で10倍にもなることがわかってきました。非常の激しい衝突が予想されました。その頻度は、直径10km程度の隕石にすると、1500万年に一度は衝突していたことになりました。
　もし地球初期の太古代に、そのような激しい隕石の衝突があったとすると、大気や海洋に大きな影響を与えたはずです。また、生命誕生や進化にも影響を与えたことになります。その検討に関しては、今度の課題となるでしょう。

・予約配信・
滞在中のインターネットは、
自宅も執務室も、
期間限定のSIMとルータで接続する予定です。
インターネットとパソコンの接続が
どうなるかは不明なので
トラブルが発生する可能性もあります。
大学では、一応、接続は確認していますが、
別の地域、環境では、どうなるかは不明です。
いつものように、このメールマガジンも
予約配信しました。

・荷物を搬出・
サバティカルのために
先日、荷物を搬出しました。
引っ越しも、混んでいるため、
2月初頭に引っ越しの予約をしたのですが
この日程を取るもの大変でした。
なんとか27日に引っ越しをすることができました。
出かける前は、バタバタしましたが、
無事、送り出すことができました。

1_205 天体衝突の頻度は 4：8億年前の爆撃

　8億年前ころに、月では、大きなクレータができるような、衝突が多数あったことがわかりました。その衝突は、地球にも大きな異変を起こしたのかもしれません。

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　クレータは、小天体あるいは隕石の衝突によってできます。小天体が衝突してできるクレータは、大きなものは少なく、小さなものが多くなるという冪乗則が適用されました。ところが、前回紹介したように、大きなクレータの形成年代を調べると、8億年前ころに、8個（もしくは17個）もできていることが明らかになりました。このような衝突は、偶然には起こる確率は極めて低いはずです。
　では、大きなクレータが、同時に多数できるということは、大きな隕石、つまり小天体が、多数、月に衝突したことになります。月は地球の周りを回っており、地球の方が引力も強いので、地球にも多数の小天体が衝突したと推定されます。
　8億年前に、地球にも激しい小天体の爆撃をもたらした、もとの天体はどのようなものだったでしょうか。寺田さんたちは、アポロが持ち帰った試料で月で衝突で融けて飛び散ったガラス（インパクトガラスといいます）の放射性年代を文献から収集しています。それらと、年代の一致したクレータのサイズ、そして月と地球の直径から、もとの小天体を推定しています。
　100km以上のサイズで、4～5・10^16kgの質量の小惑星だと見積もられました。小天体は、小惑星帯（火星と木星の間の公転軌道）にあったはずですが、衝突に砕かれました。その結果、公転軌道が変わり、地球の軌道を横切るように変更されたと考えられます。
　もし元のサイズの小天体が、地球と衝突すれば、中生代と新生代の境界で恐竜大絶滅を起こした隕石の30～60倍の物質が落ちてきたと考えられてます。100kmサイズの小天体の衝突は、10億年に一度の頻度と見積もられています。
　大きな天体の衝突が、地球でも複数回繰り返されたとすれば、大きな異変がおこっていたはずです。全地球凍結と呼ばれる氷河期の7億000万から7億年前に起こっています。8億年前はその少し前です。全地球凍結との関係はまだ不明ですが、この大きな衝突の繰り返した、全球凍結という異変を起こしたのかもしれません。そのクレータ自体は、全地球凍結の前に形成されているはずですが、氷河により消されているのでしょう。
　でも、地球は幸運だったのかもしれません。この小天体がバラバラになっていたため、破片が月にも落ちて、中には衝突しなかったものもあるはずです。ですから、ひとつの小惑星の衝突よりは、地球への被害は少なくなっているはずです。

・サバティカル・
4月1日から四国の愛媛県にサバティカルで滞在します。
滞在期間中、いろいろな目標と研究計画を立てています。
当然、滞在先の人たちには、
研究のために、生活していくために
いろいろとお世話になります。
何度も訪問してきたこともあり、
これまでの人間関係に感謝しています。
半年間ですが、なにか貢献できることがあればと考えています。
私の場合は、研究での貢献となります。

・年度末・
大学は学位記授与式も終わり
年度末の進級と新入生のための準備、
在校生へのガイダンスなどがありますが、
今年ばかりは免除されています。
サバティカルなので
新年度の準備はなく、
講義、校務から開放されます。
出発のドタバタありますが、
大学の年度の切り替えのドタバタはありません。
いつもとは異なった年度末を過ごしています。

1_204 天体衝突の頻度は 3：クライオジニアン紀

　日本の月探査衛星「かぐや」は、詳細な画像を多数撮影しました。画像を利用して、大きなクレータの形成年代に関する研究が報告されました。そこでは、小さなクレータを用いてクレータ年代学を用いています。

　2020年のNature Communications誌に、大阪大学の寺田健太郎さんたちが、
Asteroid shower on the Earth-Moon system immediately before the Cryogenian period revealed by KAGUYA
（かぐやによって明らかにされたクライオジニアン紀直前の地球ー月系の小天体シャワー）
というタイトルで報告されました。この研究には、クレータ年代学が巧妙に利用されています。
　まずは、論文のタイトルに使われているクライオジニアン紀という聞き慣れない時代について説明しておきましょう。
　クライオジニアン紀とは、原生代の後期（7億2000万年前から6億3500万年前）の時代名になります。論文では、「クライオジニアン紀直前」となっているので、8億年前ころになります。カンブリア紀（5億4100万年前がはじまり）より前の時代です。
　小惑星のシャワーとは、シャワーのように降り注いだとことになります。これは、大量の隕石が衝突したことを意味します。また、地球－月系となっているのは、月は地球の衛星と一連の関係にあるという意味です。月で8億年前ころに大量の隕石の衝突が見つかったのですが、月での衝突の現象は、月の母星となる地球でも起こっていたはずということになります。
　寺田さんたちは、かぐやの画像から、直径20km以上の59個のクレータを調べました。このクレータの形成年代を正確に決めるために、少々複雑な方法が取られています。
　年代を調べたいのは、20km以上の大きなクレータです。本来なら表面の形成時代を調べるクレータ年代学を、クレータができた時代を決めるために利用しています。
　大きなクレータができる時は、激しい衝突によって、周辺の地域に物質が飛び散っていきます。クレータ周辺は、放出物が覆ってしまい、きれいな平坦な地面が形成されます。その面は形成されたばかりでクレータはなく、そこに隕石が衝突すると、新たに小さなクレータが形成されていきます。
　大きなクレータの周辺にできている、直径1kmから100mの小さなクレータの数を調べ、そこにクレータ年代学を適用して年代を調べいきます。このような方法で、大きなクレータができた時代を推定していきました。なかなか素晴らしいアイディアです。
　直径93kmの大きなコペルニクスクレータの周辺では、860個の小さなクレータで年代を調べてチェックされています。それだけの数があれば、統計的にも十分な検討ができます。
　さて、59個のクレータで、この方法で形成年代を調べて比べました。すると8個のクレータで、形成年代が一致することがわかりました。モデルを変えると、17個も一致することがわかってきました。8個もの年代が一致することは確率的にはありません。
　このクレータの形成時代の一致は、なにを意味するのでしょうか。次回としましょう。

・今年の年度末・
年度末の大学はバタバタします。
学位記授与式は終わったのですが、
入学手続きや、入学生への準備など
多くの仕事あり、忙しくなります。
4月からのサバティカルで、
3月末には四国への引っ越しがあります。
今度は夫婦ふたりですが、
引っ越しも、その分大掛かりになります。
でも、移動のバタバタが終われば、
四国での新生活への期待が溢れます。
半年ですが研究と調査だけでなく、
田舎の生活を満喫したいと考えています。

・城川町・
サバティカルは、愛媛県の西予市です。
市町村合併以前は、城川町という町があり、
後輩がそこの役場にいて
地質館の開設の手伝いから付き合いがはじまりました。
そこから、現在まで交流が続いています。
2010年に1年間サバティカルで滞在し、
西予市は2013年9月に日本ジオパークに
「四国西予ジオパーク」として認定されました、
2020年春には四国西予ジオミュージックが開館しました。
サバティカルの期間に、
博物館活動にも協力できばと思っています。

1_203 天体衝突の頻度は 2：クレータ年代学

　天体衝突によって、クレータが形成されます。地表の形成年代とクレータの数を調べることで、その地域のクレータ密度がわかります。そこから時代ごとの衝突頻度を見積もることができます。

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　隕石の落下でできたクレータは、火山噴火でできるクレータとは異なっているので、見分けることができます。ただし、クレータを探すことができるのは、多くは大陸地域のもの主となります。
　大陸地域は、常に侵食や風化で古い地形は消えていき、火山活動や造山運動で上書きされていきます。古いクレータほど、消えていく可能性が高くなっているので、その効果を考慮にいれなければなりません。さらに、大陸では、長期に渡り寒くなると氷河に覆われ、古い地形は消されてしまいます。全地球凍結と呼ばれる、地表全体が氷に覆われる時代が、6億5000万～6億4000万年前と、7億3000万～7億年前に、少なくとも2度起こったことがわかっています。これ以前のクレータの多くは、消された可能性があります。
　海に落下した隕石が海洋底にクレータを形成しても、海洋地殻はプレートともに移動して、やがて海溝に沈み込みます。古いものでは2億年前のものしかありません。海洋地殻には古いクレータはなくなっています。
　このような理由から、全地球的を対象にして、クレータの数と地表の時代から、衝突の頻度を探るのは、どうしても不正確になってしまいます。ではどうすれば、正確な値が求められるでしょうか。
　大気のない天体では、表層での侵食は起こりませんし、プレートテクトニクスが働いていないところであれば、古いクレータも残っているはずです。問題は、その地域の形成年代をどうして探るかです。
　幸い月は、探査が進んでおり、試料も回収され、年代測定された岩石も多数あります。そこから、地域ごとの形成年代が比較的よくわかっています。月のクレータは、日本では月の観測衛星「かぐや」の撮った詳細が画像があります。その画像から、精密に調べることが可能になります。月の表層の形成時期と、クレータの数から、時代ごとの衝突頻度、またサイズごとの衝突頻度も調べることができます。
　その関係（相関係数や比例定数）が決まれば、関係を逆に利用することもできます。ある地域で、クレータのサイズごとの頻度を決めることができれば、その地域の形成年代を推定することができます。このような方法はクレータ年代学と呼ばれています。詳細な画像がえられている天体では、それぞれの地域にクレータ年代学が適用されています。そこから、天体の形成史が考えられています。
　かぐやの画像を用いた研究が報告されていますが、次回としましょう。

・祝賀会・
大学は、今週末に学位記授与式があります。
一度に開催すると、人数が多くなるので、
学部学科を3つに分けで実施されます。
その後学科で、学位記をそれぞれに手渡ししていきます。
昨年まではそれで終了でしたが、
今年は、ホテルを会場を借りて
祝賀会が実施されることになりました。
やっとここまで日常が戻ってきたかと思います。
ただし、祝賀会では飲食ができないままです。
一堂に会することもなく3つに分散したまま実施されます。
以前のような状態にもどるには
あと少し時間が必要かもしれません。

・マスク着用・
マスク着用のルールは緩和されましたが、
今後、どうなるのでしょうか。
最初にマスクはずすのは勇気がいります。
人混みでは着用し、人の少ないところや
屋外では外しているということから
はじめていくことになりそうです。
しかし、その頃には四国へと旅立っているのでしょうが。