1960年、伝説的天文学者でありSETIのパイオニアであるFrank Drake（フランク・ドレイク）博士は、地球外知的生命体探査（SETI）に関する最初の会議の準備中に、銀河系に存在する可能性のある文明の数を推定するための確率的方程式、別名「ドレイクの方程式」を発表した。この方程式の重要なパラメーターは “ne”、つまり銀河系内に生命を維持できる惑星の数、別名 “ハビタブル”であった。当時、天文学者は他の星が惑星系を持つことをまだ確信していなかった。しかし、ケプラーのようなミッションのおかげで、5,523個の太陽系外惑星が確認され、さらに9,867個が確認されるのを待っている！

これらのデータをもとに、天文学者たちは銀河系に存在する居住可能な惑星の数をさまざまに推定してきた！Piero Madau教授は最近の研究で、太陽から100パーセク（326光年）以内にある居住可能な惑星の数を計算する数学的枠組みを紹介した。地球と太陽系が代表的なものだと仮定すると、Madau教授は、この宇宙空間には、恒星のハビタブル・ゾーン（HZ）内を周回する地球サイズの地球型（別名：岩石型）太陽系外惑星が11,000個も存在する可能性があると計算した。

Madau教授は、カリフォルニア大学サンタクルーズ校（UCSC）の天文学・天体物理学の教授である。彼の研究の中心は、天動説の発明者である有名なポーランドの天文学者Nicolaus Copernicus（ニコラウス・コペルニクス）にちなんで名付けられた「コペルニクスの原理」である。宇宙論的原理（あるいは中庸の原理）としても知られるこの原理は、人間も地球も宇宙を観測する特権的な立場にはないというものだ。つまり、私たちが太陽系や宇宙を見渡したときに目にするものは、全体を代表するものであるということである。

Madau氏はこの研究のために、時間依存的な要因が、我々の宇宙における生命の出現にいかに重要な役割を果たしたかを考察した。これには、銀河系の星形成の歴史、重元素による星間物質（ISM）の濃縮（星の最初の集団の内部で作られた）、惑星の形成、惑星間の水と有機分子の分布などが含まれる。Madau氏がUniverse Today誌に説明したように、時間と年齢の中心的役割は、ドレイクの方程式では明確には強調されていない：

「ドレイクの方程式は、生命を持つ世界、ひいては技術的に進歩した地球外文明を発見する可能性に影響する要因（確率）を、今日の我々の周囲で要約したものです。しかし、その可能性と要因は、他の量と同様に、局所的な銀河円盤の星形成と化学的濃縮の歴史、および単純な微生物や最終的には複雑な生命の出現のタイムラインに依存します」。

地球は銀河系の中では比較的新しい存在で、太陽とともに誕生したのはおよそ45億年前である（宇宙の33％以下の年齢ということになる）。一方、生命は約40億年前に地球に存在した原始的な条件から約5億年かけて誕生した。それから約5億年後、二酸化炭素を代謝し、副産物として酸素ガスを生成する単細胞生物の形で光合成が出現した。これが徐々に大気の化学構造を変化させ、約24億年前に大酸化現象が起こり、やがて複雑な生命体が出現した。

その後、化学的・生物学的進化の長く複雑なプロセスが続き、最終的に複雑な生命に適した条件となり、既知のすべての種が出現した。このような時間依存のステップの重要性を考えると、Madau氏はドレイクの方程式は物語の一部に過ぎないと主張し、その先を見据えて、銀河系の片隅に「温帯地球型惑星」（TTP）が形成され、微生物生命が出現した時期を推定する数学的枠組みを作り上げた。

このフレームワークによって、天文学者は（質量、年齢、金属量に基づき）どの潜在的なターゲット星が大気のバイオシグネチャーの探索において最適な候補となりうるかを決定することができる。Madau氏の説明によれば、彼のアプローチは、長寿命星、太陽系外惑星、TTPの局所的な集団を一連の数学的方程式として考え、それを時間の関数として数値的に解くというものである：

「これらの方程式は、太陽系近傍の歴史における恒星、金属惑星、巨大惑星、岩石惑星、居住可能な世界の形成率の変化を記述しています。この方程式は統計的なものであり、個々の惑星系の誕生と進化を記述するものではなく、太陽から100パーセク以内のTTPの集団（数）の変化（経時変化）を記述するものです」。

最終的に、Madau氏の分析によると、太陽から100パーセク以内に、恒星のHZと一緒に公転している岩石惑星が10,000個もある可能性が示された。さらにMadau氏は、太陽系近傍でのTTPの形成はエピソード的なものである可能性が高く、およそ100億年から110億年前の星形成のバーストから始まり、その後約50億年前に太陽系を生み出した別のイベントがピークに達したことを発見した。Madau氏の数学的枠組みから得られたもう一つの興味深い結果は、100パーセク以内のTTPのほとんどは太陽系よりも古い可能性が高いということである！

同様に興味深いのは、この研究が地球外生命体の探索に与える影響である。Madau氏のフレームワークは、一般に受け入れられている地球上の生命の誕生（生合成）のタイムラインを使い、他の惑星に生命が存在する可能性を控えめに見積もったもの（ドレイク方程式のflパラメータ）を適用することで、生命が存在する最も近い太陽系外惑星がどれくらいの距離にあるのかも示した：

「もしTTPの1％以上の惑星で、地球と同じように微生物生命が誕生したとしたら（それは大きな仮定だが）、最も近い、生命を保有する地球に似た惑星は、20 pc（65光年）未満の距離にあると予想されます。このことは、ハビタビリティマーカーやバイオシグネチャーの探索において、次世代の大型地上施設や計測器による慎重な楽観的観測の原因となるかもしれない。言うまでもありませんが、バイオシグネチャーを検出するのは非常に難しい。また、生命が非常に稀であるために、我々が検出できるようなバイオサインが1kpc以上の範囲に存在しない可能性もあります」。

もちろん、太陽系の近くにあるTTPが生命を維持できるという保証はない。生命発生の原因と共通性は、最も理解されていない科学的課題のひとつである。たった一つの例（地球と地球上の生物）しかないため、科学者は生命が誕生するのに必要な条件の組み合わせを確信を持って言うことができない。マダウはまた、（ドレイクの方程式と同様に）彼のアプローチは統計的なものであることを強調している。とはいえ、彼の研究は近い将来、宇宙生物学にとって重要な意味を持つかもしれない。

我々の太陽系をガイドとして、その他多くのデータ（星の形成、質量、大きさ、金属量、星のHZ内を周回する太陽系外惑星の数など）があるパラメータを用いれば、科学者は次世代望遠鏡を使って調査すべき星系に優先順位をつけることができるだろう。とMadau氏は言う：

「地球に似た惑星を発見し、その特徴を明らかにすることは、将来の宇宙を利用したフラッグシップ・ミッションの主要な科学指標となるでしょう。太陽系外惑星に居住可能な環境と生命を探索する機会が目前に迫る中、実際に最適な観測戦略を設計するという真の挑戦が待ち受けている。いくつかの系外惑星大気の詳細なスペクトル研究は、惑星特性の傾向を明らかにするように設計された集団研究と、生物徴候の検出可能性を評価できるようにする統計的研究を伴わなければなりません」。

この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。