太陽系外地球型水惑星の表層環境進化に関する理論的研究

本研究の目的は，惑星の熱進化に伴う二酸化炭素脱ガス率の変化と，中心星の光度進化に基づいて，地球型水惑星の気候進化，特に地球型水惑星がハビタブルである継続期間を明らかにすることである．本年度は，中心星のスペクトル型が地球型水惑星の気候進化に与える影響を検討した．長波長の放射は惑星大気や水氷に吸収されやすいため，低温な星周りの地球型水惑星のほうが高温な星周りの地球型水惑星に比べ，日射量がより低い場合でも温暖な気候を維持できると考えられてきた．炭素循環の影響を考慮した場合にも低質量星周りのほうが温暖気候を維持しやすいという傾向は同様であり，特にハビタブルゾーン内縁部（i.e., 日射量が高い場合）では，低質量星周りの地球型水惑星のほうが，温暖な気候から全球凍結に遷移する臨界の二酸化炭素脱ガス率が低いことが確認された．一方，ハビタブルゾーン外縁部（i.e., 日射量が低い場合）では，炭素循環の持つ負のフィードバックの影響で大気中の二酸化炭素分圧が大きくなる．こうした高二酸化炭素分圧大気においては，大気の光学的厚さが厚くなり，中心星放射の吸収に対する地表面アルベドの影響が低下するため，中心星放射のスペクトルの違いによって生じる正味中心星放射量の差は小さくなる．その結果，ハビタブルゾーン外縁部では，中心星質量の違いによる臨界二酸化炭素脱ガス率の違いは小さいことがわかった．前年度までの成果と併せると，地球型水惑星が温暖な気候を維持できる期間は，中心星のスペクトル型や質量（i.e., 光度進化のタイムスケール）の影響を受けず，典型的に約40億年程度であるということがわかった．こうした成果から，今後の系外惑星観測において地球に類似した温暖な惑星を見つけるためには，軌道要素だけではなく，惑星系の年齢を考慮し，特に若い惑星系に注目することが必要であると考えられる．

本研究の目的は，惑星の熱進化に伴う二酸化炭素脱ガス率の変化と，中心星の光度進化に基づいて，地球型水惑星の気候進化，特に地球型水惑星がハビタブルである継続期間を明らかにすることである．本年度は，中心星のスペクトル型が地球型水惑星の気候進化に与える影響を検討した．長波長の放射は惑星大気や水氷に吸収されやすいため，低温な星周りの地球型水惑星のほうが高温な星周りの地球型水惑星に比べ，日射量がより低い場合でも温暖な気候を維持できると考えられてきた．炭素循環の影響を考慮した場合にも低質量星周りのほうが温暖気候を維持しやすいという傾向は同様であり，特にハビタブルゾーン内縁部（i.e., 日射量が高い場合）では，低質量星周りの地球型水惑星のほうが，温暖な気候から全球凍結に遷移する臨界の二酸化炭素脱ガス率が低いことが確認された．一方，ハビタブルゾーン外縁部（i.e., 日射量が低い場合）では，炭素循環の持つ負のフィードバックの影響で大気中の二酸化炭素分圧が大きくなる．こうした高二酸化炭素分圧大気においては，大気の光学的厚さが厚くなり，中心星放射の吸収に対する地表面アルベドの影響が低下するため，中心星放射のスペクトルの違いによって生じる正味中心星放射量の差は小さくなる．その結果，ハビタブルゾーン外縁部では，中心星質量の違いによる臨界二酸化炭素脱ガス率の違いは小さいことがわかった．前年度までの成果と併せると，地球型水惑星が温暖な気候を維持できる期間は，中心星のスペクトル型や質量（i.e., 光度進化のタイムスケール）の影響を受けず，典型的に約40億年程度であるということがわかった．こうした成果から，今後の系外惑星観測において地球に類似した温暖な惑星を見つけるためには，軌道要素だけではなく，惑星系の年齢を考慮し，特に若い惑星系に注目することが必要であると考えられる．