『第二の地球』候補で大気を初検出! 48光年先の岩石惑星で快挙

系外惑星は今や5,000個以上見つかっているが、そのほとんどは大気の有無が分からないままだった。恒星のすぐそばを回る岩石惑星は、強烈な放射線と恒星風で大気を剥がされてしまうのが定説だったからだ。

ところが2026年7月16日付の学術誌『Science』で、ハーバード大学とスミソニアン天体物理学センターのチームが真逆の結果を報告した。地球から48光年先、赤色矮星のハビタブルゾーンにある岩石惑星LHS 1140bで、大気が今もはっきり残っている証拠を掴んだのだ。証拠は、上空からゆっくり漏れ出すヘリウムだった。

ハビタブルゾーンの岩石惑星で「初めて」の意味

ここでいうハビタブルゾーンとは、恒星からの距離がちょうど良くて、水が液体の状態で存在しうる領域を指す。太陽系なら金星と火星の間あたりだ。近すぎれば水は蒸発し、遠すぎれば凍る。地球はその「ちょうどいい距離」に運よくいる。

系外惑星は約5,000個以上が発見済みで、そのうち岩石惑星と分かっているものも数百個ある。ハビタブルゾーンにいる岩石惑星も数十個の候補が並んでいる。それでも「大気があるかどうか」まで確かめられた例は、これまでほぼゼロだった。

これまでもガス惑星や、恒星のすぐそばの灼熱の岩石惑星では、大気を検出した例があった。だが「地球サイズに近い岩石惑星」で「水が液体でいられる距離」で「大気が残っている」の3拍子が揃った例は、今回のLHS 1140bが初めてだ。

論文の筆頭著者コリン・チェルビム氏（ハーバード大学地球惑星科学、博士号取得したて）は「他の恒星のハビタブルゾーンにある岩石惑星で大気が見つかったのは、これが初めてだ」と述べている。共同指導教員のロビン・ワーズワース教授は「20年前は地球型惑星が存在するかすら分からなかった。次の問いはハビタブルゾーンに岩石惑星があるか、そしてその大気は残っているか、だった。今、その1つに答えが出た」と語る。もう1人の指導教員デイヴィッド・チャルボノー教授（ハーバード天文学部長）は当初、この観測プランには懐疑的だったという。理論モデルから予測しただけの微弱シグナルを、地上望遠鏡で捉えられるとは思えなかったからだ。

兄弟惑星「b」と「c」で運命が分かれた

LHS 1140系には、大きさや軌道の違う複数の惑星が存在する。中心星は太陽の約2割程度の質量しかない赤色矮星で、地球からの距離は約48光年。宇宙のスケールでは「ご近所」と言っていい距離だ。

今回の観測で特に効いたのは、b（今回大気検出）とc（小型で内側寄り）が同じ夜に恒星の前を横切ったことだ。同時に観測できたおかげで、装置の状態、地球大気の揺らぎ、恒星本体の変光といったノイズ要因をほぼ揃えたまま、両者を直接比較できた。天文観測では日ごと・時間ごとに条件が変わるので、こういう「同一夜での対決」は極めて貴重だ。

結果はきれいに割れた。bはヘリウムの吸収線が明瞭に検出され、大気の存在が「統計的に堅い」（デイヴィッド・チャルボノー教授）レベルで示された。一方cではヘリウムのシグナルは検出されなかった。同じ夜・同じ装置で観測して片方だけ検出——という結果は、装置由来のアーティファクトを消し、bの大気の実在性を強く支持する。

兄弟なのに片方だけが大気を保った理由は、cの方が恒星に近く小型で、より強い放射線と重力条件の弱さで大気を失いやすかったためと考えられている。同じ星系でも、恒星との距離と質量のわずかな差が、生命の可能性を持つか否かを決めた形だ。太陽系で言えば、金星と地球の差に近い構図だと言える。

決め手は「ヘリウムが漏れている」という証拠

WINERED分光器で近赤外の光をスライス

チームはチリのラスカンパナス天文台にある口径6.5メートルのマゼラン・クレイ望遠鏡に取り付けられたWINERED（近赤外エシェル分光器）を使い、惑星が恒星の前を横切る瞬間の光を分解した。惑星の大気があると、恒星光の一部が大気中の原子に吸収され、特定の波長にだけ影が現れる。これがトランジット分光法だ。

街灯の前を人が横切るとき、髪の色や服装で光の一部が微妙に色づいて見える、ようなものだ。ヘリウムは近赤外の1083ナノメートル付近に強い吸収線を持ち、大気の上層から宇宙へ逃げていく成分を捉えるのに向いている。

この検出が偶然の産物でない点も見逃せない。チェルビム氏はまず既知の惑星の性質を分析し、LHS 1140bならヘリウムの大気を持つはずだと理論から予測した。その予測を確かめるために望遠鏡の観測時間を確保し、狙い通りにヘリウムのシグナルを掴んでいる。今回の信号は事前の理論予測を裏づけるもので、行き当たりばったりの偶然ではなく「狙って当てた」検出だった。当初はこの観測プランに懐疑的だったチャルボノー教授も、予測と実測が噛み合った精度の高さに認識を改めたという。

「2024年に検出、2025年に非検出」の奇妙な変動

面白いのは、ヘリウム吸収の強さが年によって変わっていたことだ。2024年の観測では明確に検出されたのに、2025年には検出されなかった。論文はこれを、大気の脱出量が時間的に変動している証拠と解釈している。

恒星のフレア活動や磁場変動によって、上層大気の膨張が強まる時期と落ち着く時期があるらしい。同じ惑星でも、いつ観測するかで見える顔が違うわけだ。

「30億年もった大気」の中身と、水素が消えた謎

チームの推定では、LHS 1140bの大気は30億年以上にわたって維持されてきた可能性がある。地球の大気（約45億年）にはまだ及ばないが、地球で最初の単細胞生物が現れたのが約40億年前、光合成が始まったのが約27億年前と考えれば、30億年という時間軸は生命が誕生し進化する舞台としては十分すぎるスケールだ。

ただし、上層大気はヘリウム主体で水素は枯渇しているという奇妙な組成だった。もともと大量にあったはずの水素の多くはすでに逃げ、より重いヘリウムだけが残ったと見られている。より重い分子（水蒸気・二酸化炭素・窒素など）は下層に閉じ込められている可能性が高く、これは既存の大気分別モデルとも一致する。

この「水素が抜けてヘリウムが残る」という順序には意味がある。惑星が生まれた直後は、宇宙で最も軽い水素を大量に抱えた分厚い原始大気に包まれていたはずだ。ところが軽い気体ほど惑星の重力を振り切って逃げやすい。30億年以上という長い時間の中で、まず水素が優先的に宇宙へこぼれ落ち、次に軽いヘリウムが今まさに逃げつつある——今回捉えたのは、その脱出の現場だと解釈できる。裏を返せば、これだけ長く気体を保ち続けられたこと自体が、LHS 1140bの重力と恒星からの距離が「大気を持てる条件」を満たしていた証拠でもある。

ボトルの底の重い液体が沈み、上に軽いオイルが浮くようなイメージだ。上空の軽い層はゆっくり宇宙にこぼれていくが、重い分子は残る。もしこのモデルが正しければ、LHS 1140bの地表付近は、私たちが「大気」と呼ぶ厚みのある層に覆われている可能性がある。

言い換えれば、上空から見える「軽い成分」で大気の存在自体は分かったが、下の方に何があるかはこれから調べる、という段階だ。今回の観測は大気研究のゴールではなく、スタートラインを引いた成果と言える。

ガス巨星の大気検出とは何が違うのか

ヘリウム脱出そのものは、これまでもガス巨星型の系外惑星で何度か観測されている。木星サイズで恒星のすぐそばを回る「ホットジュピター」などが代表例だ。それらは大気がぶ厚く、シグナルも大きく、比較的検出しやすい。

岩石惑星が難しいのは、単純にサイズが小さく大気も薄いためシグナルが微弱だからだ。しかもハビタブルゾーンにある惑星は恒星から遠く、そもそも観測機会（トランジット）が少ない。地球サイズの岩石惑星が数か月に1度、数時間だけ恒星面を横切る——その一瞬に、大気を透過した恒星光の色をナノメートル単位で切り出す作業になる。装置ノイズと大気の揺らぎに埋もれかねない、極めて繊細な観測だ。

今回の成果は、この「小さく・遠く・薄い」の3重苦を、既存の地上望遠鏡でも越えられることを示した点で意味が大きい。しかも使ったのは特別な次世代装置ではなく、チリで動いてきたマゼラン望遠鏡と近赤外分光器WINEREDの組み合わせだ。

宇宙望遠鏡ジェイムズ・ウェッブに頼らずとも、地上のマゼランのような大口径望遠鏡と高感度分光器の組み合わせで岩石惑星の大気が調べられる。今後、TRAPPIST-1系の7つの岩石惑星や、プロキシマ・ケンタウリbといった他の有力候補にも、同じ手法を当てていける可能性が高い。系外惑星の大気探しは、宇宙望遠鏡と地上望遠鏡の二本柱で進むフェーズに入った。

生命はいるのか? 過度な期待を戒める

ここで冷静に区別すべきなのは、「大気がある」と「生命がいる」が別の話だという点だ。今回検出されたのはヘリウムが宇宙に漏れている痕跡であり、地表に海があるか、酸素があるか、有機分子があるかは何も分かっていない。

また、赤色矮星の周りの惑星は、フレアと呼ばれる激しい放射線爆発を頻繁に浴びる。太陽フレアの数百倍から数千倍の強度で、地球の生物にとっては致死的なレベルだ。大気があっても、生命が地表で守られているかは全く別の問題として残る。ヘリウム脱出量が2024年と2025年で変わったのも、こうした恒星活動の影響を反映している可能性が高い。

さらに、LHS 1140bのような赤色矮星のハビタブルゾーン惑星は、恒星に近すぎるため潮汐ロック（常に同じ面を恒星に向ける自転）状態にある可能性がある。だとすれば昼側は灼熱、夜側は極寒という極端な世界で、大気が両者の温度差を熱運搬してならしている必要がある。地球のような穏やかな気候が成立する条件は、思ったより厳しい。

とはいえ、「岩石惑星がハビタブルゾーンで大気を保ち得る」という事実そのものが、これまで理論だけだった話に初めて実測の裏付けを与えた点で、生命探査のロードマップを塗り替える成果と言える。次のステップは、下層大気の水蒸気や炭素化合物を捉える観測だ。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡や、これから稼働する超大型望遠鏡（ELT）による追観測が待たれる。

私たちの空を見直すヒント

地球の大気が今もあるのは、当たり前の話ではない。適度な質量、ほどよい距離、太陽の落ち着いた活動、磁場による保護——複数の条件が奇跡的に重なって、45億年の間、水と空気を保ってきた。金星は熱暴走で水を失い、火星は磁場を失って大気を宇宙にはぎ取られた。

今回の発見は、48光年先の別の恒星系でも似た綱渡りが起きうることを教えてくれる。同じ星系のcは大気を失い、bは保った。地球はたまたま勝ち組の側にいる、と言い換えてもいい。

筆者はこの研究で最も面白いのは、bとcという「同じ生まれの兄弟」で結果がくっきり割れた点だと考えている。系外惑星の大気研究は今後、単発の発見合戦から「同じ星系でどの惑星が生き残るか」という比較のフェーズに入っていくのではないか。生命の有無を語る前に、まず「大気を持てる惑星の条件」を数式にしていく——その入り口が今回開かれたと見ている。