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地球上の生命が滅びるのは?

Posted by moonrainbow on 19.2022 地球   3 comments   0 trackback
地球上の生命が滅びるまで、あとどのくらい?思っているより時間はないのかもしれない

地球の運命

地球の運命は、太陽と共にある。そこから考えると、地球にはまだ50億年ほど時間が残されているが、我々人類は、そこまで長く生きられないという。

 太陽は水素を燃やしながら徐々に明るくなり、地球もどんどん熱くなる。こうした太陽による温暖化に、地球の生物圏は負のフィードバックでどうにか対抗してきた。

 だが、それもあと10億年もすれば機能しなくなる。その時が、地球上のすべての生命が死滅するときだという


地球に残された時間は約50億年
 
地球の運命は、誕生する前からもう決まっている。世界はそのエネルギーを太陽に依存しているが、その太陽ですら永遠ではないからだ。

 ほかの星と同じく、太陽もまた自らの重力と戦っている。1.989×10^30kgの質量が押しつぶされることで、水素原子核が押し出され、融合して”より軽い”ヘリウムなどになる。

 するとE=mc2の原理により、融合前後の重さの差の分がエネルギーに変換されて光となる。これが太陽を輝かせ、地球の生物はその恩恵を受けることができる。

 しかし燃料を燃やせば、やがて燃え尽きる。今現在、太陽のコアにはたっぷりの水素と核融合を起こせるだけの圧力と温度がある


 だが今から50億年も経過した頃には、コアの水素は枯渇。もはや不活性なヘリウムしか残されておらず、コアにかかる重力の圧力が強まる。この時点になると、太陽に残された寿命は1億年ほどだ。

 太陽はエネルギーの流れをどうにか維持しようと、必死に自らを改造する。

 だが、やがてはコアが縮小するとともに、外側が膨張して、いわゆる「赤色巨星」に変化する。その時、おそらくは地球を飲み込むほどに巨大化すると考えられている。

 つまり、地球の一生は、これまで暖かな恵みであった太陽に飲み込まれて終わるのである


地球の運命1
photo by iStock

地球内生命に残された時間は約10億年
 
だが、これはあくまで地球の最後の話だ。地球が滅びるまであと50億年残されているとしても、地上で生きる私たちに残された時間はずっと短い。

 問題となるのは、やはり太陽と重力の争いだ。今、太陽のコアでは順調に水素が燃えているが、変化はすでに起きている。

 水素が1キロ燃えるごとに、太陽の内部はわずかに収縮し、ほんの少しだけ温度が上昇する。じつは核融合によってエネルギーが生み出される割合は、温度にとても敏感だ。

 ほんの少しコアの温度が上がるだけで、太陽は目に見えて明るくなる。つまり太陽はこれまでも、これからも、少しずつ明るくなるということだ


地球の運命2
photo by iStock
 
こうしてジリジリと増し続ける輝きが、太陽が赤色巨星になるずっと前に、地球の生物をこの世から消し去る。なぜなら太陽の輝きの増加は、そのまま地上の温度上昇につながるからだ。

 これまで地球の生物圏は、「負のフィードバック」と呼ばれる方法で、この温度上昇に対抗してきた。

 たとえば、地表の温度が上がると、生物圏は雲の反射率が高くなるように作用し、余分な日光を宇宙に跳ね返す。

 しかし、それにも限度がある。太陽がどんどん明るくなれば、いずれ生物圏は負のフィードバックによっても対抗できなくなる。

 ここで鍵を握るのは、海の蒸発だ。水蒸気には、温暖化の主犯とされる二酸化炭素よりもずっと強力な温室効果がある。

 太陽が明るくなり、海水が大量に蒸発するようになると、大気は水蒸気で満たされ、水蒸気の温室効果が暴走し出す。

 負のフィードバックが正のフィードバックになるのだ。

 海が蒸発し、水蒸気が地球を熱くする。すると、さらに蒸発が進み、いっそう海が蒸発する。最後は、地球のどんな生命も耐えられないほど高温になる。これが私たち地球の生命の終わりだ。

 では、その地球の生物には、あとどのくらい時間が残されているのだろうか?

  残念ながら、私たちにはあと10億年ほどしか残されていない。多少の不確実性はあり、あと15億年と推定した最近の研究もある


地球の運命3
photo by iStock

宇宙の知的生命についての深淵な疑問

 いずれにせよ、地球自体の寿命があと50億年なのに比べれば、私たちに残された時間はずっと少ないのだ。

 こうした考察から、宇宙のどこかに存在するかもしれない知的生命について、とある深淵な問いが浮かんでくる。

 地球の生命が誕生したのは35億年以上前だとされている。それに対して現生人類が誕生したのは、たかだか20万年前のことだ。

 その時点で私たちには10億年しか残されていないということは、人類は地球に生命が存在できる期間のむしろ終わりに近づいた頃に誕生したということになる。

 このことは、宇宙における知的生命体の存在について、何を物語っているのだろうか


2022年12月14日
カラパイアより

スペースプレーン「X-37B」

Posted by moonrainbow on 22.2022 地球   0 comments   0 trackback
謎めいた米軍のスペースプレーン「X-37B」908日間のミッションを終えて帰還

無人軌道試験機X-37B
【▲ ケネディ宇宙センター打ち上げ着陸施設(LLF)に着陸した米宇宙軍の無人軌道試験機X-37B(Credit: Boeing / U.S. Space Force)】

アメリカ宇宙軍は11月12日、無人軌道試験機「X-37B」がミッションを終えて帰還したことを発表しました

X-37Bは2020年5月17日に地球低軌道へ投入されて以来、6度目のミッション「OTV-6」を実施していました。2年半に及ぶミッションを終えたX-37Bは、米国東部標準時2022年11月12日5時22分(日本時間同日19時22分)、ケネディ宇宙センター打ち上げ着陸施設(旧シャトル着陸施設)の滑走路に着陸しました。今回のミッション期間は908日間を記録しており、前回のミッション「OTV-5」の780日間を大きく上回っています。

米宇宙軍やX-37Bの製造を担当したボーイングによると、OTV-6では海軍研究所による宇宙太陽発電(軌道上の発電衛星からマイクロ波に変換した電気を地上へ送電する発電方法)の実験や、空軍士官候補生が製作した小型衛星「FalconSat-8」の放出などが行われました。2021年10月にX-37Bから放出されたFalconSat-8は現在も地球低軌道を周回しており、士官候補生の訓練に用いられるといいます。また、OTV-6では熱制御コーティング、プリンテッド・エレクトロニクス、放射線遮蔽材料の候補、種子の宇宙空間曝露といった、NASAの実験も複数実施された模様です。

なお、今回のミッションでは初めて「サービスモジュール」が用いられたとされています。サービスモジュールはX-37Bの機体後部に取り付けるリング状の構造物で、機体内部の格納スペースに加えて機体外部にも実験装置などを搭載できるようになります。

米空軍のJoseph Fritschen中佐は「軌道で実験を行い、地上で詳しい分析を行うために安全に持ち帰る能力は、空軍省と科学界の双方にとって価値あるものだと証明されています。サービスモジュールを追加したOTV-6では、従来よりも多くの実験に対応することができました」とコメントしています


無人軌道試験機X-37B1
【▲ ケネディ宇宙センター打ち上げ着陸施設(LLF)に着陸した米宇宙軍の無人軌道試験機X-37B(Credit: Boeing / U.S. Space Force)】

Image Credit: Boeing / U.S. Space Force

2022-11-18
Soraeより

彗星の衝突が地球の大陸を作る

Posted by moonrainbow on 06.2022 地球   1 comments   0 trackback
彗星の衝突が地球の大陸を作る原動力になった可能性が判明

太陽系の移動経路
【▲ 図1: (A) 天の川銀河の地図と太陽系の移動経路。太陽系は天の川銀河内を波打ちながら公転しています。 (B) 太陽系の概略図。太陽系はその外側に、直径約3.2光年のオールトの雲があると推定されています。オールトの雲から天体が太陽系中心部へと落ちていくと、彗星として観測されます。 (Image Credit: Kirkland, et.al.) 】

地球の表面は地殻という岩石の層でできています。この地殻は、薄い玄武岩でできた海洋地殻と、厚い花崗岩でできた大陸地殻とに分かれます。このように地殻が化学組成の異なる岩石に分かれているのは、他の岩石惑星には見られない特徴です

大陸地殻の形成は、惑星科学だけでなく生命科学の分野でも興味深い対象です。風雨や河川による大陸の風化によって、海洋に流れ込む栄養分が増加し、生命の進化を手助けしたとも考えられているからです。しかし、大陸地殻がどのようにできたのかは長年の謎です。大陸地殻は、太古代(40億年~25億年前)に化学組成の異なる物質が分離する分化作用によって形成されたと考えられていますが、詳細は明らかになっていません。

今回、カーティン大学のChristopher L Kirkland氏などの研究チームは、最初期に形成されたと考えられている大陸地殻の断片を分析し、上記とは異なる可能性を導き出しました。Kirkland氏らは、グリーンランド南西部にある「北大西洋クラトン (North Atlantic Craton)」と、オーストラリア大陸西部にある「ピルバラクラトン (Pilbara Craton)」から数百のサンプルを採集し、分析にかけました。これらはいずれも太古代に形成された大陸地殻の断片であると考えられています。

分析対象となったのは「ジルコン」という鉱物です。ジルコンは物理的にも化学的にも安定な鉱物であり、何十億年も安定して存在する、いわばタイムカプセルのような物質です。ジルコンに含まれるハフニウムという元素を調べると、放射性年代測定法 (※) によりジルコンが固まった年代を特定できます。つまりジルコンを調べれば、ジルコンを含む岩石サンプルがいつ固まったのかを時系列的に知ることができるのです。

※…放射性年代測定法: 自然界には放射線を出して崩壊し、種類が変わる原子核が存在します。原子核の崩壊するペースは一定で、崩壊した後の種類も分かっています。サンプルに含まれる崩壊前と崩壊後の原子核の割合をもとに、サンプルが固化した年代を逆算する手法を放射性年代測定法と言います


酸素の同位体比率
【▲ 図2: 時代ごとの酸素の同位体比率の変化。同位体比率の変化と銀河円盤の通過周期の周期はほぼ一致しています。また、特に重い同位体の少なかった35億6000万年前から34億3000万年前、太陽系は銀河腕の中に入っていませんでした。 (Image Credit: Kirkland, et.al.) 】

サンプルを時系列順に並べることができたら、次はジルコンに含まれる酸素の同位体 (※) の比率を調べます。今回の研究では、サンプルを時系列順に並べた後に、酸素の同位体比率がどのように変化しているのかが調べられました。その結果、1億7000万年から2億年という周期で同位体比率が変化していることが突き止められました。

※…同位体: 元素の種類を決定する陽子の数は同じであるが、中性子の数が異なる原子核のこと。先述のハフニウムによる放射性年代測定法では原子核が崩壊する「放射性同位体」を利用しましたが、次の酸素の同位体比率の分析では崩壊しない「安定同位体」を利用しています。

このような長さの周期とよくあてはまるのが、地球を含む太陽系の移動です。太陽系は天の川銀河の中で波を描くように公転しています。この波の振動周期と、今回発見された同位体比率の変化がほぼ一致しているのです!

恒星が高密度に集まっている銀河円盤を太陽系が通過している時には、他の恒星が太陽系の近くを通過する可能性が高まります。すると、彗星の巣とも呼ばれるオールトの雲がかき乱され、太陽系の中心部へと落下する確率も高くなります。結果的に、彗星が地球に接近し、衝突する確率も高くなるわけです。

彗星が地球表面に衝突すると、地殻を砕いて多数のひび割れを形成すると共に、その下にあるマントルにまで衝撃が伝播します。これにより、衝突した地点の下側では地球深部からの物質が地殻へと供給されます。また、ひび割れた地殻には水が入り込み、岩石の融点を下げます。この2つの作用によって花崗岩の塊が形成され、後に大陸地殻の “核” になったと推定されるのです


彗星の地球表面への落
【▲ 図3: 彗星の地球表面への落下は、大陸地殻を形成する原動力となった可能性があります。 (Image Credit: Kirkland, et.al.) 】

このように推定されるカギは、同位体比率の変化の仕方にあります。重い同位体は軽い同位体と比べて沈みやすいため、地球の深部に行けば行くほど重い同位体の割合が高くなります。裏を返せば、他の時代と比べて重い同位体を含むサンプルは、地球の地下深くから上昇してきた物質でできていることを意味します。

そして、重い同位体の比率が特に低い時期、つまり地球深部からの物質の供給が少なかった時期は、太陽系がペルセウス腕 (Perseus Arm) を脱出してから、ノルマ腕 (Norma Arm) に進入するまでの期間と一致するのです! 銀河腕は他の場所と比べて恒星の密度が特に高いため、腕から出ている時代に彗星の衝突が少ないことも説明できます。

地球の歴史上、天体衝突が集中する「爆撃期」が何度か起きたことや、それがおおよそ周期的に起こっていることはこれまでに分かっていましたが、これが大陸地殻の形成に関わっている可能性が今回明らかとなったわけです。大陸地殻を形成するメインの作用は地球内部で完結しているという点は変わりありませんが、大陸地殻の形成を促す作用として宇宙からの天体衝突が関わっている、というのは非常に興味深い説となるでしょう


C.L. Kirkland, et.al. “Did transit through the galactic spiral arms seed crust production on the early Earth?”. (Geology)

2022-09-01
Soraeより

温暖化を低減する「スペースバブル」プロジェクト

Posted by moonrainbow on 01.2022 地球   0 comments   0 trackback
地球と太陽の間に泡のバリアを設置して温暖化を低減。MITが主導する「スペースバブル」プロジェクト

スペース・バブル

地球と太陽の間に泡の壁、スペースバブル

 アメリカ、マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究者は、地球と太陽の間に巨大な泡状のバリアを設置し、太陽放射の一部を遮断することで、地球温暖化の影響を理論的に低減させようとしている。

 「スペース・バブル(宇宙の泡)」プロジェクトは、宇宙に泡で作った巨大なイカダを浮かべるという大胆な構想だが、打つ手がなくなってしまう前に、緊急解決策を考えておくのは重要なことだという


透明な泡をいくつも並べ太陽光を遮る「スペース・バブル」

 スペースバブルの構造は、原理的には単純だ。太陽・地球間の「ラグランジュ点」(天体と天体の重力で釣り合いが取れる安定ポイント)に透明なバブルをいくつも並べ、それで太陽の光を遮るのだ。

 バブルをすべて連結させれば、ブラジルほどの面積になると想定されている。光が遮られ、地球に届く太陽の熱が減れば、当然温暖化は緩和されるはずだ


スペース・バブル1
image credit:Space Bubbles

 同様のアイデアは、以前にも提唱されたことがある。

 例えば、地球の反射率を高めるために成層圏にガスを流したり、海上の雲を明るくしたり、あるいは砂漠に反射材を設置したりといったものだ。

 スペース・バブルもその派生バージョンなのだが、宇宙に設置されるため、地球に反射材を設置する方法と違って、生物圏に影響しないという大きなメリットがある


スペース・バブル2
image credit:Space Bubbles
 
またバブルを収縮させて解体可能であることも重要なポイントだろう

スペース・バブル3

地球と太陽のラグランジュ点に設置される。両天体の引力が相殺されるため安定する / iimage credit:Space Bubbles
 大胆なアイデアだが、数学的には裏付けがある。

 研究グループによれば、仮に今地球に届いている太陽放射の1.8%を反射することができれば、地球温暖化は完全に逆転するのだという。

 バブルを設置するには、液状のシリコンやグラフェンで補強されたイオン液を宇宙に運び、現地で膨らませる。

 すでに予備実験が行われており、宇宙を模した環境で球状のシェルを膨らませることに成功したという。

 また地球からの輸送に、レールガン(磁力で物体を射出する銃)を利用できるかどうかなども検討されている


スペース・バブル4
image credit:Space Bubbles

ただし完全な温暖化対策ではなく補助的な手段
 
ただし研究グループが意図するのは、完全な温暖化防止策ではない。

 むしろ他の対策の補助的な手段として想定されている。したがって、これが可能だったとしても、現在の温暖化対策は進めていかなければならない。

 だが現在の温暖化対策が来るべき破滅を回避するには十分ではないことを考えると、そろそろ常識外れのやり方も検討しなければならないのかもしれない


2022年06月23日
カラパイアより

地球の外核の最外部を7年ごとに通過する新しいタイプの磁波

Posted by moonrainbow on 08.2022 地球   0 comments   0 trackback
7年周期で外核の最外部を通過する新しいタイプの磁波が発見される

新しいタイプの磁波が発見される
──「地球の外核(中心部にある液体の層)の最外部を7年ごとに通過する新しいタイプの磁波が見つかった」との研究成果が発表された

新しいタイプの磁波が見つかった

地球には磁場があり、その勢力が及ぶ領域、すなわち「地球磁気圏」が地球を包み込んで宇宙線などから生命体を保護している。磁場の強さや大きさ、形状は変動しており、時間の経過とともに弱まっているが、「磁場がどこでどのように発生したのか」、「磁場はなぜ常に変動し、徐々に弱まっているのか」など、解明されていない点もまだ少なくない

■ 年あたり最大1500キロの速度で西へ移動している

2022年5月に開催されたESA(欧州宇宙機関)のシンポジウムでは、「地球の外核(中心部にある液体の層)の最外部を7年ごとに通過する新しいタイプの磁波が見つかった」との研究成果が発表された。その研究論文は2022年3月21日付の「米国科学アカデミー紀要(PNAS)」に掲載されている。

ESAは2013年11月、人工衛星3基からなる地磁気観測衛星「スウォーム(SWARM)」を打ち上げ、地球磁気圏のデータを収集している。仏グルノーブル・アルプ大学らの研究チームは、「スウォーム」の観測データとドイツの地球観測衛星「チャンプ」やデンマークの磁場観測衛星「オーステッド」がそれ以前に観測したデータを組み合わせ、1999年から2021年までの約20年にわたる観測データを分析した。

その結果、核とマントルが接する外核の最外部を横切る新しいタイプの磁波が検出された。この「磁気コリオリ波」の周期は7年で、振幅は年あたり約3キロに達し、年あたり最大1500キロの速度で西へ移動している。研究論文の筆頭著者でグルノーブル・アルプ大学のニコラス・ジレ研究員は「このような波の存在は長年にわたって理論化されてきたが、これまでは今回の研究結果が示したよりもずっと長い時間的尺度で起こっていると考えられてきた」と述べている


■ 磁波は外核深部の攪乱によって引き起こされるとみられる

この研究成果は、異なる周期で振動する「磁気コリオリ波」がほかにも存在する可能性を示唆している。ジレ研究員は「磁波は外核深部の攪乱によって引き起こされるとみられ、おそらく浮力ブルームと関連している」と考察。また、「磁波はそれぞれ周期と長さスケールで特定され、その周期は作用する力の特徴に依存する。『磁気コリオリ波』では、周期が外核内の磁場の強さを示している」とし、「より長い周期の磁波が存在するかもしれない」と指摘している

2022年6月2日
ニューズウィーク日本版より
 

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