無数の惑星に生物が誕生
和戸川 純
ビッグバン後の宇宙から生物の誕生に至るまでの、壮大な物理・化学・生物進化（「ビッグバンから始まった生物の進化」を参照）を辿ると、次のような結論を出さざるを得ません。
宇宙に存在する原子の大部分は、ビッグバンのときに誕生した水素原子です。最も単純な原子である水素原子は、宇宙に存在する原子の約７５％を占め、圧倒的な存在感を示しています。
水素原子と酸素原子から、地球型生命の誕生と維持に必須な水が作られます。この水は単純な化合物です。宇宙には水（氷）が大量に存在します。また、水素原子それ自体が、原子・分子レベルの生体反応において中心的な役割を担っています。即ち、宇宙に普遍的な物理化学反応によって作られた、宇宙空間の至るところに存在する原子や分子をもとに、惑星上で生命が誕生します。ここに奇跡が入る余地はありません。
２０１６年のNASAの発表によると、宇宙には、今まで考えられていたよりも１０倍も多い、２兆個の銀河（いわゆる島宇宙。私たちの銀河は「銀河系」、または「天の川銀河」と呼ばれる）が存在します。私たちの銀河系には約２０００億個の恒星が含まれているので、この数を銀河の平均的な恒星数とすれば、宇宙には４Ｘ１０
23
個もの恒星が存在します。
どれくらいの数なのか、イメージするのが困難なほどの大きな数です。
主系列星に含まれるとても平凡な太陽の周囲を、８個の惑星が回っています。太陽系誕生の過程を考慮すれば、他の恒星にも複数の惑星が随伴している、と考えるのが自然です。
それらが太陽系外惑星と呼ばれます。全宇宙の太陽系外惑星の数が、恒星の数倍になると仮定することに、大きな無理はありません。
中心の恒星から適当に離れていて、そこに惑星があれば液体の水が存在するような宇宙空間を、生命居住可能領域（ハビタブルゾーン）と呼びます。地球は、太陽系のハビタブルゾーン内に存在し、１気圧の大気中で気温が０～１００度Cの範囲内ならば、水は凍結もせず沸騰もしません。 この水が、炭素系の地球型生命を育みます。
このような惑星が存在する確率は、８個の惑星が周回する太陽系では８分の１です。今までの観測結果から、太陽系は特別な存在とは考えられません。
従って、地球型生命を育む惑星が、多くの恒星の周囲を回っている、と結論することに不都合がありません。
一歩ゆずって、地球がやや特別な存在とします。惑星がハビタブルゾーンに存在し、気温が生物の誕生に最適でも、気圧によっては水が蒸発してしまうからです。そこで、
地球のような惑星が存在する確率を、８分の１よりもはるかに小さい１００分の１と見積もります。それでも、銀河系だけで、２０億個の海を持つ惑星が存在していることになります。宇宙全体で４ｘ１０
21
個。「宇宙は生命でいっぱい」である可能性が、とても大きいのです。
これらの生物を、SFによく登場する、ケイ素系やイオウ系などのおどろおどろしい異形の化け物と考える必要はありません。
宇宙空間の塵や彗星、地球など、至る所に炭素化合物が存在するので、他の惑星の生物も、炭素から構築されたタンパク質から成る、地球型生命と考えて良いと思います。
上の文章を書いたのは、２０１２年６月のことでした。翌年の１月に、三鷹の国立天文台で研究に従事している、若手天文学者の講演を聞きました。テーマは「太陽系外惑星探索の現状」でした。その研究者は、１月に得られた、まだ公表していない最新のデータまで含めて、太陽系外惑星に関する研究結果を包括的に講演しました。
以前は、主に視線速度測定によって、太陽系外の惑星の探索が行われていました。視線速度測定とは、恒星の光のドップラー効果を測定することによって、恒星の動きを明らかにする技法です。惑星が周囲を公転していれば、恒星の動きに変化が生じるので、ドップラー効果が分かれば随伴する惑星の大きさなどを推定できます。欠点として、この技法では、地球よりも質量がかなり大きな惑星でなければ、発見が困難です。
最近は、重力レンズ効果法や、探査機ケプラーの直接観測によって、太陽系外惑星の探索が加速されるようになりました。特に、NASAが宇宙空間に設置した宇宙望遠鏡ケプラーが、威力を発揮しています。
ケプラー計画では、最終的には、太陽系周辺の１０万個以上の恒星を調べます。しかし、望遠鏡による直接観測には短所があり、地球よりも小さな惑星の発見は困難です。中心星から遠く離れたところに存在する、巨大惑星が主に発見されます。講演があった２０１３年１月までに、２７４０個の太陽系外惑星が確認されました。２０１７年５月の時点で、この数が４４９６個に増えました。
２７４０個の太陽系外惑星のうち、約５０個の惑星が、ハビタブルゾーン内に存在しています。発見された惑星の約２％に相当します。けれども、地球程度、あるいは地球よりも小さい惑星の発見が困難な状況を考えると、ハビタブルゾーンにある惑星の数は、間違いなくこれよりも大きくなります。
ケプラー計画におけるもう一つの重要な発見は、各恒星が、少なくとも１個の惑星を持っているということです。
太陽系誕生の歴史を考慮すると、全ての恒星に惑星が随伴しているのは、当り前のことと考えられます。
惑星が発見された恒星のうち、少なくとも６分の１の恒星の周囲を、地球サイズの惑星が回っています。このような観測結果からも、太陽系が極めて平凡な存在であることが分かります。
上の割合を考慮すると、銀河系だけでも３３０億個ほどの地球サイズの惑星が存在することになり、全宇宙では、その２兆倍という膨大な数の地球サイズの惑星の存在が、示唆されます。
２０１６年に、イギリスの研究チームが、NASAの観測結果を裏づける研究結果を発表しました。 太陽に最も近い恒星プロキシマ・ケンタウリの周囲を、地球サイズの惑星が回っているのです（最初に示した想像図）。軌道がハビタブルゾーンに入るので、液体の水の存在が予想されます。 この観測結果も、地球型惑星がどこにでも存在していることを示唆します。
２０１７年に、NASAが、 地球から３９光年離れたところにある恒星が、地球類似の惑星７個を持つことを発見し、Natureに発表しました。７個の惑星の大きさは、地球の０．８～１．１倍なので地球とほぼ同じ大きさです。少なくとも３個の惑星（上図のd, e, f）に、液体状の水が存在している可能性があります。
この発見からも、海を持つ惑星が、宇宙ではありふれていることを予想できます。 ここまで述べてきたように、地球型生命は、海があれば、奇跡などがなくても自然に誕生すると考えられます。
太陽系外惑星の表面の物理化学的状態を、直接に観測できるようになりつつあります。 高度な文明を持つ高度知的生命体が、惑星に人工的な現象を引き起こしていることを、直接の観測によって証明できる日が、やがて来ると思われます。
講演した上述の研究者への私の質問。
「地球型生命のもとになる水と炭素化合物は、星間雲の中で大量に作られています。今ここに私たち人類が存在しているのは、偶然ではなく必然ではないでしょうか？」
注意深い研究者の答。
「そういう意見もありますが、別の意見もあります」
銀河系中心部には、私たちの太陽系が存在する銀河系の腕の部分よりも、古い恒星の数が多いと予想されます。もしもそこに地球型惑星があれば、その惑星の年令は地球よりも古く、人類よりも進化した高等知的生命体が住んでいる可能性があるのです。
そこで私の質問。
「銀河系中心部の恒星が持っている惑星の数は、太陽系周辺よりも多いのか少ないのか、予想できますか？」
慎重な研究者の答。
「その質問に答えるためのデータを持ち合わせておりません」
ハワイに口径３０ｍの次世代望遠鏡が建設されています（TMTプロジェクト）。 日本、アメリカ、カナダ、中国、インドの国際協力のもとに、プロジェクトが進められています。この望遠鏡が完成すれば、太陽系外惑星の探索に大きな威力を発揮します。
ここまで書いたように、知的生命体が住んでいる太陽系外惑星は、とてもたくさんあると考えられます。 もしも多くの惑星に、私たちのような生物が住んでいるならば、その中には高度な文明を築き上げた高度知的生命体が、含まれるはずです。今までに、私たち人類は、なぜコミュニケーションを取れていないのでしょうか？
DNA末端にテロメアと呼ばれる部分があり、細胞分裂のたびに短くなります。テロメアがなくなると細胞は死んでしまいます。個体レベルでは老衰で寿命が尽きます。それから計算すると、医療がどのように進歩しても、私たちの寿命は１２０歳程度までしか伸びません。
世界最長寿の人の寿命が、これくらいです。
進化の時間スケールからは、極端に短い寿命です。「アッ」という間に世代が交代していかなければ、急激な環境変化に種として対応できない、と考えられます。より環境に適応した個体を、次々と生み出すことができなくなるからです。進化は、種の生き残りのために個体の寿命を短くしました。
同じような宇宙環境下で誕生した他の惑星の生物も、遺伝的に規定された寿命は、とても短くなっているはずです。そうでなければ、進化することが不可能になります。
１００歳程度の寿命しかない生物にとって、宇宙空間は余りにも広大です。太陽に最も近い恒星（アルファ・ケンタウリとプロキシマ・ケンタウリを含む３重連星）でさえも、４光年余も離れています。現在の技術で製造が可能な、太陽系脱出速度の秒速３０ｋｍを出せる宇宙船でも、到着するまでに４万年以上かかる距離です。人類程度の文明しか持ち合わせていない地球型生命にとって、星間飛行は不可能です。
遭遇はできなくてもコミュニケーションは取れるかもしれない、と誰もが考えます。 他の知的生命体から発信された電波を受信する努力が、続けられています。あるいは、人類が発した電波が、他の惑星に住む高度知的生命体によって受信される可能性を、考える人がいます。
ここでも、宇宙空間が余りにも広大であることを、認識しなければなりません。１００年前に人類が初めて発した電波は、まだ１００光年先までしか届いていません。しかも、 ３次元空間を進む電波は、距離の３乗に比例して減衰します。高度知的生命体が住む他の惑星に到達しても、電波は、宇宙の最もかすかなノイズの中に埋もれてしまいます。逆も真です。他の惑星に住む高度知的生命体が発した電波を、人類が受け取ることは、不可能ではないとしても可能性は限りなく小さい、としか考えられません。
人類よりももっと文明が進んだ高度知的生命体は、コミュニケーションに原始的な電波を使っていないかもしれません。広大な宇宙空間を考えると、その可能性がとても大きくなります。そのような高度知的生命体は、この銀河系だけでも、無数の惑星に地球型生命体が住んでいることを、知っていると思います。地球に人類が存在していることを知っても、特に関心を持たないかもしれません。何しろ、人類程度の文明を持つ地球型生命体は、恐らく数限りなく存在しているのですから。
電波は光速でしか空間を伝わらず、 宇宙が膨張を停止していると仮定しても、電波媒体で情報を地球から宇宙の端まで送ると、到達するのに４６５億年もかかります。 実際には、宇宙の端は光速の約３倍で遠ざかっているので、電波を通信に使ったのでは、情報が宇宙の端に到達することは永遠にありません（ 「外側から見た私たちの宇宙」を参照 ）。
電波（光も）は、宇宙規模の通信媒体としては明らかに不適当です。光速の媒体を使ったのでは、とても近い１００光年先の惑星上の知的生命体とも、発信者の存命中にコミュケートはできません。けれども、時間の流れを全く気にせず、瞬時にコミュケートできる方法があります。
アインシュタインは、量子の非局所性という概念で示された量子もつれに、拒否反応を示しました。アインシュタインによると「神はサイコロ遊びをしない」。大御所アインシュタインの批判によって、非局所性の議論が物理学の表舞台から消えました。量子もつれが真剣に議論されるようになったのは、アインシュタインの死後でした。 特殊相対性理論が発表されてから１００年ほど経ってから、量子もつれが量子力学の主要なトピックの１つになったのです。
SF用語のテレポテーションは量子もつれと同義語です。SFではテレポテーションで人間が空間を瞬間移動します。 「時空を超える量子ネットワーク」でこの量子もつれを解説していますので、読んでください。量子もつれはとても奇妙な物理現象ですが、量子コンピューターで量子もつれの基礎的な原理（量子重ね合わせ）を使っているので、既に実証された現象と言うことができます。
２つの量子が、数万光年離れていても、数億光年離れていてもかまいません。両量子の特性を決定する物理場が、状態の重ね合わせという現象によって瞬時に同期します。量子もつれは、瞬時に空間を跳躍するだけではありません。特定の量子状態を未来へ瞬間転送できることを、物理学者が数学的に証明しました。
この量子もつれを使えば、宇宙のどこに住んでいる高度知的生命体とも、情報のやり取りを瞬時にできるだけではありません。未来の宇宙や過去の宇宙の生命体とも、コミュケートできるようになります。SF的に発想すれば、未来や過去の自分自身と会話することもできます。 それが、必ずしも幸せをもたらすとは限りませんが。。。
大量の情報を送信するには、数多くの量子の量子もつれを思うように制御しなければなりません。これが極端に難しいのです。不確定性で特徴づけられた大量のもつれを、送信者の意図通りに制御する方法は、確立されていません。受信者側にも同じ問題があります。
物質が大きくなると、特定の量子状態が壊れやすいという問題もあります。実験室レベルでは原子までの瞬間移動しか成功していません。 あなたや私が、テレポテーションで他の惑星へ瞬間移動することは、今の段階ではまだ夢に過ぎません。
大量の情報を伝達するために、大量の量子もつれを制御することだけが、難しいのではありません。 半減期なしで量子もつれが突然に消える現象が、困難をもたらします。通常の物理現象では、このようなエネルギー場の突然死はありません。量子もつれが高次元時空を介した現象ならば、突然死を容易に理解できます。ただし、もつれた量子が高次元時空へ消失するならば、私たちには突然死を止める方法がありません。逆に、もつれた量子が、高次元時空から突然に現れる可能性があります。 このもつれの誕生も制御不能です。
人類よりも、１００万年ほど先へ進化した高度知的生命体がいるならば、量子もつれを完全に制御しているかもしれません。 この程度の進化の時間差は、宇宙スケールからは瞬時に過ぎません。 量子もつれをコミュケーションだけではなく、空間の移動に使っている高度知的生命体が、無数に存在することを予想できます。他の惑星上の生命体ばかりではなく、私たちの未来の子孫が、このようなことをやっている可能性があります。
彼らが私たちと接触できるとしても、接触に興味がなければ、彼らの存在を把握できるような兆候を、私たちに示すことはないでしょう。あるいは、私たちが既に兆候をつかんでいるとしても、それを高度知的生命体の存在の表象とは思わず、自然現象の一部として理解している可能性があります。
後者の可能性が大きいと思います。
石器時代人には、飛行機やテレビが、何を意味するのかを理解できません。
技術や文明の進歩が加速しているので、１００万年後の人類と現代人の差は、石器時代人と現代人の差よりもずっと大きいことは、間違いありません。
上に書いたことが事実としても、私たちは悲観する必要がありません。夢を見ることができます。
肉眼で見える６等星までの星の数は、全天で８６００個です。これは南北両半球で見える星の数なので、夜に空を見上げると半分の４３００個を見ることになります。
NASAの発表によれば、これらの星の全てに惑星が随伴しています。 NASAの結論から計算すると、地球サイズの惑星を持つ星は、夜空に見える星のうち、７２０個ほどになります。 ハビタブルゾーン内に存在する惑星を持つ星は、約９０個です。中心星に近い、地球サイズの惑星の発見は極めて難しいので、実数がこれを上回ることは間違いありません。 ここまで述べたように、地球上の生物の誕生に奇跡が入る余地はありません。他の地球型惑星にも生物が誕生している、と考えるのが自然です。
生物の進化が当り前ならば、頭上の星のうち、数百個の星の周囲を回る惑星上で、私たちが見ている夜空を、それらの惑星に住む知的生命体が見上げていると思います。異星人たちは、自分たちに似た他の知的生命体に思いを馳せているのではないでしょうか。
上の写真で示した地球の風景は、地球から数十光年離れたところに存在する、他の惑星上の風景と瓜二つかもしれません。 その惑星上のビーチでカメラを構えると、人類によく似た生物が、海へボートを出そうとしている写真を撮ることができます。
アインシュタインが言いました。「新しい理論は自然でなければならない。無理や不自然さがなければ、その理論は真理により近くなる」、と。
アインシュタインの言を待つまでもなく、
宇宙に生命体が存在する惑星は地球だけと考える天動説よりも、そのような惑星は無数に存在すると考える地動説のほうが、ガリレオ以来の宇宙観にとってより自然です。私たちは、宇宙の中心的な存在から、全くありきたりな存在になりつつあります。そのおかげで、他の多くのありきたりな存在にいつか遭遇できるという、大きな夢を持つことができます。