あまり大きな岩石惑星には生命が誕生し難い？

質問

地球の半分の直径で質量10％の火星は大気が1％しかなく、
地球の倍の直径は質量が10倍近くなり重力も倍近くなる
と聞き及びますが、相当大気が濃くなりうるのでしょうか？

もし地表まで光があまり届かなかったら、
大型の生命が誕生し生きて行けるだけの食料は
得続けられるでしょうか？

大気が濃くなる場合、温室効果ガスの量が増えたりと
気温は高くなりうるのでしょうか？

そもそも大きな岩石惑星は恒星からそれなりに遠くないと
発生しないなんてお話も聞きますが、
そういうものなのでしょうか？

回答No.5

iapetus

> 相当大気が濃くなりうるのでしょうか？

　地球を含め、大気を持つ星に、その大気を接ぎ留めているのは、その星の重力です。
　当然ながら、重力が大きければ、その星からの脱出速度が大きくなるのですから、大気を組成する分子などが惑星の重力を振り切って逃げてしまう確率は非常に低くなります。
　我々の地球に大気があり、地球が従えている最も近い天体である月に大気が無い理由の大半は、それが原因です。
　月の脱出速度は、概ね2.4km/sで、地球のそれは8.9km/sです。
　常温における空気を構成する分子の熱運動速度は、500m/s前後ですが、ある偶然で複数の分子と同時に衝突し、月の脱出速度を超える分子があるとすれば、長い時間を掛けて月は大気を失っていったと考えられるのです。

　しかし、一方で土星の衛星タイタンには、月より少し小さい重力しかないのに、1.5気圧程度の大気圧があり、単位地表面積当りの大気量は、地球の10倍にもなります。
　カッシーニ探査機が捕えたタイタンの映像では、大気の不透明度も影響しているのでしょうけど、地表のディテールがボヤけて見えるほど、厚い大気があるように見えます。

　結論としては、重い星ほど多くの大気を獲得できる可能性はやはり高いと言えるでしょうけど、条件次第では、タイタン程の軽い星でも、たくさんの大気が持てる可能性は有り得ます。

>大型の生命が誕生し生きて行けるだけの食料は得続けられるでしょうか？

　これも、その星が持つ組成から、消費できるだけの有機物が得られるかどうかでしょう。
　これについては、星系毎の、或いは星個別ごとの要件が不確定すぎて、回答がし辛いかと思います。
　他の方の意見を私も参考にします。
　また、結局、地球では体を大きくし過ぎた生物は、巨大隕石の激突による地球規模の環境変化に耐え切れず大半が死に、体を維持するのに絶対エネルギー量の小さい哺乳類が生き残ったことを考えると、大型生物は環境の変化に脆弱なことだけは確かでしょう。
　そうなると、生命が生き残れるかどうかは、食料の量だけが要因ではないことになります。

> 気温は高くなりうるのでしょうか？

　大気の絶対量と言うよりも、その大気全体における、温室効果ガスの組成比率が高いかどうか、が問題です。
　金星の地表温度が、それよりずっと太陽に近い彗星よりも高いのは、分厚い大気を以て保温効果が他より高いという要因もあるでしょうけど、金星の大気の主成分が二酸化炭素であることが、金星大気が高温である主な理由です。
　温室効果は、二酸化炭素を1とすると、メタンは31倍もあり、メタンが多い大気は熱を逃がしにくいのです。

　但し、かつて太陽系のハビタブルゾーンは非常に狭いと言われていましたが、嫌気性細菌（酸素が毒である微生物）というものがある事実や、他の方が指摘された熱水鉱床のエネルギーの恩恵で生きる生物など、生命維持の方法は比較的多様らしいことも判ってきました。
　生命は、何も地球でポピュラーなタイプばかりではなく、一般にはリンを用いているはずの内臓組織が、代わりに周期表のひとつ下のヒ素を使うといった生命が発見されたことで、生物の環境変化能力はまだまだ未知数であることも判ったのです。
　それ故、エウロパの地下大洋や、最近、ホイヘンス探査により大気循環を示す海や川が確認された低温世界のタイタンですら、ハビタブルゾーンの候補に祭り上げられ、その確認も、半世紀程度のうちに行われることでしょう。

> そもそも大きな岩石惑星は恒星からそれなりに遠くないと発生しない

　これも、観測技術の進歩により、系外惑星が次々に発見されるにつれて、内惑星は大型且つガス惑星であり、岩石惑星は外側に存在する傾向が一般的で、我が太陽系の方がユニークであることが次第に判ってきました。
　つまり、原始太陽系は、太陽のまるで渦巻き銀河のように、シンバルを二つ合わせたような、中心にバルジという星間物質が集まって膨らんで濃くなった部分を持った形状で太陽を周回していたので、本来なら太陽に近い程、大きなガス惑星が出来たはずなのです。
そうならなかった理由は未だに判っていないものの、原始太陽系の中ほどを、をある程度の質量を持った「はぐれ星」が通り抜け、その重力で惑星の材料を引きつけ、舟形に引き延ばしたため、両端に小さな岩石惑星が出来、中心に大きなガス惑星が並んだ、という説があります（その説が提唱された当時は、冥王星は惑星だった）。

お礼

タイタンはそんなに濃い大気を持っているのですね。

＞巨大隕石の激突による地球規模の環境変化に耐え
＞切れず大半が死に、体を維持するのに絶対エネル
＞ギー量の小さい哺乳類が生き残ったことを考える
＞と、大型生物は環境の変化に脆弱なことだけは確
＞かでしょう。
何度も大絶滅を乗り越えて今があるんですよね。

＞ヒ素を使うといった生命が発見
そうした発見で可能性がどんどん変わるのですね。
地球の外でも新たな可能性が見つかる事も
あるんでしょうかね。

＞我が太陽系の方がユニーク
＞であることが次第に判ってきました。
そうなのですね。少し聞いた事があったような。
太陽風、はぐれ星。
成り立ちに色々な説があるんですね。

興味深いご回答ありがとうございました。