地球の未来の姿? 灼熱の金星が発する警告とは

地球との類似点が多いことから「地球の双子星」と呼ばれる金星は、大気のほとんどを二酸化炭素が占め、極端な温室効果のために地表面温度は460℃にも達します。

一方、地球では人間活動に伴う二酸化炭素の大量排出によって温暖化が進み、さまざまな問題が生じています。

もともとは豊かな水の惑星だったとされる金星が灼熱の星と化した――。それは地球の未来の姿だと警告する科学者もいます。
金星は従来、欧米を中心に探査が行われてきましたが、現在は日本も衛星による観測や大規模なシミュレーション解析を行い、次第にその実態が明らかになってきました。

本稿では、金星の実態を明らかにした上で、今後の気候変化予想を把握し、地球温暖化の深刻な状況について改めて考えます。

地球の「双子星」金星

なぜ「双子星」と呼ばれるのか? 地球との類似点

金星は、地球のすぐ内側を回っている太陽系惑星です。
金星の直径は地球の約0.95倍、重さは地球の約0.82倍と他の太陽系惑星の中でも大きさは1番類似しており、地球と同じ46億年前に誕生しました[*1]。

以下の図1は地球と金星の直径と質量を表しています[*2]。

図1: 金星と地球の直径と質量
出典: JAXA 火星探査機あかつき「金星」
https://akatsuki.isas.jaxa.jp/mission/venus/

太陽系において、岩石や金属などから構成される岩石惑星は、水星・金星・地球・火星しかありません。その中でも、金星の内部構造は地球と似ていると推定されています[*1], (図2)。

図2: 金星と地球の内部構造
出典: JAXA 「金星の概要」
https://www.jaxa.jp/countdown/f17/overview/venus_j.html

このような理由により、金星と地球は「双子星」あるいは「兄弟星」と呼ばれています。

地球の邪悪な双子 地球との相違点

このように、惑星として地球との類似点が多い金星。しかし、その環境に着目すると、ESA(欧州宇宙機関: European Space Agency)が「Earth’s evil twin(地球の邪悪な双子)」と名付けているほど、地球とは全く違う星だということがわかります[*3]。

誕生したばかりの金星には地球と同じような原子大気があったと考えられています。しかし、現在の金星大気の主成分は表1のように96.5%が二酸化炭素(CO2)であり、窒素(N2)と酸素(O2)をメインとする地球とは環境が大きく異なります[*4]。

表1: 惑星大気の占める割合と主成分
出典: 日本天文学会 天文学辞典「惑星大気」
https://astro-dic.jp/planetary-atmosphere/

また、金星では、太陽光は濃硫酸でできた分厚い雲で反射されてしまい、地表に届く光は地球の10分の1ですが、大気のほとんどを占める二酸化炭素の温室効果によって、地表の温度は450℃を超えます。もし、温室効果がなければ表2のように金星は-46℃の世界でした[*5]。


表2:金星、地球、火星の大気組成と温室効果

出典: 気象庁「環境白書(平成9年度版)」
https://www.env.go.jp/policy/hakusyo/h09/10291.html

さらに、大気のほとんどを二酸化炭素が占める金星では地球の35万倍の炭素が含まれているため、金星の表面には地球の100倍もの圧力が加えられており、それは深海800mに相当します。

以上のように、双子星と呼ばれていながらその環境や状況は地球と全く異なります[*2]。

金星の状況から予測する地球の未来

誕生したばかりの金星と地球は、原始は同じような大気だったと考えられていますが、金星は温室効果によって温暖化現象が進み、現在の現在のような灼熱状態になりました。

この金星に起こった温暖化現象を解明することで、今現在地球で起こっている温暖化現象を把握できるだけではなく、地球の未来の姿がみえてくる可能性があります。

金星の探索の歴史

金星の探索は、旧ソビエト連邦とアメリカ合衆国が競うように宇宙開発を進めていた今から約50年前に始まりました。

探査が始まったきっかけとなったのは、1961年の旧ソビエト連邦による「ベネラ1号」打ち上げですが、翌年の1962年にはアメリカの「マリナー2号」の打ち上げがそれに続きます[*1]。

そして2005年にはESAによって金星周回軌道へ「ビーナス・エクスプレス」が投入され、2014年5月までの長きに渡り探索が行われていました[*6], (図3)。

図3: 金星周回軌道上のビーナス・エクスプレス
出典: ESA「VENUS EXPRESS IN ORBIT」https://sci.esa.int/web/venus-express/-/38274-venus-express-in-orbit

この「ビーナス・エクスプレス」により、金星の大気の組成や地表面の化学組成が測定されました。

その結果から、温暖化現象によって、地球では、大気中の二酸化炭素の大部分が海から炭酸岩塩に変わりましたが、金星は水の大部分を海から宇宙空間に排出して失ったことがわかりました。このように、地球と金星は過去に同じような表層環境を持ちながらも、異なる進化を遂げていることが明らかとなったのです[*7]。

温室効果ガスである二酸化炭素の増加によってこのまま温暖化が進めば、やがて地球も金星と同じ道をたどるおそれがあり、そうならないためには二酸化炭素の管理をきちんとする必要がある、と科学者は警告しています[*8]。

金星探査機「あかつき」による観測・成果

2010年5月にJAXA(国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構)から打ち上げられた「あかつき」は、金星大気の運動を3次元的に可視化し、大気の流れや組成、また雷や火山活動の有無を調査することを目的としています[*9], (図4)。

図4: あかつきの観測概念図
参考: 宇宙科学研究所「金星大気の観測」
https://akatsuki.isas.jaxa.jp/mission/observation/

あかつきによる赤外線カメラと、観測画像の解析によって金星の雲の中にある巨大な筋状構造が発見されました。図5は「あかつき」の金星探索と地球シミュレータ「AFES-Venus」による大規模シミュレーションの連携によってもたらされた世界初の成果です[*10]。

図5: あかつきの金星仮想雲の測定結果とAFES-Venusのシミュレーション結果
出典: 宇宙科学研究所(JAXA)「金星探査機『あかつき』が金星の雲の中に巨大な筋状構造を発見 数値シミュレーションによる再現・メカニズム解明にも成功」
https://www.isas.jaxa.jp/topics/002009.html

金星にある惑星規模の巨大な筋状構造は、地球で観測されたことがない金星特有の現象であり、それをAFES-Venusのシミュレーションが再現したことで、金星の気象条件が一部解明できました。

また、金星大気中の自発的な波の励起を初めて再現するなど、あかつきの観測結果を元にシミュレーションが行われ、着々と金星という惑星の解明が進んでいます[*11]。
このように観測だけでは解き明かせない現象も、大規模シミュレーションと連携することで答えを導き出すことが可能です。

近い将来、分厚い硫酸雲に包まれた金星の、まだ多くの謎が残る気象のすべてが解明されることが期待されています。

金星は未来の地球の姿?

二酸化炭素による温室効果で460℃にも至る温暖化が進み、さらに濃硫酸でできた分厚い雲に覆われている金星。

一方、地球では人為的な二酸化炭素や硫酸塩エアロゾルなど大気汚染物質の大量排出により、温暖化が進んでいます。
温室効果によって温暖化が進んだ図6のような金星の姿は、地球の未来の姿かもしれないのです[*12]。

図6: ベネラ13号が撮影した金星の表面
出典: ESA「Surface of Venus seen by Venera 13」
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2007/11/Surface_of_Venus_seen_by_Venera_13

また、金星の気象を計測し、それを解析・把握することが地球で起こっている異常気象を理解することにつながる可能性が期待されています。

二酸化炭素の累積排出量が地球環境に与える影響

地球温暖化と海洋、氷床および海面水位における変化

2021年8月に「気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第6次評価報告書(以降「AR6」)」が2013年の「第5次報告書」(以降「AR5」)以来8年振りに公表されました[*13]。

AR6では、二酸化炭素の累積排出量と気温上昇量の変化はほぼ比例関係にあることが記述されています[*14], (図7)。

図7: 世界のCO2累積排出量と気温上昇量の関係
出典: JCCCA全国地球温暖化帽子活動推進センター「1-9 CO2排出量と気温上昇量の関係」
https://www.jccca.org/download/42990

AR6では、産業革命以降、二酸化炭素は約2兆4,000億トン排出されており、工業化前からの気温上昇を67%以上の確率で1.5℃に抑えるためには、残りの排出量上限はあと4,000億トンであることも示されました。

また、気温上昇をあるレベルで止めるためには、CO2累積排出量を制限して、少なくとも実質ゼロ排出を達成し、他の温室効果ガスも大幅に削減する必要があるとしています。

さらに、二酸化炭素排出が増加するシナリオにおいては、海洋と陸域の炭素吸収源が大気中のCO2蓄積を減速させる効果が小さくなると予測されています[*15]。

図8は炭素循環の概要を表しています[*16]。

 

図8: 炭素循環の概要図
出典: 環境省「IPCC 第5次評価報告書の概要 ―第1作業部会(自然科学的根拠)―」(2014)
https://www.env.go.jp/earth/ipcc/5th/pdf/ar5_wg1_overview_presentation.pdf, p.52

二酸化炭素排出が増加すると、地球は排出した二酸化炭素を吸収し切れなくなってしまい、海洋酸性化が進行して、大気中の二酸化炭素の増加を更に促進する形で、炭素循環過程に影響を与えると、AR5でも推測されています。

AR6では、過去から現在、そして将来の温室効果ガスの排出に起因する多くの変化、特に海洋、氷床および海面水位における変化は、百年から千年の間、不可逆的であることも指摘されています[*15]。

温室効果ガス排出量の推移

次に、温室効果ガス排出量の推移をみていきます。
まず、世界各国の排出量をみましょう[*17], (図9)。

図9: 主な国のエネルギー起源温室効果ガス排出量の推移
出典: 環境省「主な国別エネルギー起源温室効果ガス排出量の推移」
http://www.env.go.jp/earth/co2_ghg_emission_2019.pdf, p.5

中国の排出量が急激に増加し、1990年からの約30年間で353%の増加率になっています。
また、日本の排出量は6番目に多いことがわかります。

次に日本の排出量の推移をみます[*18], (図10)。

図10: 日本における温室ガス排出量の推移
出典: 環境省「2020 年度(令和 2 年度)の温室効果ガス排出量(確報値)について」
https://www.env.go.jp/earth/ondanka/ghg-mrv/ghg/Honbun_2020_GHGInventory_FinalFigures.pdf, p.2

2020年度の温室効果ガス総排出量は二酸化炭素換算で11億5,000万トンで、前年度の総排出量と比べて、5.1%(6,200万トン)減少しました。
このうち二酸化炭素が占める割合は90.8%です。

温室効果ガスの総排出量は、2014年度以降7年連続で減少しており、排出量を算定している 1990年度以降、最少を更新しました。

前年度と比べて減少した要因は、新型コロナウイルス感染症の感染拡大による製造業の生産量の減少や 旅客・貨物輸送量の減少などの影響で、エネルギー消費量が減少したためです。

また、2013年度と比べて減少した要因は、再生可能エネルギーの普及や原発再稼働に伴い、電力由来の二酸化炭素排出量が減少したためとみられています。
ただし、冷媒におけるオゾン層破壊物質(フロン)の代替であるハイドロフルオロカーボン類(HFCs)の排出量は年々増加しています。

迫りくるティッピングポイント(地球温暖化の不可逆性)

2019年、Nature誌に科学者たちによって書かれた「気候のティッピングポイント―賭けるにはリスクが高すぎる(Climate tipping points — too risky to bet against)」という論文が発表されました[*19]。

この論文は、地球が既に「ティッピングポイント」を超える脅威に直面している、あるいはある地域では既にティッピングポイントを超えてしまっているかもしれないと述べ、私たちは地球規模の緊急事態にあると警鐘を鳴らしています。

ティッピングポイントとは、ものごとの臨界点のことで、そこを超えるともう元の状態には戻れないことを意味します。

2018年と2019年に発表されたIPCCの特別報告書には、地球温暖化による気温上昇が産業革命以前の水準から1~2℃超えただけでもティッピングポイントを迎える可能性があると示唆されています。

この論文では、例えば、西南極のアムンゼン海堤防や東南極氷床の一部であるウィルクスベイスンなどの氷床が既にティッピングポイントを通過している可能性が高いことを指摘しています。

また、グリーンランド氷床は1.5℃の温暖化で破滅するおそれがあり、それは早ければ2030年にも起こり得るとしています。
そうなると、将来的に10メートル前後の海面上昇が生じるおそれがあります。

これは一例であって、さまざまな地域でティッピングポイントを超えるおそれがあり、もし地球規模で生じれば、生物絶滅の危機を迎えるおそれもあります。

著者たちはこう訴えます。

気候のティッピングポイントまでに残された時間は既にゼロになっているかもしれない。それにもかかわらず、温室効果ガスの排出量実質ゼロを達成するまでには30年もかかる。
したがって、私たちはすでにティッピングを防ぐためのコントロールを失っているおそれがある。
しかし、リスクはまだある程度コントロールできる可能性があり、被害を減らすために今すぐ行動しなければならない。
わたしたちがとらなければならない方策は明確だが、時間が尽きかけている。

この論文は、二酸化炭素の排出が地球環境に壊滅的な状況を招く危険性がすぐそこにまで迫っていると警告しているのです。

金星探索の今後の課題と展望

2021年6月、NASAは「DAVINCI+(ダビンチ・プラス)」と「VERITAS(ベタリス)」の2機を2028~2030年に金星に向けて打ち上げると発表しました[*20]。NASAでは30年ぶりに行われる金星ミッションです。

「DAVINCI+」では、金星がどのように形成され、進化したのかを解明するため、惑星の上空と大気圏内の両方から観測を行います[*21], (図11)。

図11: 大気深部から地表に至る、DAVINCI+の垂直移動観測
出典: NASA「NASA to Explore Divergent Fate of Earth’s Mysterious Twin with Goddard’s DAVINCI+」
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-to-explore-divergent-fate-of-earth-s-mysterious-twin-with-goddard-s-davinci

「VERITAS」では、レーダーを使用しながら高度および地理的特徴をとらえ、3次元の高分解マップを作成していきます[*22], (図12)。

図12: 金星の地形や地質の高解像度マップをレーダーで作成する「VERITAS」のイメージ図
出典: NASA「VERITAS: Exploring the Deep Truths of Venus」
https://cosmos.isas.jaxa.jp/ja/the-story-of-venus-nasas-lori-glaze-talks-about-the-selection-of-the-two-new-nasa-missions-to-venus-ja/

「DAVINCI+」と「VERITAS」の2機が同時に探索を進め、より効率・精度の高い観測を行います。

「DAVINCI+」では正確な大気組成の測定値が得られることが期待されています。それは、地球と金星の希ガスを比較することで、地球と金星は本当に「双子」と呼べるほど同じような環境だったのか、また金星に起こった暴走温室効果は最初から決まっていたのかの答えを見つけることができるからです[*23]。

また、NASAに続きESAも金星探索の計画を発表しています。世界でも金星探索による正確なデータ収集が、地球の未来予測を握るカギとして大変注目を集めています。

金星の後を追う地球にならないために

原始の大気は地球と同じであったと予測され、地球と類似点が多い双子星「金星」。しかし、これまで見てきたように、金星は二酸化炭素による温室効果によって地球とは異なる進化を遂げ、地表面温度が460℃にも達するなど、現在の環境は大きく異なります。

金星がなぜ現在の状態になったのかを解明できれば、地球が同じような運命を辿らないための情報が得られるかもしれません。

地球上では人間活動による二酸化炭素の排出量が増加し続けています。このような状況の中、他人事ではない金星の調査・探索からは、今後も目が離せません。

 

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参照・引用を見る

*1
JAXA 「金星の概要」
https://www.jaxa.jp/countdown/f17/overview/venus_j.html

*2
JAXA「金星とは」
https://akatsuki.isas.jaxa.jp/mission/venus/

*3
The European Space Agency「Earth’s evil twin」
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2019/05/Earth_s_evil_twin

*4
日本天文学会 天文学辞典「惑星大気」
https://astro-dic.jp/planetary-atmosphere/

*5
気象庁「環境白書 (平成9年度版)」
https://www.env.go.jp/policy/hakusyo/h09/10291.html

*6
The European Space Agency 「Venus Express in orbit around Venus」
https://sci.esa.int/web/venus-express/-/38274-venus-express-in-orbit

*7
Håkan Svedhem et al., (2007)Venus as a more Earth-like planet,Nature, vol.450, p.632
https://www.researchgate.net/publication/5802281_Venus_as_a_more_Earth-like_planet

*8
宇宙科学研究所「金星極域の高温の謎 ~金星と地球を結ぶもの~」
https://www.gispri.or.jp/newsletter/199505-4

*9
宇宙科学研究所「金星大気の観測」
https://akatsuki.isas.jaxa.jp/mission/observation/

*10
宇宙科学研究所 「金星探査機「あかつき」が金星の雲の中に巨大な筋状構造を発見 数値シミュレーションによる再現・メカニズム解明にも成功」
https://www.isas.jaxa.jp/topics/002009.html

*11
神戸大学 「金星大気中の自発的な波の励起を初めて再現」
https://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe/NEWS/news/2021_06_18_01.html

*12
The European Space Agency「Surface of Venus seen by Venera 13」
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2007/11/Surface_of_Venus_seen_by_Venera_13

*13
環境省「報道発表資料>気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第6次評価報告書第Ⅰ部会報告書(自然科学的根拠)の公表について 1.概要」
http://www.env.go.jp/press/109850.html

*14
JCCCA全国地球温暖化帽子活動推進センター「1-9 CO2排出量と気温上昇量の関係」
https://www.jccca.org/download/42990

*15
気候変動に関する政府間パネル(IPCC)第 6 次評価報告書 第 1 作業部会報告書(自然科学的根拠) 政策決定者向け要約(SPM)の概要(ヘッドライン・ステートメント)
http://www.env.go.jp/press/109850/116628.pdf, p.2

*16
環境省「IPCC 第5次評価報告書の概要 ―第1作業部会(自然科学的根拠)―」(2014)
https://www.env.go.jp/earth/ipcc/5th/pdf/ar5_wg1_overview_presentation.pdf, p.52

*17
環境省「主な国別エネルギー起源温室効果ガス排出量の推移」
http://www.env.go.jp/earth/co2_ghg_emission_2019.pdf, p.5

*18
出典: 環境省「2020 年度(令和 2 年度)の温室効果ガス排出量(確報値)について」
https://www.env.go.jp/earth/ondanka/ghg-mrv/ghg/Honbun_2020_GHGInventory_FinalFigures.pdf, p.2

*19

Timothy M. Lenton, Johan Rockström, Owen Gaffney, Stefan Rahmstorf  Katherine Richardson, Will Steffen & Hans Joachim Schellnhuber: Climate tipping points — too risky to bet against. Nature (2019)
https://www.nature.com/articles/d41586-019-03595-0

*20
NASA「NASA Selects 2 Missions to Study ‘Lost Habitable’ World of Venus」
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-2-missions-to-study-lost-habitable-world-of-venus

*21
NASA 「NASA to Explore Divergent Fate of Earth’s Mysterious Twin with Goddard’s DAVINCI+」
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-to-explore-divergent-fate-of-earth-s-mysterious-twin-with-goddard-s-davinci

*22
NASA「VERITAS: Exploring the Deep Truths of Venus」
https://cosmos.isas.jaxa.jp/ja/the-story-of-venus-nasas-lori-glaze-talks-about-the-selection-of-the-two-new-nasa-missions-to-venus-ja/

*23
宇宙科学研究所「金星探査の新展開 :NASA惑星科学部門長LORI GLAZE博士が語る,「NASAはなぜ二つの金星ミッションを選定したのか」
https://cosmos.isas.jaxa.jp/ja/the-story-of-venus-nasas-lori-glaze-talks-about-the-selection-of-the-two-new-nasa-missions-to-venus-ja/

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