地球

地球は太陽から3番目の惑星であり、現在私たちが適用できるあらゆる尺度において、太陽系で最も注目すべき天体である。表面に液体の水を保持していると分かっている唯一の世界であり、酸素に富んだ大気に包まれた唯一の惑星であり、生物が生息していると確認されている唯一の場所である。直径12,742kmの岩石惑星で、太陽からほぼ1天文単位の距離を周回しており、ガス巨星に比べれば見劣りするように見えるが、密度は5.51g/cm³と、実はすべての惑星の中で最も高い。

地球を際立たせているのは、単一の記録ではなく、太陽からの距離、23.44度の地軸の傾き、溶けた鉄の中心核、24時間周期の自転といった、一見ありふれた数字の組み合わせが、表面を温暖で、守られていて、生物圏が何十億年も存続できるほど湿った状態に保っていることである。

層をなす、絶え間なく動く内部

地球を割ってみると、4つの入れ子状の層が見つかる。中心には半径約1,220kmの固体の鉄ニッケル内核があり、月より小さいが溶けるほど高温で、押しつぶすような圧力によって固体のまま保たれている。その周りを液体の外核が渦巻き、その外側には深さ約2,900kmに及ぶ厚く、ゆっくりと対流する岩石質のマントルがあり、最後に薄い皮膚のような地殻がある——海洋の下ではわずか約5kmの玄武岩、大陸の下ではより軽い花崗岩質の岩石が最大70kmに達する。

その薄い地殻は、下にあるマントルの上で擦れ合い、沈み込み、離れていくジグソーパズルのようなプレートに分かれている。地球は、現在このようなプレートテクトニクスが働いていることが知られている唯一の惑星であり、これは地質学の枠を超えて重要な意味を持つ。沈み込みは岩石、海洋、大気の間で炭素を循環させ、地質学的な時間スケールにわたって気候をおおむね居住可能に保ってきた惑星規模の温度調節装置として機能している。同じ内部の熱が、この惑星を絶えず作り変える地震や火山活動を引き起こしており、それゆえ地球は月や火星とは異なり、古い衝突クレーターをほとんど身にまとっていない。

磁気の盾

対流と地球の自転によってかき混ぜられた外核の渦巻く液体鉄は、自己維持型のジオダイナモとして働き、全球的な磁場を生み出している。その磁場は外側へと膨らみ、広大な磁気圏を形成する——太陽に面した側では圧縮され、夜側では長い尾のように引き伸ばされている——これが太陽風、すなわち太陽が秒速数百kmで吹き付けてくる荷電粒子の流れをそらしている。

この磁場がなければ、太陽風は徐々に大気を剥ぎ取っていくだろう。かつて火星が自らのダイナモを失った際に起きたと考えられている現象と同様である。磁気圏はまた、ドーナツ状のヴァン・アレン帯にエネルギーの高い粒子を閉じ込め、他の粒子を極へと導く。そこで粒子は上層大気に衝突し、オーロラとして輝く。この磁場は固定されたものではない。揺らぎ、弱まり、地質学的な時間の中で何度も完全に極性を反転させてきた。その歴史は、海底の磁化した岩石に刻み込まれている。

呼吸可能な空を持つ海の世界

液体の水は地球の表面積の約71%を覆い、平均水深約3.6kmの海を形成している——これは他のどの惑星も共有していない決定的な特徴である。地球は太陽の「ハビタブルゾーン」に位置しており、水が完全に凍りつかない程度に太陽に近く、かつすべて蒸発してしまわない程度に離れている。大気は、平均表面温度を穏やかな15℃近くに保つのにちょうど十分な圧力と温室効果による温暖化をもたらしている。

その大気は約78%が窒素、21%が酸素で、二酸化炭素、水蒸気、アルゴンなどわずかに残った成分が、それに見合わない大きな役割を果たしている。この遊離酸素そのものが生命の指紋である。何十億年もの間、光合成を行う微生物によって大気中に送り込まれてきたものであり、はるか上空では、この酸素から作られたもろいオゾン層が太陽の紫外線の多くを遮っている。地球は事実上、自らの生物圏によって目に見える形で作り変えられた惑星なのである。

1日、1年、季節

地球は恒星を基準にすると23.93時間で1回自転する——これが恒星日である——そのため太陽日はほぼ正確に24時間となり、太陽を1周するのに365.256日かかる。地軸は垂直から23.44度傾いており、太陽からの距離の変化ではなく、この傾きこそが季節を生み出している。1年を通じて、それぞれの半球は交互に太陽の方へ、あるいは太陽から離れる方へ傾き、昼の長さを伸ばしたり縮めたりし、正午の太陽の高さを上げたり下げたりする。

この傾きは長い時間スケールでも驚くほど安定しており、これは異常なほど大きな月による重力的な錨によって安定化されている。この一定性のおかげで、地球は自由にふらつく地軸がもたらしうるような気候の激しい変動を免れてきた。これもまた、生命の存続を助けてきた静かな条件の一つである。

1つの大きな月

地球には天然の衛星が1つあり、それが月であり、惑星に対して非常に大きい——地球の直径の4分の1以上を占め、主要な惑星の中で衛星と惑星の直径比が最大である。月はおそらく約45億年前、火星ほどの大きさの天体が若い地球に衝突し、破片の円盤を軌道上に飛び散らせたことで形成され、それが集まって私たちが見る月になったと考えられている。

月の重力は海の潮汐を引き起こしており、その潮汐の摩擦が地球の自転をゆっくりと減速させると同時に、月を年間約3.8cmずつ外側へ押しやっている。何億年もの時間で見れば、これは地球の1日が徐々に長くなっていくことを意味する——惑星の自転に刻み込まれた、ゆっくりと続く交換なのである。

私たち自身の惑星を研究する

地球は私たちが内側から研究できる唯一の世界だが、宇宙時代はそれを観測の対象にも変えた。惑星全体を捉えた最初の映像——アポロ8号による1968年の「地球の出」の写真と、アポロ17号による1972年の「ブルー・マーブル」——は、地球を小さく限りある楽園として再定義し、現代の環境科学の誕生を後押しした。今日では多数の人工衛星が地球を継続的に観測し、海洋、氷、植生、天候、そして変化する気候を地図化している。

地球は今なお、惑星科学における不可欠な基準点であり続けている。私たちが探査する他のあらゆる世界は、地球の質量、密度、温度、そして何より生命が存在する表面と比較して測られる。この惑星がどのように機能しているかを理解することは、居住可能な世界がどれほど稀有なのか、あるいはどれほどありふれたものなのかを判断するための物差しなのである。