生命居住可能領域（ハビタブルゾーン）の科学的定義と天文学的背景

ハビタブルゾーン（英語: Habitable zone、HZ）とは、天文学において、地球と似た生命が存在できる可能性のある領域を指す言葉である。日本語では生命居住可能領域、生存可能圏、あるいは生存可能領域とも呼ばれる。

一般的にこの用語は惑星系のハビタブルゾーン（Circumstellar habitable zone、CHZ）を指し、恒星の周辺において十分な大気圧がある環境下で、惑星の表面に液体の水が存在できる範囲として定義される。その範囲の算定は、主に太陽系内における地球の位置と、太陽から受ける放射エネルギー量に基づいている。

歴史的背景

液体の水が存在可能となる恒星からの距離の範囲については、アイザック・ニュートンの著書『自然哲学の数学的諸原理』の第3巻にもその見積もりが見られる。学術的な概念としての提唱は1953年にさかのぼり、ドイツの物理学者フーベルトゥス・シュトルクホルトが著書の中で「エコスフィア（Ecosphere）」という用語を用いて生命体が出現しうる様々なゾーンについて言及した。同年にはアメリカの天文学者ハーロー・シャプレーも「Liquid water belt」という理論を提唱している。

その後、1959年に中国出身のアメリカの天体物理学者である黄授書（Su-Shu Huang）が、惑星の居住性と地球外生命体の文脈において「Habitable zone」という用語を初めて導入した。1990年代に入ると、天文学者のジェームズ・カスティングらが地球の大気組成や地表温度のコンピューターモデリングを行い、現在広く用いられている実用的なハビタブルゾーンの定義を確立した。

測定と境界条件

ある天体が主星のハビタブルゾーン内に位置するかどうかは、惑星の軌道半径、天体自身の質量、および主星の放射束に依存する。ハビタブルゾーンの境界は、一般的に内縁と外縁の2つによって定義される。

• 内縁境界（暴走温室条件）： 恒星に近すぎる領域であり、強力な温室効果によって表面の水が蒸発し、暴走温室効果を引き起こす限界の場所とされる。
• 外縁境界（全球凍結条件）： 恒星から遠すぎる領域であり、惑星が全球凍結状態に陥る最低限の恒星放射を受ける境界とされる。

また、地球や金星などの比較的低質量の惑星表面を対象とした基準だけでなく、強力な温室効果を持つスーパー・アースなどを想定した「Extended habitable zone（拡張ハビタブルゾーン）」というより広範囲の領域を区別して議論することもある。

宇宙生物学的な広がり

近年の宇宙生物学では、恒星からの直接的な放射エネルギーに依存しない地下生物圏の概念も受け入れられている。潮汐加熱や放射性崩壊をエネルギー源とする環境や、高圧下での溶液（アンモニアや塩化物など）の存在を考慮すると、従来の恒星周辺ハビタブルゾーンの外側や、自由浮遊惑星、太陽系外衛星であっても液体の水が存在し得る可能性が検討されている。