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ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡、木星の衛星エウロパに生命の痕跡を発見

太陽系のほとんどの惑星や月は、明らかに死滅しており、生命が住むにはまったく適さない。地球は唯一の例外だ。しかし、生命が存在する可能性を秘めた世界もいくつかある。

その最たるものが木星の衛星エウロパで、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡(JWST)はそこに炭素を発見したばかりだ。そのため、月とその地下の海は、生命を探す上でさらに望ましいターゲットとなっている。

生命は化学的多様性を必要とし、その多様性の中で炭素は必要不可欠である。JWSTは、タラ・レジオと呼ばれるエウロパ表面の特定の場所、いわゆるカオス地形が多い地域で豊富な二酸化炭素を検出した。この場所は重要だ。

エウロパの表面で二酸化炭素が見つかったからといって、必ずしも月の地下の海に炭素があるとは限らない。地表の二酸化炭素は、外部からの供給源、おそらく隕石によって地表に運ばれた可能性がある。もしそうだとすると、活動場所である海には炭素が存在しないことになる。

しかし、混沌とした地形に炭素が存在することは重要な証拠となる。

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ガリレオ探査機が撮影したエウロパの氷殻の画像。 (Credit: NASA/JPL-Caltech)

カオス地形とは、エウロパの氷殻上にある、隆起、亀裂、凸凹、平滑な領域が無秩序に混ざり合った乱れた領域のことである。これらは、表面と海洋の間を物質が行き来する可能性のある、激動の領域である。つまり、そこで二酸化炭素が見つかったということは、その炭素が海から来たことを強く示しているのだ。

「地球上では、生命は化学的多様性を好みます。私たちは炭素ベースの生命なのですメリーランド州グリーンベルトにあるNASAゴダード宇宙飛行センターのGeronimo Villanueva氏は、「エウロパの海の化学的性質を理解することは、エウロパが我々が知っているような生命にとって敵対的な場所なのか、それとも生命にとって良い場所なのかを判断するのに役立ちます」と語った。

炭素は他の多くの種類の原子と容易に結合を形成するため、生命の骨格となる。より多くの種類の分子を形成するためには、周囲に多様な化学物質が必要である。多様性は化学の世界では可能性を意味するので、海洋から来た炭素を発見することは、エウロパの海洋でどのような種類の分子が形成されるかを知るエキサイティングなヒントになる。

「私たちは今、エウロパの表面に見られる炭素が海から来たものであるという観測的証拠を得たと考えています。それは決して些細なことではありません。炭素は生物学的に不可欠な元素です」とコーネル大学のSamantha Trumbo氏は付け加えた。

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この図は、JWSTのNIRCamによるエウロパ表面のマップを最初のパネルに、NIRSpec/IFU(近赤外分光器の積分フィールドユニット)のデータから得られた組成マップを次の3つのパネルに示しています。組成図の白いピクセルは、タラ・レジオ(中央と右)として知られるカオス地形の大規模な崩壊領域における二酸化炭素に対応し、カオス地形パウィス・レジオ(左)の一部にも濃度がある。2枚目と3枚目は結晶性の二酸化炭素の証拠を示しており、4枚目は複雑で非結晶性の二酸化炭素を示している。ウェッブを使った天文学者たちは、タラ・レギオとパウィス・レギオのカオス地形で炭素を発見した。(Credit: NASA, ESA, CSA, G. Villanueva (NASA/GSFC), S. Trumbo (Cornell Univ.), A. Pagan (STScI))

ハッブル宇宙望遠鏡は2019年、同じくタラ・レギオにあるエウロパの表面に塩を発見した。これは海が塩分を含んでいることを強く示している。これは、他の証拠とともに、エウロパが岩石質の海底を持つ暖かい塩分を含んだ海であることを示唆している。科学者たちは、水と岩の界面は生命の重要な前兆だと考えている。

そこに炭素が加わるだけで、興奮はさらに高まる。この発見によって、生命が存在する可能性がまたひとつ高まった。また、この発見は、ESAのJUICEミッションやNASAのエウロパ・クリッパーを含む将来の探査を形作る助けにもなる。

木星探査機JUICEのコンセプト。 (Credit: ESA)

エウロパへの究極のミッションは、何らかの方法で氷を溶かすかドリルで穴を開け、海を直接採取することだろう。しかし、それは将来の話だ。JUICEとエウロパ・クリッパーは、厚さ数十キロの氷床に挑むどころか、エウロパに着陸することさえできない。そのためJWSTは、氷の下に何が埋まっているのか、そしてその氷が生命を維持する可能性があるのかどうかを理解するために、遠くからできることをやっているのだ。

エウロパの問題の重要な部分は、地表と海洋の間に相互作用があるかどうかということであり、今回の結果は、それがあることをより証明するものである。

「科学者たちは、エウロパの海がどこまで地表とつながっているのかを議論している。この疑問がエウロパ探査の大きな原動力になっていると思います。この結果は、全容を把握するために氷を掘削する前であっても、海洋の組成についていくつかの基本的なことを知ることができるかもしれないことを示唆しています」と、Villanueva氏は説明する。

二酸化炭素の性質は、炭素が比較的最近エウロパの表面に堆積したことを示している。炭素はエウロパの表面では安定ではないので、若い表面領域で見つかったことと合わせて、地質学的に最近の出来事でエウロパから来たという考えを補強している。

JWSTが二酸化炭素を発見するのに要した観測時間の短さは注目に値する。この強力な宇宙望遠鏡は、炭素を検出するために貴重な観測時間のうち数分しか必要としなかったのだ。願わくば、これが太陽系における将来の観測の指標となることを。

「これらの観測に要した時間はわずか数分です」と天文学研究大学協会のHeidi Hammel氏は言う。Hammel氏はまた、ウェッブの学際的な科学者であり、ウェッブによる太陽系の第1サイクル保証時間観測を率いている。第1サイクルのGTOでは、太陽系の研究に約400時間の観測時間を割いているので、炭素を検出するのにわずか数分しか使わないというのは、素晴らしい成果である。「この短い時間でも、私たちは本当に大きな科学を行うことができました。この仕事は、ウェッブでできる素晴らしい太陽系科学の最初のヒントを与えてくれます」と、Hammel氏は語った。

JWSTのエウロパ観測は、『Science』誌に2つの新しい論文をもたらした。両論文の著者は明らかにこの発見に興奮しているが、同時に注意を促している。一方の論文では、「これらの観測結果は、炭素がエウロパの内部から供給されていることを示していると解釈する」と述べているが、もうひとつの論文では、「海洋由来の有機物や炭酸塩の放射線分解による表面での生成を否定することはできないが、CO2は内部の海洋で形成されたことを提案する」と書いている。

水の噴出が、エウロパの海洋から地表に物質を送り込む役割を担っている可能性がある。ハッブル宇宙望遠鏡は数年前に水蒸気を発見し、エウロパが木星の円盤を10回通過するのを見て、再び水蒸気を発見した。ハッブルはその10回の画像のうち3回で水の噴出を発見した。科学者たちは、より強力なJWSTが再び水蒸気を発見することを期待した。もし見つけることができれば、表面に堆積している炭素の量の上限を設定し始めることができるだろう。

JWSTではプルームを見つけることはできなかったが、だからといってプルームがないというわけではない。プルームは断続的で変化しやすい。

「これらのプルームが変動している可能性は常にあり、特定の時間にしか見ることができない可能性もある。私たちが100%の自信を持って言えることは、ウェッブでこれらの観測を行ったとき、エウロパでプルームを検出しなかったということです」と、Hammel氏は語った。

「これは、ウェッブが木星の衛星の研究にもたらす素晴らしい最初の結果です。これらの観測と今後の観測から、木星の表面の性質について他に何がわかるか楽しみです」と、欧州宇宙天文学センターの現ESA研究員Guillaume Cruz-Mermy氏は述べている。

JWSTは、宇宙の最も古く、最も遠い天体を研究していることで日常的に話題になっているが、これらの結果は、JWSTが太陽系近隣についても多くのことを教えてくれることを示している。実際、この強力な宇宙望遠鏡はすでに、土星の衛星エンケラドスで水の噴出を発見している。

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NASA/ESA/CSAジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のNIRCam(近赤外線カメラ)の画像は、土星の衛星エンケラドスの南極から噴出する水蒸気プルームを示しており、その大きさは月自体の40倍にも及ぶ。挿入図はカッシーニ衛星からの画像で、JWSTの画像ではエンケラドスが水蒸気プルームに比べていかに小さく見えるかが強調されている。 (Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, G. Villanueva (NASA’s Goddard Space Flight Center), A. Pagan (STScI).)

ESAのJUICE(Jupiter Icy Moons Explorer)は2023年4月に打ち上げられ、現在木星系への長旅の途中である。JUICEは、エウロパと木星の他の2つの衛星、ガニメデとカリストを調査する。ガニメデは太陽系最大の月で、その埋もれた海には地球全体よりも多くの水が含まれているかもしれない。カリストは太陽系で3番目に大きな月だ。興味深い天体だが、科学者たちは海があるとは確信していない。

NASAのエウロパ・クリッパーは、今から1年後に打ち上げられる予定だ。クリッパーはエウロパの研究を直接の目的としている。探査機は2030年に木星系に到着し、JUICEは2031年に木星系に到着する予定だ。

しかしJWSTのおかげで、2030年代初頭を待つ間、科学者たちは太陽系のさらなる発見に期待できる。これらの新しい結果は、エウロパと土星の衛星エンケラドスの地下海洋に捧げられた10時間の観測時間の一部である。

つまり、JWSTが太陽系に捧げる観測時間はまだ390時間あるということだ。JWSTは他に何を発見するのだろうか?


論文

参考文献


この記事は、EVAN GOUGH氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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