生命 – しかし私たちが知っているものとは違う

エンケラドゥスの最初のフライバイでは、以前想定されていた空気のない氷体ではないとのフラグが立った、と、カッシーニのプロジェクト科学者Linda Spilkerは説明しています。 そこでカッシーニはさらに接近し、そしてまた接近しました。 3回目のフライバイでは、熱赤外線で高温の南極を検出し、4つの虎縞模様を間近に見ることができました」と彼女は言います。 南極付近の虎縞模様は、月の他の部分より200℃も温度が高いのです。 エウロパと同様に、土星からの重力による摩擦で、エンケラドスが内側から加熱されていると推測されます。

この3度目のフライバイでは、縞模様から噴出する物質のプルームの証拠も採取されました。 もちろん、それでエンケラドスに対する興味はさらに深まった」とスピルカーは言う。 その後の20回のフライバイのうちいくつかは、プルーム物質の中を直接飛び、その中のガスや粒子を採取しています。 その時、水蒸気、塩分を含んだ貯水池、有機物を発見したのです」

カッシーニに搭載されたイオンおよび中性質量分析計は、ガスとその中の粒子の両方で、装置の限界までプルームに有機分子を検出しました。 ‘100原子質量単位まで検出できた。 C2 から C6 のグループ、そしておそらくそれ以上のグループがあります」と、スピルカー氏は説明します。

水蒸気、塩分を含んだ貯水池、そしてエンケラドスの極ジェットからの有機物を発見しました

これらの有機物を見つけたことは「非常に刺激的」でしたが、それが生物によって形成されたかどうかはまだ言えません、と彼女は説明します。 この装置にはその区別をする方法がありません。アミノ酸や脂肪酸のような大きな鎖の親分子を探すことができる、より強力な質量分析計で、もっと広い範囲まで調べる必要があります」

プルームデータにおける他の刺激的な発見は、水素の過剰と、非常に熱い水でしか形成できないナノシリカの微粒子を検出したことです。 この2つの情報は、エンケラドスの海底にある熱水噴出孔の証拠を示しています」とスピルカーは言う。 熱水噴出孔は、海水がマグマと出会う場所で形成されます。 水は核の中の割れ目を通り、加熱され、再び勢いよく出てきます。

地球上では、熱水噴出孔には他では見られないような生物がたくさん生息しています。 これらの微生物は、地球のコアから上がってくるミネラル豊富な流体中の栄養分からエネルギーを得ている。 地球上で唯一、最終的に太陽からエネルギーを得ていない生物と考えられている。

エンケラドゥスは、エウロパと同じく、その氷の表面の下に地球規模の海があると考えられています。 カッシーニの10年分のデータから、月の振動を調べたところ、コアと地殻が固定されていないことがわかった。 それらを切り離す方法は、地球規模の液体の水の海を持つことです」とスピルカーは言う。 現在、エンケラドス上のこの地球規模の海は、数億年から数十億年前のものである可能性があると推定されています。 これは、生命が形成される可能性のある巨大な水域に、膨大な時間があったことを意味するので、わくわくします」と彼女は説明します。

カッシーニが収集したデータは、エンケラドスが生命維持に必要な3つの要素を備えていることを示していますが、実際に生命が存在する証拠はまだ見つかっていません。 エンケラドスは非常に小さく、土星に非常に近いため、地球から発見するのは難しい」と、スピルカー氏はこの月の探査には望遠鏡は向いていないと説明する。 そしてこの理由から、ここでのさらなるミッションが望ましいと、彼女は説明します。

Titan

カッシーニは、土星の月を訪れた最初の宇宙船ではありません。 ボイジャー1号は1980年にこの地域を訪れました。 カッシーニがエンケラドスの噴煙を発見した後、研究者がこれらの古い画像のいくつかを再処理したとき、噴流が実際には25年前にカメラで撮影されていたことに気づきました。 1944年、天文学者は望遠鏡を使って、この月がメタンを含む厚い大気を持っていることを発見しました。 その後、ボイジャー探査機が収集したデータによると、そのほとんどは窒素で、メタンは数パーセント、エタン、プロパン、アセチレンなどの炭化水素は少量であることが判明しました。 1990年代半ばに赤外線宇宙観測機で測定した結果、もっと複雑な分子を見つけることができました」と、米国ボルチモアのジョンズ・ホプキンス大学の大気化学者サラ・ヘルスト氏は説明する。 カッシーニがタイタンに到着し、大気の測定を始めたところ、ベンゼンのような質量78のものを見つける代わりに、カッシーニはタイタンの大気上部に質量1万を超えるイオンがあることを発見しました」と、Hörst 氏は言います。 つまり、6～7個の炭素原子ではなく、7～800個の炭素原子です」

カッシーニと2005年1月にタイタンに着陸したホイヘンス探査機に搭載された機器は、これらのイオンを特定することはできませんでしたが、その存在だけは確認することができました。 これらの分子は、大気の外側にある窒素とメタンが紫外線と放射線によって分解され、あらゆる方法で再結合するときに形成されます。 タイタンでは、化学反応は非常に早く複雑になります」と、同じくジョンズ・ホプキンス大学のラルフ・ロレンツは説明する。 カッシーニがタイタンについて教えてくれた最大のことの1つは、タイタンに到着する前に考えていたよりも、化学がさらに複雑だということです」

タイタンは、その氷の表面の下に液体の水の海があると考えられている。 タイタンの氷の地殻は、おそらくエウロパやエンケラドスよりもずっと厚いでしょう」と、ヘルストは言う。 ここでも、地下に海がある他の月で疑われているように、生命が存在する可能性があるのだ。 しかし、生命が形成される可能性のあるタイタンの環境は、これだけではありません。 タイタンは地球以外で唯一、地表に液体があることが知られている場所です。 しかし、表面温度が-180℃であるため、これらに水が含まれることはあり得ません。 カッシーニ探査機は、地球では気体である超低温のエタンとメタンでいっぱいであることを突き止めたのです。 タイタンでは、これらの液体炭化水素が川の谷を作り、雲を作り、雨として降るのです。 しかし、生命維持に必要な溶媒として作用する可能性はあるのだろうか。

「もし地表に生物がいるとしたら、我々とは全く異なる化学的性質を持つはずです」と、Hörst氏は説明する。 それはまだ、炭素、窒素、水素、酸素をベースにしているかもしれません。

Organic matter is constantly falling out of the atmosphere

‘We don’t really understand the full range of chemical possibilities in a non-polar solvent like liquid methane,’ と Lorenz 氏は説明します。 アクリロニトリルで膜を形成することが可能かもしれないと推測されています。 このような集合体はアゾトソームと呼ばれ、従来の生物化学におけるリポソームの類似品と考えられています」。 分子のメタンを好む末端とメタンを嫌う末端によって、アクリロニトリルは、ある化学物質のセットを別のものから分離することができる球状の小胞に配列できるかもしれません」

「アクリロニトリル化学が最終的に生物になるために必要とする機能についてのいくつかの可能性は分かっていますが、すべてのステップがどのようにしてできるかは分かっていません」

。 もちろん、水中でどのようにすべてのステップが行われるかもわかっていません」とロレンツは言います。 タイタンで生命を探すには、2つの異なる環境が必要なのです。 私たちは、私たちが知っている生命を探すことができますが、私たちが知らない生命も探すことができ、物事を複雑にしています」

Hörst と Lorenz は、まさにこれを目指すアイデア段階のミッションの一員である。 2017年12月、Nasaは、タイタンのプレバイオティック化学を探索するために、ドラゴンフライと呼ばれるドローン状の回転翼機を送る可能性を開発するためのさらなる資金提供を発表しました。 2019年の春、Nasaはドラゴンフライが離陸するかどうかを発表する予定だ

「幸運にもドラゴンフライに資金が提供されれば、2025年に打ち上げられ、2034年にタイタンに到達するだろう」とローレンツは説明する。 ドラゴンフライは、1時間に数十キロの飛行が可能なクアッドコプターで、これまでのどの惑星探査機よりも遠くまで飛ぶことができるだろう。 タイタンの環境は、低重力と厚い大気という特殊性があるため、ローターを使用してラボを移動させるのは非常に簡単です」。 ドラゴンフライは、タイタンの表面と大気の化学的性質を調べるための一連の機器を搭載している」と、彼は言う。 また、ドリルとガンマ線スペクトロメーターを使って、地表の下を探査することも可能です。 Hörst氏は、「表面だけを見ていたのでは必ずしも見ることができないような情報を得ることができます」と説明します。 有機物は常に大気から落ちており、その下にあるものを覆い隠してしまう可能性があります」

2034年までは、タイタンの研究に望遠鏡が使われ続けるでしょう。 南米のアタカマ砂漠にある電波望遠鏡群、アタカマ・ラージ・ミリメーター・アレイは、私たちにとって本当に素晴らしいリソースです」とホルスト氏は言う。 タイタンを校正対象としており、これらのデータはすべて一般に公開されています。 そのデータを使って、すでにタイタンの大気中にかなりの数の新しい分子が発見されているのです」。 この望遠鏡によって、これらの分子がタイタンの大気中にどのように分布しているかという情報も発見されるでしょう。 そして、ジェームス・ウェッブが打ち上げられたら、その望遠鏡からもタイタンの良い科学が得られるといいですね」

太陽系外

ジェームス・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は2019年前半に打ち上げられる予定だそうです。 ラグランジュポイント2（太陽、地球、月の重力が打ち消し合う深宇宙の場所）に「停まる」予定です。 JWSTが開発されている米国ボルチモアの宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者、ニコル・ルイス氏は「ただそこに座って、宇宙のその点を周回することになります」と説明する。 ハッブル宇宙望遠鏡の科学運用センターでもある。

太陽系の惑星や月を研究するだけでなく、JWSTは太陽系の外にも目を向け、生命を宿す可能性のある太陽系外惑星の研究にも参加する予定である。 2017年2月、トラピスト1号星には地球サイズの惑星が7個周回していることが発表されました。 わずか39光年の距離にあるこの太陽系は、私たちの太陽系と非常によく似ています。 そして、少なくとも3つの惑星はいわゆるハビタブルゾーンにあり、表面に液体の水が存在する可能性があります。

トラピスト-1の惑星は、スピッツァー宇宙望遠鏡、チリの通過惑星・惑星系小型望遠鏡（トラピスト）、その他のいくつかの地球上の望遠鏡を用いて発見されました。 また、発見以来、ルイス氏率いるチームは、ハッブル望遠鏡を使ってこれらの惑星の大気のスクリーニングを行っています。 JWSTは、ルイスのチームが現在形成しているこれらの太陽系外惑星とその大気の姿に、さらに多くの詳細を加えることになるでしょう。 JWSTは、これまでのどの望遠鏡よりも感度の高い赤外線望遠鏡で、水、メタン、二酸化炭素、酸素、オゾンなど、太陽系外惑星の大気を構成する化学的指紋を検出することができます。 ある種の化学種はバランスがとれているはずなのに、生命がいるとそのバランスが崩れてしまうのです」と、彼女は説明します。 私たちは、生命が存在することを示す、大気の不均衡の兆候を探すために、多くの惑星を探索することができるでしょう」

ルイスは、未来がもたらすかもしれないものに明らかに興奮しています。 太陽系外惑星と太陽系科学の面で、非常に大きな変革の時期になるでしょう。 太陽系内の月を理解し、生命維持の可能性を探るのです。