2336日後に私たちは地球外生命を発見するかもしれない

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アーサー・C・クラークの小説「2001年宇宙の旅」の続編、「2010年宇宙の旅2」では、最後に異星人の知的生命体がジュピターを恒星に変えてしまいます。宇宙飛行士たちが爆縮から間一髪で逃れたとき、異星人から次のようなメッセージを受け取ります。「これらすべての世界はお前たちのものだ。ただしエウロパを除く。そこには着陸を試みるな」
これは小説の話ですが、すでに1982年の時点で、私たちは太陽系で地球外生命を見つける最有力候補としてエウロパを想定していたことを示唆しています。そして42年後の2024年10月、NASAは地球外生命の痕跡を探すための最も先進的なミッションを打ち上げます。目的地は木星の衛星エウロパです。
ただし一つ問題があります。木星は周囲のものすべてを破壊してしまうのです。では、どうやってそこに生命が存在できるのでしょうか？また、過酷な環境に耐えられる探査機をどのように作ればいいのでしょうか？
木星の深部では非常に高い圧力がかかっており、水素は金属性の液体の形をとっていると考えられています。この金属性液体水素は、地球と同じ距離で測定した場合、地球の約2万倍も強力な磁場を生成します。この磁場が地球から見えるとしたら、満月の2倍の大きさに見えるでしょう。磁場それ自体は無害です。
しかし、その磁場の真ん中には太陽系で最も火山活動が活発な天体、木星の衛星イオがあります。イオの表面の火山は大量の二酸化硫黄を噴出し、毎秒1トンの物質がイオン化されて木星の磁場に閉じ込められます。磁場はこれらの粒子を木星と共に信じられないほど速く回転させます。
粒子は毎秒300キロメートル以上の速さで回転します。その慣性が磁場を引っ張り、磁場を引き伸ばします。この閉じ込められた物質は他の衛星に衝突し、さらに多くの粒子を表面から放出させます。このサイクルによって、エウロパやその他の木星の衛星を超えて広がる巨大な放射線帯が形成されます。
この強い放射線は電子機器にとって致命的です。1970年代、パイオニア10号とボイジャーのミッションは木星のそばを短時間通過しただけでしたが、放射線によって故障が発生し、機器に誤った命令が出され、データの一部が破損しました。現代の遮蔽技術を使っても、放射線帯内の宇宙機は約3ヶ月しか持ちません。
では、NASAの新しいミッション、エウロパ・クリッパーは、放射線に焼かれることなく、どうやって4年以上もエウロパを周回できるのでしょうか？答えは、周回しないということです。遠くから木星を周回し、数週間ごとにエウロパに素早く接近飛行して、また離れていきます。このミッションでは大量のデータを収集するので、遠く離れている間に地球にデータを送信してから、次の接近飛行に向かうことができます。
合計49回の接近飛行を行い、表面のほぼ全体をマッピングします。クリッパーという名前は、19世紀の高速で機動性の高いクリッパー船にちなんで付けられました。港に素早く出入りする様子に似ているからです。しかし、なぜ太陽系の中でエウロパが生命探査の対象なのでしょうか？エウロパの表面に立つと、1日で5,400ミリシーベルトの放射線を浴びることになります。
これは地球での年間被曝量の1,800倍です。数時間そこにいると、放射線障害で死んでしまうでしょう。しかし、エウロパには秘密があります。1979年にボイジャー1号が木星を通過したとき、このエウロパの写真を撮影しました。太陽系の他の衛星のほとんどと比べると、何かが欠けていることに気付くでしょう。クレーターです。
すべての惑星と衛星は数十億年にわたって小惑星の衝突を受けてきました。そしてほとんどの天体の表面にはその痕跡が残っています。しかしエウロパには残っていません。なぜでしょうか？最近、おそらく過去6,000万年ほどの間に、エウロパで何かが起きて、表面のほとんどのクレーターが消されたに違いありません。ボイジャーの16年後、ガリレオが木星に到着しました。
ガリレオは8年間、この巨大ガス惑星とその衛星を研究しました。ガリレオの磁力計はエウロパで興味深い何かを検出しました。木星の磁極は地球と同様に、地理的な極と一致していません。そのため、惑星が10時間ごとに回転すると、磁場全体が揺れ動きます。この木星の変化する磁場は、エウロパに比較的強い磁場を誘導します。
つまり、エウロパの中には木星の磁場に反応する電気伝導層があるはずです。そしてガリレオの観測によると、それは表面からわずか数十キロメートルの深さにあるはずです。では、どんな種類の伝導層なのでしょうか？エウロパの白い表面はほぼ全体が厚い水氷の地殻で覆われています。
赤褐色の領域は、分光計で観察すると、含水塩、硫酸、あるいはバクテリアなど、さまざまなものの特徴と一致します。確実なことを言うにはもっとデータが必要ですが、JPLでの最近の実験で、海塩に強い放射線を当てると、白から同じようなエウロパで見られる褐色に変化することがわかりました。
科学者たちは、エウロパの内部に深さ100キロメートルもの塩水の海があると考えています。これは地球の水の2倍の量を含むことになります。そしてその海が地質活動を引き起こし、衛星の表面を絶えず平滑にし、更新しているに違いありません。しかし、木星系が受ける太陽光は地球の約4%しかありません。
そのため、エウロパの表面は常にマイナス160度セ氏以下で、海は完全に凍っているはずです。しかし、太陽に頼らずに熱を生成する方法があります。ここで小さなデモをお見せしましょう。エウロパの木星周回軌道は完全な円ではありません。これは、イオ、エウロパ、ガニメデが軌道共鳴の状態にあるためです。
ガニメデが1回軌道を周回する間に、エウロパは2回、イオは4回周回します。そのため、イオは軌道の片側でエウロパを内側に引っ張り、ガニメデは反対側で外側に引っ張るため、軌道は楕円形になります。木星の引力は近い側の方が遠い側より強いため、エウロパは常に引き伸ばされたり圧縮されたりしています。
このゴムボールを握ると温かくなるのがわかります。科学者たちは、衛星全体の潮汐力による屈曲で生じる摩擦が、海を液体のまま保つのに十分な熱を生成できると考えています。この効果は木星に近いほど強くなり、そのためイオは非常に火山活動が活発なのです。このボールはかなり熱くなっているのがわかります。
私は同時にこのボールを持っていましたが、これは私の手からの熱だけではないことを確認するためです。海の温度はどのくらいだと考えられていますか？
そうですね、塩分濃度によって変わってきます。氷の融点、もしくは非常に塩分が高い場合は、それよりも10度セ氏ほど低くなるでしょう。地球の冷たい海と同じような温度です。
大きな液体の海がある場合と、海がない場合では、屈曲にどのような違いがありますか？
海がない場合、エウロパの屈曲は振幅で約1メートルしかありません。しかし海がある場合は、振幅が30メートルになります。これは非常に大きな変形です。重力データにはっきりと現れるはずです。氷殻の厚さについてもう一つの論拠があります。表面に非常に奇妙な特徴が見られます。弧状の形をしていますが、複数の弧が組み合わさっています。これらをサイクロイドと呼んでいます。氷の衛星では予想されないような形です。
これらは、亀裂が人が歩くくらいのちょうど良い速度で広がり、木星を周回する際にエウロパが受ける変化する応力場に従って形成されると考えています。もし下に海がなければ、その運動の振幅は亀裂を説明するのに十分ではないでしょう。
しかし海があれば、亀裂を説明できます。
すべての潮汐による屈曲によって、外核のマグマが海底近くまで押し上げられます。その上の地殻を流れる水は加熱され、地面から鉱物を取り込み、それらを海に放出します。これによって熱水噴出孔が形成されます。そして地球ではこのような場所で生命を見つけています。
海面下数千メートル、太陽光のない場所で、これらの噴出孔は海洋生命のオアシスとなっています。ここにいる生命体は特殊なバクテリアに依存しています。太陽からのエネルギーではなく、噴出孔からの鉱物を餌とするバクテリアです。エウロパの海はどのくらいの期間存在していると考えられていますか？
40億年かもしれません。確実なことはわかりませんが。
その期間があれば、海で生命が進化する機会があったということですか？
そうです、まさにその通りです。生物はメタン、二酸化炭素、硫黄反応を利用できます。海で起こりうるあらゆる化学反応が、生物の代謝のための燃料として潜在的に利用できます。ですから、魚やクジラ、イカなどを探すのではなく、単細胞生物を探すことになります。
エウロパに生命がいる可能性を非常に懸念していたため、2003年にガリレオミッションが終了したとき、エウロパを汚染するリスクを避けるため、意図的に木星に衝突させました。しかしクリッパーは数キロメートルの厚さの氷殻を掘り進むことはできません。では、その分厚い表面の下にある生命の証拠をどのように見つけるのでしょうか？これはスノットボットです。
上部にペトリ皿を取り付けたドローンで、クジラの潮吹きの中を飛行してクジラの鼻水を採取します。地球上では、動物学者はスノットボットを使ってクジラの生物学的情報をあらゆる種類集めることができます。そして天体についても、実は同じようなことができることがわかりました。実際に、土星の衛星エンケラドスから噴出する水の間欠泉の画像を捉えています。エンケラドスも表面下に海を持っています。
ハッブル宇宙望遠鏡は、エウロパでも同様の間欠泉噴出の可能性がある証拠を捉えています。クリッパーがスノットボットのようにこれらのプルームの中を飛行し、質量分析計を使って化学組成を明らかにできることが期待されています。しかし、エウロパに海があるという証拠は決定的ではありません。
エンケラドスの方が有力候補に見えます。プルームの実際の画像があり、その中を飛行もしています。そこに表面下の海があることはほぼ100%確実です。エンケラドスにこのようなプルームがあり、明らかに液体の海があるかもしれないのに、なぜエウロパの方に注目するのでしょうか？何か引きつけられるものがありますか？
生命が始まるのにどれくらいの時間がかかるのかはわかりませんが、エンケラドスはエンジンを始動させたばかりかもしれないのに対し、エウロパはより長い期間進化してきた可能性が高いのです。
意外なことに、木星の放射線に曝されていることが、実はエウロパをより良い候補にしているのです。高速の粒子がエウロパの表面に衝突すると、水や二酸化炭素分子に新しい化合物を形成するのに十分なエネルギーを与えます。ホルムアルデヒドや過酸化水素などです。そしてこれらは、もし十分深くまで到達できれば、表面下の生命の餌となる可能性があります。
氷殻の混沌地域では、氷地殻の反転の証拠があります。氷地殻が衝突し、物質が氷殻の中に押し込められたように見えます。そのため、この生命の燃料が氷殻の中に、そして潜在的に海まで到達する方法があるかもしれません。
そしてクリッパーは、これを確認するために表面に着陸する必要はありません。
赤外線分光計で表面から反射された光の化学的指紋を調べ、塩の分布を特定してマッピングし、有機物があるかどうかを見つけます。宇宙機には紫外分光計も搭載されており、プルームを探します。プルームはあるのか？そしてもちろん、その中を飛行できるのか？さらに、実質的に全球を100メートル以下の解像度で撮影します。
私たちが飛行する際に画像の帯を撮影するカメラを広角カメラと呼びます。そしてもう一つのカメラは望遠カメラです。50キロメートルの高度から、0.5メートルごとのピクセル解像度の画像を撮影できます。つまり、もし私のデスクがエウロパにあれば、それを識別できるということです。
そして将来のミッション、例えばランダーがエウロパで実際に生命の痕跡を探すことになるでしょう。
ランダーは生存のチャンスがあると思いますか？
研究によると、表面で1ヶ月生存できるランダーを作れるそうです。放射線の影響を受ける深さより下から物質を採取し、質量分析計に入れて分析するのに、それで十分だと考えるならですが。
しかしエウロパ・クリッパーは、一人で木星の衛星を研究するわけではありません。欧州宇宙機関のJUICEミッション（木星氷衛星探査機）はすでに木星に向かっています。クリッパーの15ヶ月後にこの系に到着し、ガニメデの周回軌道に入る前に、エウロパへの数回の接近飛行も行います。
つまり、欧州宇宙機関も同時期にミッションを行うのですね？
はい、JUICEの科学チームのメンバーと非公式な会話をしています。同時に2機の宇宙機がそこにいるとはどういうことでしょうか。JUICEミッションはガニメデの周回軌道に入り、ガニメデは独自の磁気圏を持っています。
私たちはガニメデの磁気圏の外にいます。ですから、「木星から大きな突発が来た」と言えば、JUICEは「私たちの磁気信号でもそれを感じた」と言うかもしれません。実際に何か特別なことをする必要はなく、お互いに話し合って、全体の総和が部分の和よりも大きくなるようにするだけです。
エウロパ・クリッパーは2024年10月10日に打ち上げ予定でしたが、NASAはハリケーン・ミルトンがフロリダから去るのを待って、宇宙機を安全に打ち上げることにしています。最初の結果はいつ得られるのでしょうか？
遠くからエウロパを観察し、プルームを探す観測が2030年から始まります。そして2031年には最初の高解像度データが得られるでしょう。
エウロパへのミッションについて26年間考え続けてきて、打ち上げが間近に迫っている今、どのような気持ちですか？
少し非現実的な感じがします（笑）。これは本当に長い時間がかかってきました。時々、私たちの宇宙機が天上にあって、その途上にあるということが実感として湧いてきます。
1990年代後半のエウロパ海洋会議で、NASAはアーサー・C・クラークとビデオ通話を行いました。遠い海の世界を探査する将来のミッションの計画を彼に見せた後、クラークはついにNASAにエウロパへの着陸許可を与えました。
エウロパ・クリッパーは、野心的な目標を設定し、それを達成するために他者と協力することで、私たちができる素晴らしいことを示す完璧な例です。しかし、私たちは日常生活に追われて、世界にどれだけの影響を与えられるかを忘れがちです。これは、これらの大規模な国際宇宙ミッションのような社会全体のレベルでも当てはまりますが、個人レベルでも同じだと思います。
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