スーパーテレスコープが近づいてくる、巨大な地上および宇宙ベースの観測所があり、遠くの世界の大気を直接観測することができます。私たちは地球上に生命があることを知っており、私たちの大気が物語を物語っています。それで、私たちは太陽系外惑星で同じことをすることができますか？結局のところ、単一のバイオシグネチャ、つまり大気中の化学物質を思い付くと、そうです、確かに、その世界には生命があり、本当に厳しいのです。
私は認めざるを得ません、私は過去にこれにかなりひどかったことがあります。天文学のキャストと週刊スペースハングアウトの古いエピソードでは、ここガイドオブスペースでも、遠くの世界の雰囲気を試してみることができれば、そこに生命があるかどうか確信を持って言うことができます。
大気中のオゾン、またはメタン、さらには汚染を検出するだけで、「そこに生命がある」と言えるでしょう。まあ、将来のフレーザーは過去のフレーザーを修正するためにここにあります。私はエイリアンを探すことに対する彼の素朴な熱意に感心しますが、いつものように、物事は以前考えていたよりも困難になるでしょう。
宇宙生物学者は実際には、そこに生命があると言うのに使用できる単一の喫煙銃のバイオシグネチャーを理解するのに苦労しています。そして、それは、自然のプロセスが私たちをだます方法の巧妙な方法を持っているように見えるからです。
いくつかの潜在的なバイオシグネチャは何ですか、なぜ問題があるのですか、そしてその確認を得るためには何が必要ですか？
家に近い世界、火星から始めましょう。
およそ20年の間、天文学者は火星の大気中にメタンの大きな雲を検出してきました。ここ地球上で、メタンはバクテリアやおなら牛のような生き物から来ます。さらに、メタンは太陽光によって簡単に分解されます。つまり、これは数十億年前に残った古代のメタンではありません。火星のいくつかのプロセスは、それを絶えず補充しています。
しかし、何ですか？
まあ、生命に加えて、メタンは岩石が熱せられた水と相互作用するとき、火山活動を通じて自然に形成することができます。
NASAは、Spirit and Opportunityのローバーでこの問題の根底に到達しようとしましたが、好奇心には、メタンの発生源を見つけるためのツールが搭載されているはずでした。
数か月の間に、好奇心は表面上のメタンの増加を検出しましたが、それでも論争につながりました。それはローバー自体がメタンを運んでいて、それ自身の周りの地域を汚染したかもしれないことがわかりました。おそらく、それが検出したメタンは、それ自体から来たものです。岩の多い隕石が近くに落下し、結果を汚染するガスを放出した可能性もあります。
欧州宇宙機関のExoMarsミッションが2016年10月に火星に到着しました。SchiaparelliLanderは破壊されましたが、トレースガスオービターは旅を生き延び、火星の大気を非常に詳細にマッピングし始め、メタンを放出する可能性のある場所を探し始めました。これまでのところ、決定的な結果はありません。
言い換えると、火星には、火星での最も弱いメタンのにおいを嗅ぐために設計された機器が装備された、オービターと着陸船の艦隊があります。
火星のメタンレベルが季節とともにどのように増減し、生命を示しているかについて、本当に興味深いヒントがいくつかありますが、宇宙生物学者はまだ同意していません。
異常な主張には、異常な証拠などが必要です。
一部の望遠鏡はすでに他の星を周回する惑星の大気を測定することができます。この10年間、NASAのスピッツァー宇宙望遠鏡はさまざまな世界の雰囲気を描き出してきました。たとえば、こちらはホットジュピターHD 189733bの地図です
。場所は吸うが、すごい、別の惑星の大気を測定するために、それはかなり壮観です。
彼らはこの偉業を、惑星がその前を通過している間に星の化学物質を測定することによって実行し、次に惑星がないときにそれを測定します。これは、惑星がパーティーに持ってきている化学物質を教えてくれます。
彼らはまた、近くの星を周回する比較的小さな海王星サイズの世界であるHAT-P-26bの大気を測定することができ、惑星の大気中の水蒸気を見つけることに驚きました。
それは人生があるということですか？私たちが地球上で水を見つけるところはどこでも、私たちは生命を見つけます。いいえ、命がなくても完全に水を得ることができます。
2019年に打ち上げられると、NASAのジェームズウェッブ宇宙望遠鏡はこの大気センシングを次のレベルに引き上げ、天文学者がより高い解像度でより多くの世界の大気を研究できるようにします。
Webbの最初のターゲットの1つは、半ダースの惑星が赤い矮星の居住可能ゾーンを周回するTRAPPIST-1システムです。 Webbは、オゾン、メタン、およびその他の生命の潜在的なバイオシグネチャを検出できる必要があります。
では、遠い世界を眺め、そこに生命があることを確実に知ることができるようになるには何が必要でしょうか。
ドイツ航空宇宙センターの宇宙生物学者ジョン・リー・グレンフェルは最近、そこに存在する可能性のあるすべての太陽系外生物の署名を調べて、別の世界での生命の兆候である可能性についてそれらをレビューしました。
最初のターゲットは分子状酸素、つまりO2です。あなたは今それを呼吸しています。とにかく、すべての呼吸の21％です。酸素は、ソースがなければ何千年もの間、別の世界の大気中に存続します。
ここでは光合成によって地球上で生成されますが、世界がその星に打たれ、大気が失われている場合、水素は空間に吹き飛ばされ、分子状酸素が残ります。言い換えれば、どちらにしても確実ではありません。
オゾン、別名O3はどうですか？ O2は大気中の化学プロセスによってO3に変換されます。良い候補のように思えますが、問題は、オゾンを生成することができる自然のプロセスもあるということです。金星には1つ、火星には1つ、オゾン層があり、それらは太陽系の氷の月の周りでさえ検出されています。
笑いガスとしても知られている亜酸化窒素があります。土壌中のバクテリアからの生産物として生成され、地球の窒素循環に貢献します。そして良いニュースがあります。地球は大気中に亜酸化窒素を含む唯一の太陽系の世界のようです。
しかし科学者たちはまた、硫黄が豊富な海が地球上の窒素と相互作用したときに、地球の初期の歴史の中でこの化学物質がどのように生成されたかについてのモデルを開発しました。実際、金星も火星も同じようなサイクルをたどっていた可能性があります。
言い換えれば、あなたは生命を見ているかもしれないし、若い惑星を見ているかもしれない。
次に、メタン、つまり私たちが非常に多くの時間を費やして話し合った化学物質があります。先ほど述べたように、地球上には生命によって生成されたメタンがありますが、火星にもあり、タイタンにはメタンの液体海があります。
天文学者はエタン、イソプレンのような他の炭化水素を提案しましたが、これらにも独自の問題があります。
高度な文明によって放出される汚染物質はどうですか？天文学者はこれらを「テクノシグネチャー」と呼んでおり、クロロフルオロカーボンや核放射性降下物のようなものを含めることができます。しかし、繰り返しになりますが、これらの化学物質は数年先の光を検出するのが難しいでしょう。
天文学者たちは、ベースラインを設定するためだけに、死んだ地球を探すべきだと提案しています。これらはハビタブルゾーンにある世界ですが、明らかに人生は始まっていません。ただ岩、水、そして生物学的に作られていない雰囲気。
問題は、おそらく世界が死んでいることを確認する方法さえ理解できないことです。二酸化炭素が海洋に吸収される可能性があるなど、大気中に見られると予想される種類の化学物質なので、否定的な確認をすることもできません。
1つの方法では、大気のスキャンさえまったく行わない場合があります。この地球上の植生は、700〜750ナノメートルの領域の非常に特定の波長の光を反射します。天文学者はこれを「赤い縁」と呼びます。これは、他の表面と比較して反射率が5倍に増加するためです。
今日、これを行う望遠鏡はありませんが、惑星からの光が近くの月にどのように反射するかを見て、それを分析するなど、いくつかの本当に賢いアイデアがあります。太陽系外惑星の地球を探しています。
実際、地球の初期の歴史に戻ると、始生代のバクテリアのために、それはより紫色に見えたでしょう。
この質問にさらに踏み込むのに役立つ、宇宙船と地上の観測所がオンラインで集まっています。
ESAのガイアミッションは、天の川の星の1％をマッピングして特徴付け、そこにどんな種類の星があるかを教え、さらに観測するために何千もの惑星を検出します。
通過する太陽系外惑星の宇宙調査（TESS）は2018年に始まり、通過する地球サイズ以上のすべての太陽系外惑星を近隣地域で発見します。
PLATO 2のミッションでは、居住可能ゾーンに岩の多い世界が見つかり、ジェームズウェッブはその雰囲気を研究することができます。また、2030年代にオンラインになり、これらの観測結果を次のレベルに引き上げることができる巨大なLUVOIR望遠鏡についても話しました。
そして、作品にはさらに多くの宇宙と地上の観測所があります。
次の望遠鏡がオンラインになり、別の恒星を周回する地球サイズの世界の大気を直接測定できる望遠鏡が登場すると、天文学者は、そこに生命があることを明確に示すバイオシグネチャーを見つけるのに苦労します。
確実性の代わりに、私たちが見ているものを理解するために同じ苦労をしようとしているように見えます。天文学者たちはお互いに意見を異にし、未解決の質問に答えるための新しい技術と新しい機器を開発します。
しばらく時間がかかり、不確実性を処理するのは難しくなります。しかし、これはおそらく誰もが尋ねることができる最も重要な科学的質問であることを覚えておいてください。
答えは待つ価値があります。
出典：John Lee Grenfell：A Review of Exoplanetary Biosignatures。
この論文を紹介してくれたKimberly Cartier博士に感謝します。 EOS Magazineで彼女の仕事をフォローしてください。
