土星の衛星エンケラドスに生命はぐくむ素材「水素分子」を確認

 氷に覆われた土星の衛星エンケラドスの奥深くで、熱いものがうごめいているようだ。NASAの科学者たちは、そのエネルギーが地球外生命をはぐくんでいる可能性もあるとしている。

 NASAの土星探査機カッシーニは、以前、エンケラドスから噴き上がるプルーム(水柱)の中を通り抜けてその成分の「味見」をし、塩類、単純な有機分子、アンモニアなど、生命の主要な構成要素が含まれていることを明らかにした。

 米サウスウェスト研究所の科学者ハンター・ウェイト氏が率いる研究チームは、4月13日に開かれた記者会見で、2015年10月にカッシーニが接近通過(フライバイ)を行った際に、エンケラドスから噴き出すプルームに水素分子が含まれていることを確認できたと発表した。



 この水素分子は、海底の岩石と熱水が反応して生じたものと考えられ、現在のエンケラドスに熱水噴出孔があり、その活動により生物にエネルギーを供給できることの証拠になる。

 なぜ、水素が発見されると、生命の存在まで分かるのだろう?

 実は地球にも似たような環境があるからだ。地球ではマントルのかんらん岩と、海水が触れ合うところでは蛇紋岩という岩石が生じる。蛇紋岩は水と反応することで高濃度の水素ガスを生成する特徴を有しており、これを蛇紋岩化作用という。熱水噴出孔付近では蛇紋岩化作用が見られ、水素やメタンガスを利用する微生物が発見されている。エンケラドスにも同様な環境が推定される。

 ナショナル ジオグラフィック協会のエクスプローラーである米ジェット推進研究所の宇宙生物学者ケビン・ハンド氏は、今回の研究には関与していないが、「エンケラドスに、生命をはぐくむことができる『海の世界』があることを証明するものです。非常に面白く、説得力のある研究だと思います」と賞賛する。


 カッシーニが巨大なブルームの中をくぐる

 エンケラドスの軌道のふらつきから、この衛星の中心部と外側の氷の殻が互いにわずかにすべっていることがわかる。この現象をうまく説明するには、氷の下の全体が海になっていて、その深さが26km以上あると考えればよい。2005年にカッシーニがエンケラドスのプルームを発見して以来、この海に生命が存在できる可能性を示す証拠が次々に発見されている。

 カッシーニの画像チームを率いるキャロリン・ポルコ氏は、「地球を除けば、現時点でエンケラドスより条件の良い『海の世界』はありません」と言う。「おまけに、エンケラドスの海のサンプルを採取するのは非常に簡単です。海の方から宇宙に飛び出してくれるのですから!」

 2015年10月28日にカッシーニがプルームの中をくぐったときには、これまでで最も深いところまでダイブし、エンケラドスからわずか48kmのところを秒速8.5kmの相対速度で飛行した。

 それ以前の接近通過から、プルームに含まれる水分子がカッシーニの観測装置の内壁に衝突すると、その衝撃で水素分子が生成するため、プルーム自体に水素分子が含まれているかどうかの判定は非常に難しいことがわかっていた。

 そこで研究者たちは、カッシーニの舌に相当する分光器を数年がかりで微調整して、入ってきた粒子が内壁に接触しないようにしたが、この変更によりカッシーニの「味覚」の感度は数百分の1に低下してしまった。

 ウェイト氏は、「信号を1つも検出できないのではないかと心配していました」と言う。しかし、カッシーニが猛然と降下する間に、水素ガス濃度は背景レベルの100倍以上まで増加した。やはり水素分子はエンケラドスから出ていたのだ。

 研究チームは、この水素ガスはエンケラドスが形成されたときに内部に取り込まれたものではないと考えている。エンケラドスの重力は弱く、水素ガスは非常に軽いため、誕生当時の水素ガスはとっくの昔に失われているはずであるからだ。

 このほど科学誌『サイエンス』に発表された論文では、この水素ガスは作られたばかりのもので、おそらく熱水噴出孔の周囲の活動によって生成したものとしている。


 華々しい探査機「カッシーニ」のフィナーレ

 研究チームの地球化学モデルによると、海底の熱水噴出孔から出る二酸化炭素と水素を微生物が消費して、メタンを排出している可能性がある。このメタンをほかの微生物が食べて、エンケラドスの生態系を作っているのかもしれない。

 とはいえ、このようなプロセスが考えられるというだけでは、水素を利用する生物が存在する証拠にはならない。

 「今回明らかになったのは、エンケラドスには大量の水素があり、生命が利用できる化学エネルギーが十分にあるということです」とハンド氏。「生命が誕生したかどうかは、また別の問題です」

 ナショナル ジオグラフィック協会のエマージング・エクスプローラーで、米ハーバード大学の地球生物学者として地球の熱水噴出孔の研究を行うジェフリー・マーロー氏は、「エネルギーが大量にある必要はありません。重要なのは、エネルギー供給の速さを考えることです。エネルギーの供給の速さは、生命を維持するのに十分なのでしょうか?」とコメントする。

 こうした疑問に答えるためには、これから何年も待たなければならない。 カッシーニの観測装置には生命探査を行えるほどの感度がないうえ、13年にわたる土星探査により燃料が底を尽きかけていて、残された寿命はあとわずかなのだ。

 NASAはカッシーニのために劇的な「グランドフィナーレ」を用意している。土星と内側の環の間を22周させたあと、9月15日に土星に突入させるのだ。

 1990年からカッシーニのミッションに従事してきたポルコ氏は、「太陽系探査における最も重要な瞬間の1つであり、私たちの研究にとっても人類の宇宙プログラムにとっても主要な業績になると考えています」と言う。「心から誇りに思います」


 木星のエウロパにも巨大ブルーム

 カッシーニと別れを告げた後も、NASAによるプルームの味見は終わらないかもしれない。 今回のNASAの記者会見では、重大発表がもう1つあった。ハッブル宇宙望遠鏡が、木星の衛星エウロパから噴出するプルームについて、さらなる証拠を発見したのだ。

 木星の4番目に大きい衛星であるエウロパは、エンケラドスと同様、氷の下に広大な海を隠し持っていて、その海水の量は地球の海水の2倍もある。ハッブル宇宙望遠鏡は2012年12月から、エウロパの海の水が宇宙空間に噴き出していることを示す手がかりを得ていた。

 ハッブル宇宙望遠鏡が2016年に撮影した高さ100kmのプルームは、2014年に撮影した高さ50kmのプルームと同じ場所から噴き出しているように見える。

 観測を行ったハンド氏は、「エウロパのこの地域には、散発的に噴出するプルームがあると説明するのが自然です」と言う。研究チームの論文は、近日中に科学誌『天体物理学ジャーナル』に発表される。ハンド氏は、エウロパに間欠泉があるなら、噴出した物質の中に生命の兆候を見つけることができるかもしれないと考えている。

 NASAは2020年代にエウロパ探査機エウロパ・クリッパーの打ち上げを予定しているが、このプルームを利用してサンプルを容易に入手できるかもしれない。

 ウェイト氏も、「私たちはエンケラドスのプルームを利用して海水の成分を調べることができましたが、エウロパでも同様の調査ができるはずです」と期待している。


参考 National Geographic news: 土星の衛星エンケラドスに生命を育む素材


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nature[Japan] March 2, 2017 Vol. 543 No. 7643 (単号)
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