エンケラドゥスのプルームは予想以上に容易に生命の痕跡を明らかにする可能性

ルールを書き換え続ける衛星

土星を周回する多くの衛星の一つであるエンケラドゥスは、宇宙生物学全体の中で最も魅力的な目的地の一つとなっている。それは、太陽系に散在する「海洋世界」と呼ばれる特別なグループに属している——氷の地殻の下に液体の海が隠れている天体である。エンケラドゥスでは、その海は上の凍結した殻と下の岩石質・金属質の核の間に位置している。この衛星は土星との重力の綱引きに固定されているため、潮汐による屈曲が内部を絶えず捏ね、熱を生み出している。その熱が海と核が出会う境界で熱水活動を駆動し、原理的には生命を支えうる条件を作り出している。

カッシーニ・ホイヘンス・ミッションは、エンケラドゥスを単なる珍しい天体から優先的な探査対象へと変えた。一連の大胆なフライバイの間、探査機はこの衛星の南極域から噴出するプルーム——数百キロメートル宇宙空間へ打ち上げられる氷粒子の噴流——を直接通過した。それらのプルームの中で、カッシーニは塩と有機化合物を検出した。どちらも、地下の海に生命が必要とする成分が含まれていることを強く示唆するものだった。

今、ベルリン自由大学の惑星科学・リモートセンシンググループによる2つの新しい研究は、エンケラドゥスでの生命の証拠の検出が、科学者が以前想定していたよりもかなり容易である可能性を示唆している。この研究は、ベルリン自由大学地質科学研究所のFrank Postberg教授と、ルートヴィヒ・マクシミリアン大学地球・環境科学部のVanessa Helmbrecht博士によって主導された。両論文はScience Advancesに掲載された。

2つの研究、1つの中心的な問い

2つの論文は合わせて、ミッション計画における実践的な問題に取り組んでいる。もし探査機がエンケラドゥスのプルームをサンプリングするために送られたなら、実際にどれほど明確にバイオシグネチャーを識別できるだろうか。以前の推定では、海に存在する生物学的物質は、通過する探査機に到達するまでに大幅に希釈されていると想定されていた。新しい研究は、プルームの液滴がどのように凍結するかという物理学と、衛星内部で何が生き残りうるかという生物学の2つの方向から、その想定に異議を唱えている。

より遅い凍結が証拠を濃縮する

最初の研究は、エンケラドゥスの氷殻の亀裂を通って上方へ押し出される際に、海の液滴に何が起こるかを調べた。チームは、これらの液滴が以前のモデルが予測したよりもゆっくり凍結することを発見した。その余分な時間は極めて重要である。液滴が徐々に固化するにつれて、その中に溶けている塩と有機化合物は一様に固定されるのではない。代わりに、それらは移動し、凍結する粒の中の異なる領域へと分配される。

その後、それらの粒が宇宙空間へ加速されると、破砕されうる。その結果、科学者が見つけたいと願うまさにその物質を、一部の粒が高度に濃縮した濃度で運ぶ氷粒子の集団が生まれる。バイオシグネチャーは、プルーム全体に薄く広がるのではなく、個々の粒に詰め込まれうる——つまり、希釈されたサンプルが許すよりもはるかに高い感度で機器が検出できる、小さく高速で移動する証拠のパケットである。

これは思考の大きな転換である。つまり、プルームは単に下の海のかすかな反響ではないということだ。適切な条件下では、それは自然の濃縮装置として働き、内部の化学的指紋を保存し増幅することができる。

エンケラドゥスを模擬した条件下のメタン生成菌

2番目の研究は、生物学の側からこの問いにアプローチした。研究者たちは、メタンを生成する微生物——メタン生成菌——が、エンケラドゥスで見られる条件を模倣するように設計された環境下で生存し、メタンを生成し続けられるかどうかを調査した。その結果は、これらの生物が持続し、代謝的に活性なままで、副産物としてメタンを生成できることを示している。

この発見は重要である。なぜなら、メタンはすでにエンケラドゥスのプルームで観測されているからだ。もしメタン生成菌がこの衛星の海に似た環境で繁栄できるなら、将来の探査機が検出するメタンは、単なる地球化学の産物ではなく、もっともらしい——ただし決定的ではない——バイオシグネチャーとなる。2つの研究は互いを補強している。一方は生物学的信号が海から無傷で出てこられることを示し、もう一方は既知の地球型の生物学がそもそもそこに存在しうることを示している。

プルームが実際に運ぶもの

エンケラドゥスの南極域から噴出するプルームは、あらゆる生命探査ミッションの鍵である。それらは惑星探査において稀なものを提供する。すなわち、表面に着陸したり掘削したりすることなく、内部の海へ直接アクセスできるのだ。カッシーニは、プルームを複数回通過し、搭載機器でその内容物を味わい、この衛星に関する我々の理解を塗り替えるデータを持ち帰ることで、これを実証した。

それらのフライバイで最も重要な発見の中には、塩と有機化合物があった。塩は岩石と接触する塩辛い海——化学的に豊かな環境——を示していた。有機物は、炭素ベースの化学が豊富に存在することを示していた。合わせて、それらは生命居住可能な、あるいは少なくとも潜在的に居住可能な地下の海の姿を描き出した。

• エンケラドゥスは氷の殻と岩石質の核の間に全球的な海を抱えている。
• 土星からの潮汐加熱が海底境界での熱水活動を駆動している。
• プルームは南極域の数百キロメートル上空へ氷粒子を打ち上げる。
• カッシーニはそれらのプルームを直接サンプリングし、塩と有機分子を発見した。
• 新しいモデリングは、プルームの粒がそれらの物質を希釈するのではなく濃縮しうることを示唆している。

これがミッション設計にとって重要な理由

専用のエンケラドゥス・ミッションを計画する者にとって、その含意は心強い。機器は常に質量、電力、感度によって制約される。プルーム全体に薄く広がったバイオシグネチャーは並外れた検出限界を要求するが、同じシグネチャーが個々の氷粒に濃縮されていれば、はるかに扱いやすい標的となる。

この研究はまた、探査機が何をどこで探すべきかを洗練させるのにも役立つ。もし粒が宇宙空間への加速中に化学的に異なる断片へと破砕するなら、サンプリング戦略、タイミング、機器の照準設定はすべてより情報に基づいたものになる。プルームを均質な雲として扱うのではなく、ミッション計画者は多様な粒子集団を予期でき、その一部は最も重要な化合物を異常に豊富に含んでいるかもしれない。

今後の道

これらはいずれも、まだ生命の証拠にはならない。実験室のシミュレーションでメタン生成菌が生存することは、異星の海でメタン生成菌が生きていることと同じではないし、濃縮された有機物は非生物学的化学からも生じうる。ベルリン主導の研究が確立したのは、検出の問題が想定よりも困難でないかもしれないということだ——プルーム形成の物理学と候補生物の生物学の両方が、将来の探査機の成功の可能性に有利に働くということである。

エンケラドゥスは、カッシーニの最初のプルーム・フライバイ以来ずっとそうであったもののままだ。すなわち、隠された海を持つ小さく明るい衛星であり、その秘密を宇宙空間へ放出している。新しい研究は、専用の探査機がついにそれらを集めに行くとき、それが必要とする証拠はすでに異常に濃縮された形で待っているかもしれないことを示唆している。

この記事はUniverse Todayの報道に基づいています。元の記事を読む。