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宇宙生物学が提起する問題の多くは、科学のコミュニティ内では、激しい議論の対象です。 どのように、生命は始まりましたか？ 私たちは、他の世界上でどんな種類の生物形態を見つけるのを予想するべきですか？ 太陽系では、地球以外に火星や木星の月エウロパに生命が存在しますか？ 私たちが他の世界での生命の証拠を見つけたとき、どうすれば、私たちは確実に知ることができますか？ 惑星テラ見聞録の宇宙生物学・地球外生命の項目では、これらの重要な科学議論について、肯定説と一緒に反論についても、科学者の直接的な結論や利用できる証拠を厳密に検証していきます。 それは、私たち惑星地球生命以外にも生命が他の惑星に住めるように要求される要因、地球上の複雑な生命が私たちの太陽系や銀河、そして、宇宙全域で珍しいのか一般的なのかなどの問題の考察です。 |
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| Credit : Galileo mission/ JPL / NASA | ||
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今回は、木星の氷の月エウロパについて、生命存在の肯定論の証拠と成り得ていることについて考察してみます。 この氷で覆われた世界は、私たちの太陽系でも地球以外に生命の成長における重要な要因のひとつである流動水が、水の海として存在している数少ない天体のひとつと思われています。 一般に、エウロパの氷外層は想像以上に厚くて、それはおそらく厚さが20キロメートルから100キロメートルあるだろうと思われています。 濃い氷を持っているエウロパの氷外層の内部の変遷が、重要になります。 例えば、この特別な厚さは、氷が地球上で見られたそれらより何倍も大きな氷の峰や氷山などの「容量」の裏付けを可能にするでしょう。 それでも、私たちは、エウロパでそのような豊富な容量を確かめていません。 エウロパには、地球のおよそ4分の1の重力があるだけですので、エウロパの特徴は、非常に広範なはずです。 例えば、地球の重力のおよそ3分の1の惑星火星には、地球上では考えられない膨大な規模の火山があります。 火星の最も広くて高い火山のオリンパス山は、高さ24キロメートルでエベレスト山の3倍を超え、直径が550キロメートルでほぼアリゾナ州の規模です。 そのような広い火山は、低い重力と表層の地殻構造上の移動の欠如の両方のために、火星に存在することができます。 エウロパは、火星よりもさらに少ない重力でさえあるのに、エウロパの氷特徴が高さで二、三百メートルだけなので、非常に困惑を与えています。 おそらく、低い高さの特徴は、長い地質学的な時間的尺度で弛緩している氷によります。 これは、エウロパについて考察しようとする際に、私たちが直面する限界のちょうど1つの例です。 例え、私たちが地球の氷特徴でエウロパ・モデルについて理解しようとすべてを取り入れるとしても、本当の理解のためには、私たちの惑星を越えるデータを考慮する必要があります。 私たちは、知識の追求で絶えず前進することによって、また、太陽系を初めとする宇宙探査を続けることによって、私たちは、地球とエウロパ推測の「薄い氷」を通り越して先へ進むことができます。 そして、私たちは、宇宙船がいくつかの最終的な答えを得るために氷の月を訪れるのを待たなければならないでしょう。 また、それは早くとも2011年まで待たなければなりません。 私たちの氷の月エウロパへの旅は、長く危険になるであろうけれども、私たちが最終的に遥か遠くエウロパの海岸に到着する時には、ぞくぞくする遭遇の連続が待っていると想像ができるでしょう。 |
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ガリレオ宇宙船のSSIカメラで撮った映像は、エウロパの長い暗い帯域に集中して表面を横切って伸びる白い縞と共に、間欠泉のような噴出の可能性を加えて、地球の極地方での氷流動と似ているエウロパの地域を示します。 若干の地域では、氷が互いから離れて移動した直径30キロメートルほどの大きい断片に崩壊しています。 これは、今でもなお、エウロパの100キロメートルくらいの厚さがある氷の層または下の層の氷が、多分、潤滑剤の役目をして流動水を暖めていることを示しています。 木星の強い重力の力による潮の力で発生する熱は、エウロパの氷の外層の一部分を液化するのに十分かもしれません。 もし、エウロパが本当にその外層の下に液状の海を持っているならば、この海の環境は、ある種の根本的あるいは原始的な生命の生物形態を支えることができるのでしょうか？ 氷の衛星エウロパ表層の考えられる内部の構造のこの切開図は、1979年のＮＡＳＡのボイジャー宇宙船で得た映像データの繋ぎ合わせです。 内部の特徴は、ＮＡＳＡのガリレオ宇宙船で重力フィールドと磁場測定値から推論されています。 エウロパの半径は、1,565キロメートルで私たちの月の半径と比べてもそれほど小さくはありません。 エウロパは、正確に近い相対的な規模でここで灰色に描いている鉄やニッケル等の金属質の核があります。 |
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核は、茶色で示しているように岩外層によって囲まれています。 この画像では、エウロパ内部を相対的に正確な規模で描いて、外部から順に氷の外層、白と青で描いてある氷や流動水の層、岩層、そして、岩層に取り囲まれている核を示しています。 エウロパの表層は、白で示している下の層と異なるかもしれないこと明らかにしています。 ガリレオのエウロパの映像データは、現在、流動水の海が、厚さ数十キロメートルの表面の氷層の下にあることを示唆します。 とはいえ、この証拠は、その上、過去の流動水の海の存在と一致しています。 それでも、現在、エウロパ上に流動水の海があるかどうかの確信は定まっていません。 |
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木星の月エウロパの一部分のこの繋ぎ合わせは、まだらの暗い斑点模様の地形が特徴となっている地域を示しています。 この繋ぎ合わせの映像は、固体状態イメージング・システムで、ＮＡＳＡのガリレオ宇宙船が木星の第11回目の軌道の間に得ました。 北は画像の上部になり、太陽が右から場面を照らしています。 これらの映像を得る前に、まだらの地形の時代と起源は、わかっていませんでした。 ここで見られるように、まだら模様の外観は、別々に壊され「混沌」地形として知られる明るい氷の外層の領域から生じていて、より暗い下にある物質を露出させています。 この地形は、画像の右上の部分の地域が象徴しています。 まだらの地形は、エウロパで最も最近の地質活動の一部に相当します。 また、エウロパの外層が砕かれ切り離されて、内部に由来する物質に満たされた地帯を示す滑らかな灰色の帯域が、この画像の下部に現れています。 |
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混沌とした地形と灰色の帯域は、この衛星月が激しい地質の変形を受けたことを示しています。 この画像繋ぎ合わせは、南緯2.9度、西経234.1度を中心とした335キロメートル×365キロメートルの面積をカバーしています。 画像で区別できる最も小さい特徴は、横断幅が460メートルです。 これらの映像データは、1997年11月6日にガリレオ宇宙船がエウロパからおよそ21,700キロメートルであったときに得ました。 |
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これらのボイジャー2号が撮った映像データは、どんなことが今なおエウロパの氷の外層の下で、全体的な海による作用が、最も説得力のある証拠のように見えるかを示しています。 画像は、エウロパの南極の近くで、円が一直線上または曲線上を滑ることなく転がるとき、円の円周上に固定された一点が描く曲線のいわゆる「サイクロイド」または「曲線」の特徴を示しています。 これらの円形の隙間は、エウロパの表面下の海の潮が、毎日の上昇と下降を繰り返すことによって、固体の氷の表面に生じます。 木星の月、イオとガニメーデからの混乱に起因して、エウロパはわずかに中心を外れた軌道にあります。 |
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| Credit : Voyager 2 mission/ JPL / NASA | ||
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木星の月エウロパのこの画像は、ボイジャー2号宇宙船が225,000キロメートル以内を通過した時に撮りました。 示される地域は、600キロメートル×800キロメートルで、1979年7月9日の映像データです。見える特徴で最も小さいものは、範囲がおよそ4キロメートルです。 この画像は、夕方の明暗界線に沿って撮ったもので、狭い複合の外観地形がうねを作る最高の眺めになっています。 湾曲する幅5キロメートルから10キロメートルの明るい線が見られます。そのうえ、幅20キロメートルから40キロメートル、長さで数百キロメートルから数千キロメートルに及んで、象徴的に長さ100キロメートルの特徴で散らばっている暗い帯域が見えています。 少しの特徴は、衝突火口を示唆しているけれども稀です。また、たぶんイオのような潮の加熱作用によって暖められて、氷が支配していると考えられた表面が、まだ活発なことを示しています。 エウロパよりも大きい氷の衛星月のカリストーとガニメーデは、ずっと堅い外層と古代の衝突火口があり、エウロパよりも明らかにより寒いです。 暗い模様と明るい隆起線が複雑に交差しているところは、表面が分裂した隙間を満たすためにその下から湧き出た物質であったことを示唆しています。 |
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ガリレオ宇宙船で得た映像データは、エウロパが、私たちの太陽系において生命の発生場所のうちの1つとして宿主を務めることができた見込みを強化するようです。 また、得られた数々のデータも、エウロパに流れを動かすのに十分な熱が表面にあったことを証明しています。 エウロパの氷表面の多くの映像データで見られた無秩序な特徴は、たぶんエウロパの潮汐によって作られ、海を露出するために必要であった融解の証拠であると思われます。 根本的なあるいは原始的な生命を維持するために必要であった物質の混合は、地球潮汐よりも遥かに大規模な500メートルの最大高度があるエウロパの潮汐によって、発生へと駆り立てられたかもしれません。 潮の影響力によって生じた隙間を介した流動水の流れは、水に溶けた塩と有機化合物をエウロパの表面に生み出すことができたでしょう。 この循環も、エウロパの表面上に彗星の影響で投棄される有機化合物と同様の例えば、ホルムアルデヒドなどの生物学上有用な化学物質を地表下の海に至るまで生じさせているかも知れません。 |
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硫黄、過酸化水素、遊離酸素などの表面近くで放出によって成形された他の化学物質は、また、根本的なあるいは原始的な生命にエネルギー源としての栄養素を提供するでしょう。 暗い物質的な色彩で亀裂から走っているように見える熱水噴出孔は、有機化合物を作り出し、熱源を提供するでしょう。 海中の火山活動は、また広範な溶融と潮の熱をもたらすことができ、それ故に生じる内部摩擦は、また氷を溶かすことができるでしょう。 溶解した氷は、下層の海に光と表層上の化学物質を供給します。 これらの海に居住するどんな生きものでも、エネルギーのために光合成を使うことができます。 1つの可能性は、氷の中に閉じ込められた有機体が、徹底的に流れる次の潮汐の間に解凍されることができて、氷に拘束されていたそれらの生き物を効果的に解き放つということです。 |
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エウロパが木星に接近して、潮汐は強い潮の影響力により高まり、エウロパが木星から立ち去って、弱い潮の影響力となって潮汐は弱まります。 これは、エウロパの氷外層が曲線模様を刻む原因となります。 隙間は、潮の圧力が氷の抗張力に達するとき生じます。 隙間は、それから絶えず変わる圧力場所を横切って曲線を描く経路をたどり、圧力が停止する氷の抗張力以下に減少するまで広がります。 数時間後に、潮の圧力が再び氷の抗張力を上回って、隙間は、もう一つの潜り込む新しい曲線を刻むように生じます。 最も面白い調査結果のうちの1つは、各々の弧が、エウロパが木星の1つの軌道を作るのにかかる時間にほぼ適合する3.5日で、形態を分割しているということです。 |
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将来の低温活動ロボットは、暖かくて栄養を含む豊かな環境で、現在繁栄している生命の証拠について、エウロパの海を徹底調査することになっています。 それはまた、現在よりも暖かかった氷の月の古代エウロパで、海の中に存在したかもしれない根本的なあるいは原始的な生命の証拠を明らかにすることでしょう。 そのような生命体は、液状の塩水ポケットの中で繁殖するときだけ仲間を捜し当てるために活動して充実した生活を送って、他の時には、氷の中で凍結された状態で数百万年を過ごせるように進化したかもしれません。 エウロパには、このように宇宙生物学の基準を満たす高い可能性があります。 |
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この画像は、エウロパの氷の表面で赤みがかった場所を示しています。 これらの場所は、下層から上がっている表層よりも暖かい氷の場所を示すかもしれません。 噴出は、下層の海の物質が表層に上がるための仕組みを提供することができます。 この対流過程は、連続的に下降して表面物質を地表下の海へ運んで、もし、生命が存在するならば、表層の方へ生命体を上の方へ運びます。 ガリレオ宇宙船で木星を周回している間に撮った別の映像データを組み合わせたこの画像では、エウロパの表面上に謎のうねのように隆起した赤みがかった点と浅いくぼみが一面に散りばめられています。 エウロパの北半球のこの地域で見えるくぼみと場所は、範囲がそれぞれおよそ10キロメートルです。 暗い斑点は、ラテン語でそばかすを意味する「レンチキューラ」と呼ばれています。 |
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それらの類似した大きさと間隔は、エウロパの凍った殻が、表面の近くのより冷たい氷が下に沈む一方、底の氷殻から上方に移動している暖かい氷が、熔岩明かりのように離れて撹拌しているかもしれないことを示唆します。 他の証拠は、たぶん、エウロパがその冷たい外層の下に深い溶けた海があることを示しました。 レンチキューラを作り上げるために表面上に噴き出ている赤い氷は、下層の海洋構成とそれが生命を維持することができたかどうかに対する手掛かりを握っているかもしれません。 |
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さて、あなたはこの画像に何を見ますか？ 氷の月の住人？かも知れない氷の彫刻がありそうです。 なんとなく頭痛に見舞われる話題でしたので、そんな堅苦しい画像などばかりを惑星テラ見聞録では取り上げていませんよ、という軟弱な一面を披露した次第です。 希少な一部では、東スポに対抗しているとの声も無きにしも非ずですが、謙虚さと図々しさが売りの惑星テラですので大敗を喫した民主党のように極控え目に取り上げました。 自然は、やはり芸術家なのかもしれませんね。 次回の宇宙生物学・地球外生命では、生命は惑星地球唯一説派と生命は宇宙に遍く存在している説派の喧々囂々の論議を実況中継のように高みの見物をする予定です。 |
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| エウロパの表面を特集したこの画像は、左上から順に、峰と輪郭 27メートル/ピクセル、三重の帯域 1.6キロメートル/ピクセル、暗い斑点 1.6キロメートル/ピクセル、「引っ張られ分離」した地形 1.6キロメートル/ピクセル、「筏」のような地形 250メートル/ピクセル、流れ 225メートル/ピクセル、「水たまり」 27メートル/ピクセル、まだらの地形 35メートル/ピクセル、丸い丘 1.6キロメートル/ピクセル、くぼみ 1.6キロメートル/ピクセル、クレーター 300メートル/ピクセル、クレーター噴出物 1.4キロメートル/ピクセル、「斑点」 600メートル/ピクセル、イリジウム明るさと暗い地形 1.6キロメートル/ピクセル、全体的な眺め 7キロメートル/ピクセルです。 |  |
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