この計画された NASA 望遠鏡は、私たちと同じような世界を特定するのに役立つかもしれません | 科学

ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が打ち上げられたのはわずか 2 年前ですが、NASA はすでに、ハビタブル・ワールド天文台 (HWO) として知られる次の主力宇宙望遠鏡に注目しています。 この新しい装置はまだ計画段階にあり、実際に打ち上げられるまでに少なくとも十数年かかる可能性があるが、天文学者たちはすでにその可能性に興奮している。 新しい望遠鏡は、太陽系外の世界に生命が存在するかどうかをついに明らかにするかもしれない。

ワシントンにあるNASA本部の天体物理学部門責任者マーク・クランピン氏は、系外惑星（太陽以外の恒星を周回する惑星）での生命の発見は「人類にとって極めて重要な瞬間となるだろう」と語る。私たちは宇宙で一人ではないことを知ってください。」

ハビタブルワールド天文台は、天文学コミュニティにとって最も重要な目標を概説する10年間のロードマップである米国科学アカデミーの「天文学と天体物理学に関する10年調査2020」の一環として初めて提案された。 主に赤外光を収集するウェッブとは異なり、HWO は他の望遠鏡の機能と重複しないように、可視光と紫外光で動作します。 しかし、HWOとウェッブには共通点がある。それらは「隣人」であり、新しい機器は最終的に、地球から見て約93万マイル「後方」の安定した場所、いわゆるL2ラグランジュ点に位置することになる。太陽。 ただし、ウェッブとは異なり、ハビタブルワールド天文台は、将来的にはロボットによる保守ができるように設計されるため、ミッションの期間が延長され、長期的にはコストが削減される可能性があります。 望遠鏡の実際の予算は議会次第だが、十年調査では約110億ドルという数字が示唆されている。 資金が調達できれば、HWOは2030年代後半か2040年代前半に発足することになる。

系外惑星の研究における主な課題は、主星からの光が惑星の表面から反射される微弱な光を圧倒してしまうことです。 標準的な解決策は、コロナグラフと呼ばれる装置を使用することです。 コロナグラフは望遠鏡自体の中に設置されており、星からの光を遮断して近くの惑星からの弱い光を記録できるように設計されています。 ウェッブはコロナグラフを持っており、実際、すでにいくつかの系外惑星を画像化していますが、私たちの世界に似た小さな岩石の世界を画像化する能力がありません。

科学者が本当に見つけたいのは、主星のいわゆるハビタブルゾーン内、つまり惑星の表面に液体の水が存在できるような温度の範囲内を周回する地球に似た惑星である。 これらの小さな世界を直接画像化するには、コロナグラフだけでは十分ではありません。 それは、光の波の性質により、主星からの余分な光の一部が常にコロナグラフを越えて溢れ出て、画像が劣化するためです。 この影響に対抗するために、HWO はウェッブの光学系をも上回る高精度の光学系を必要とします。 新しい望遠鏡は、コロナグラフを通過する迷光の影響を最小限に抑えるために、リアルタイムで自動的にわずかに変形できるミラーを採用します。 そのためには、鏡の表面の位置を数十ピコメートル以内に制御する必要がある、とクランピン氏は言う。 1 ピコメートルは 1 メートルの 1 兆分の 1 で、一般的な原子の直径よりも小さいです。 この技術は、別のミッションで使用するためにすでに開発されています。ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡は、宇宙構造と暗黒エネルギーを研究するために設計された赤外線望遠鏡で、今年後半に打ち上げられる予定です。

しかし、ハビタブルワールド天文台は画像を記録するだけではありません。 新しい機器の主な目標の1つは、分光器を使用してこれらの遠い世界からの光をスペクトルに分解し、惑星の大気中の特定の化学物質に関連する特定の信号を分析できるようにすることです。 バイオマーカーとして知られるこれらの化学物質の一部は、地球の表面に何かが生きていることを示す可能性があります。

バイオマーカーの明らかな候補の 1 つは、酸素の存在です。 しかし、酸素だけでは自動的に生命を示すわけではないと、系外惑星を専門とするメリーランド大学の天文学者エリザ・ケンプトン氏は説明する。 「たとえ生命体が存在しなくても、基礎的な化学によって大気中に酸素を大量に生成することができます」と彼女は言います。

コーネル大学の天文学者リサ・カルテネッガー氏によれば、良い戦略は、酸素とメタンなどのガスの特定の組み合わせに焦点を当てることだという。 ただし、どちらのガスも非生物学的プロセスによって説明される可能性があるため、信号を生命の兆候として特定するのは困難です。 たとえば、火山や熱水噴出孔ではメタンが生成され、放射線によって水分子が分裂して酸素が生成されます。 しかし、メタンと酸素の両方を同時に持つ惑星が見つかったということは、両方のガスの供給を更新し続ける何かが惑星の表面で起こっていることを示唆しているだろう。 私たちの地球では、植物は酸素を生成し、動物はメタンを生成します。

コーネル大学カール・セーガン研究所所長でもあるカルテネッガー氏は、メタンと酸素のこの組み合わせを発見するのは簡単ではないが、間違いなく眉をひそめるだろうと言う。 「ハビタブルゾーン内に惑星があり、酸素とメタンの組み合わせが見られるとしたら、私はこう言うでしょう、これについては生命以外に説明がありません。」

水も重要な手がかりとなる可能性がありますが、酸素と同様に、水それ自体は曖昧です。 水（系外惑星の大気中で水蒸気として検出される可能性がある）と他の重要なガスの組み合わせは、生命の存在を示す最も有力な証拠となるだろう。

天文学者が系外惑星の一つでもそのような信号を発見できれば、状況が一変するだろうとカルテネッガー氏は言う。 「生命の兆候を示す惑星がもう 1 つ見つかっただけで、宇宙には生命が溢れていることがわかります。 少なくとも私にとって、それは私の世界観に革命をもたらすでしょう。」

天文学者たちは興奮していると同時に、地球外に生命が存在するとされる兆候が過去に誇張されすぎて、一般大衆を幻滅させただけだということも痛感している。 1990年代にそこにいた人は、化石化した微生物が含まれていたとされる有名な「火星の隕石」を覚えているかもしれないし、より最近では、生命に関連している可能性のある化学ホスフィンが金星の大気中で検出されたという主張を覚えているかもしれない。 結局のところ、これらの主張や他の多くの主張は支持されませんでした。

「すごい、地球の外に生命体が見つかったかのような大々的な主張がなされています」とケンプトン氏は警告する。 「したがって、現時点での科学界の大きな目標は、メッセージを正しく共有する方法を見つけ出すことです。 私たちは人々に『ああ、人生を見つけた』と思わせたくないのですが、その後、私たちはそれを撤回しなければなりません。」

それでも、彼女は、賭け金が非常に高いため、この探求を追求する価値は非常に高いと信じています。そして、ハビタブルワールド天文台のような望遠鏡は、長年の疑問を解決する最善の策かもしれません。 「生命はこの地球上の宇宙で一度だけ誕生したのでしょうか。そして私たちはとても幸運で、驚くほど特別なだけなのでしょうか？」 ケンプトンは言う。 「それとも、これは多くの惑星で展開される自然のプロセスを通じて定期的に起こり、そこにはあらゆる種類の生命が存在するのでしょうか？」

確かに、もし私たちが地球の外に生命体を発見したとしても、それは私たちが会話できる生物よりも、ある種のぬるぬるした藻類のような生物である可能性がはるかに高いでしょう。結局のところ、藻類やバクテリアは何十億年も前から私たちの惑星で栄えていたのです。最初の哺乳類がやって来ました。 それでも、そのような発見は、宇宙における私たちの立場に新たな光を当てることになるでしょう。 「一度は夜空を見上げて、『私たちは孤独なのだろうか？』と思ったことがない人はいないでしょう。」 クランピンをミューズにします。 「他にも生命体はいるの？」