土星の氷の衛星エンケラドゥスは生命探査の魅力的な標的である―新研究

エンケラドゥスと呼ばれる土星の小さな氷の衛星は、太陽系の他の場所での生命探査における主要なターゲットの 1 つです。新しい研究は、エンケラドゥスが居住可能な世界であるという主張を強化します。

これらの新しい研究結果のデータは、2004 年から 2017 年まで土星を周回したカッシーニ探査機から得られたものです。2005 年、カッシーニは、エンケラドゥスの氷の殻の亀裂から間欠泉のような水蒸気のプルームと氷の粒が継続的に噴出しているのを発見しました。

最新の研究では、ベルリン自由大学のノザイル・カワジャ氏と彼のチームが、エンケラドゥスの南極から採取されたカッシーニの物質サンプルの再分析に着手した。

エンケラドゥスのプルームからの固体粒子の分析のほとんどは、土星の E 環上で行われていました。 E リングは、惑星を取り囲む雄大な環系の外側の拡散環です。エンケラドゥスの噴煙からの物質が継続的に補充されます。しかし、この物質は新鮮なものではなく、宇宙で放射線にさらされるとその特性が変化する可能性があります。

カワジャ氏らによって分析された若い物質は、カッシーニがエンケラドゥスの南極上空を特に高速で飛行中にサンプリングされたものです。新たに放出されたプルーム物質を使用することで、放射線によるあらゆる干渉の可能性が確実に除去されました。

それでは、プルームサンプルのこれらおよびその他の分析は、エンケラドゥスについて何を教えてくれるでしょうか?初期のカッシーニのサンプルにはナトリウム塩が含まれていることが判明しており、プルームが岩底と接触している地下の液体の水の海によって供給されていることを示唆しています。その後の土星に対するエンケラドゥスの「ぐらつき」（回転のわずかなずれ）の観察により、その氷の外殻がおそらく下の岩石の核から完全に切り離されていることが実証された。

これは、エンケラドゥスの地下海（氷と岩の間に挟まれている）が地球規模であり、月全体に広がっていることを意味します。海はおそらく潮の満ち引きによって維持されており、エンケラドゥスに対する土星のさまざまな引力が海を引き伸ばしたり圧迫したりすることで、エンケラドゥスが加熱され、海の凍結が防止される。

（間接的ではあるが）海洋のサンプリングが可能になったことで、エンケラドゥスの生息可能性、つまりエンケラドゥスに私たちが知っているような生命に必要な成分（つまり、適切なエネルギー源と化学元素の混合物）が含まれているかどうかについて、より包括的な調査が可能になった。

噴煙のサンプリング

カッシーニの噴煙サンプルの分析は、「質量分析」と呼ばれる技術によって可能になりました。このプロセスは、カッシーニ (秒速数キロメートルの速度で飛行) とカッシーニが収集した固体プルーム物質との間の高速衝突から始まりました。

これにより、より小さな帯電した破片が粉砕されました。衝突後、機器が破片を電場にさらし、破片を検出器に向けて移動させました。

次に、化学フラグメントが検出器に衝突するタイミングを利用して、その質量と電荷が決定されました。科学者はその後、「ジグソーパズルを組み立てて」、その断片がかつて形成した分子の正体を解明することができました。

居住可能性を判断しようとする場合、データ内で注目すべき特定の分子があります。有機物は単に炭素を含む分子です。地球上の生命は基本的に炭素をベースとしているため、あらゆる形態の炭素含有分子を検出することは良いスタートとなります。

プルーム物質からは、アミノ酸の前駆体となる可能性がある（ひいてはタンパク質の前駆体となる可能性がある）「アミン」を含む有機物が確実に検出されています。はるかに大きな「高分子」も観察されています。しかし、カッシーニの計測器の限界により、それらの正確な正体は現時点では不明です。

炭素は、地球上の生物体内の原子の大部分を形成する「CHNOPS」元素（炭素、水素、窒素、酸素、リン、硫黄）の 1 つです。硫黄は別として、これらはすべてプルーム物質から確実に検出されています。

質量分析は、海洋内で利用可能なエネルギー源の種類を示すこともできます。地球上の生命の主なエネルギー源である光合成は、エンケラドゥスの海が数キロメートルの氷の下に埋もれているため、エンケラドゥス内では実行できそうにありません。光合成には光が必要であり、海はほぼ確実に暗いです。

幸いなことに、生命が環境からエネルギーを取り出す方法は他にもあります。 1970 年代後半、地球の深海、熱水噴出孔 (ミネラル豊富な熱水が湧き出る海底の亀裂) の周囲で、広大な生態系が発見されました。

熱水噴出孔の周囲に生息する微生物は、「化学合成」生命の一種です。熱水に含まれるさまざまな物質を利用して化学反応を起こし、必要なエネルギーを取り出します。

二酸化炭素や水素などの化学合成経路の成分は、理論的にはエンケラドゥスを実行可能なエネルギー源にするのに十分な量がエンケラドゥスの海洋内で入手可能であるようです。

実際、プルーム物質中の水素の量は非常に多いため、それを説明するにはエンケラドゥスの海洋にある現在の源、おそらく熱水噴出孔が必要になるでしょう。

最近の研究

もちろん、海の中にあるものを推測するためにプルームのマテリアルを使用する場合には注意が必要です。プルームの形成中のプロセス (プルームが氷を通って宇宙に移動するとき) は、特定の物質を希釈または濃縮する可能性があります。また、過酷な放射線によりプルーム内の化学物質が反応し、その物質が海洋由来のものではなくなってしまう可能性があります。

最新の研究では、新たに放出されたプルーム物質を分析することで、その問題を解決しました。速度が速いため、このフライバイ中に取得されたサンプルは、より多くの種類の分子がデータ内に表示されるように断片化されているはずです。

そして、収集されたサンプルには、すでに知られている物質だけでなく新しい物質も含まれており、それらが放射変質によるものではなく、エンケラドゥス内部から来たものであることが確認されました。新たに検出された物質の中には、熱水起源をさらに示唆するものもあります。

エンケラドゥスの潜在的な居住可能性に関する知識をもとに、欧州宇宙機関はエンケラドゥスのフライバイを実行し、場合によっては周回して表面に着陸するミッションを2040年代に打ち上げることを計画している。

アップグレードされた一連の機器を使用して、このミッションはプルーム物質内の生命の証拠を探すことを目的としています。エンケラドゥスの深部にある熱水系の周囲に生命が存在するとしたら、その生命が海の上に到達し、宇宙へ旅立つのは長くて困難になるかもしれない。

しかし、ワシントン大学のファビアン・クレナーらによる最近の研究では、氷粒内の単一の細菌細胞さえも質量分析法で検出できる可能性があることが示された。したがって、もし生命がエンケラドゥスの中に存在するなら、その痕跡は宇宙に漂い、私たちがそれを見に来るのを待っているかもしれないという希望が残っています。

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