金星の上層にある薄黄色の硫酸の雲の下には、紫外線領域で強い光を吸収する未知の物質が潜んでいる。国際研究チームが最新の輻射伝達モデルを用いて、雲滴中の液体が示すべき吸収係数の新たな数値を算出し、炭素ベースの有機分子の可能性などその物理的性質に迫っている。
金星は通常の可視光で見ると淡い黄色に見えるが、紫外線の波長で観測すると、惑星の上層硫酸雲を横切るように暗い模様や明るい模様が劇的に現れる。科学者たちは約1世紀にわたりこの模様を観測してきたが、それを生み出す物質、いわゆる「未知の吸収体」の正体はいまだに特定されていない。国際的な研究チームは、この謎めいた物質が備えるべき新たな数値的限界を提示したと、科学メディアが伝えている。
ラボのキュベットで検証する雲滴の光学原理
Venus’s pale yellow clouds may hide something surprisingly dark
研究のリード著者であるFoundation for Applied Molecular Evolution（米国）のJan Spacek博士は、金星の雲滴をキュベットに収めた場合にどのように見えるかをモデル化した。この違いは、雲が遠くから見るとどのように見えるかと、その素材が実験室でどのように見えるかの違いに起因する。たとえば、タバコの煙は、0.1ミクロン以下の粒子が光を効率的に散乱するため、白く見えるが、その粒子をフラスコに集めると、焼けたタバコのスラッジのような濃い懸濁液になる。金星の雲も同様の光学原理が適用され、遠くから見ると淡い黄色でも、雲滴の液体は驚くほど暗い可能性がある。
「我々のモデルは、雲の素材をキュベットに収めて実験室の分光計で測定した場合にどうなるかを尋ねるものです。これは、光の吸収が溶液中の光吸収物質の濃度と関連している可能性があるため重要です」とSpacek博士は述べた。
モデル計算が導き出した吸収係数の数値
研究チームは、金星の観測データと輻射伝達モデルを組み合わせて、雲滴の液体がどれだけ強い光を吸収する必要があるかを推定した。その結果、365〜455ナノメートルの波長範囲において、375ナノメートルでの必要なデカディック吸収係数は約1,278 cm⁻¹に達した。この数値は、未知の吸収体が極めて高い光吸収効率を持つか、あるいは雲滴内で非常に高濃度で存在しているか、あるいはその両方を満たさなければならないことを意味している。
Planetary Atmospheres Group（韓国基礎科学研究院、IBS）のYeon Joo Lee博士は、輻射伝達モデルの計算を担当し、「金星の雲粒子が太陽光を効率的に散乱するため、地上から観測される明るさは、実験室で測定される液体の吸収と直接比較できません。雲粒子と大気の散乱および吸収を考慮することで、雲滴の液体自体がどれだけ光を吸収する必要があるかを推定できます」と説明した。
Venus’s Mysterious Clouds May Hide An Exceptionally Strong Light
炭素ベースの有機分子と「タール状」の謎
このように強い吸収力を示す候補として、高吸光性の共役有機分子が挙げられる。ここでいう「有機」は炭素ベースを意味し、生命の存在を示唆するものではない。効率的なポルフィリノイド色素と同等の吸収力を持つ分子であれば、必要な濃度は1リットルあたり約10グラムのオーダーになる。
ただし、研究者らはクロロフィルやヘムといった特定の生物学的色素を主張しているわけではない。これらはあくまで効率的な光吸収体の馴染み深い参考例にすぎない。さらに、金星の吸収スペクトルの形状は重要な手がかりをもたらしている。通常の単純な有機化合物を濃硫酸にさらすと、茶色や黒色をした複雑なタール状の混合物を形成しやすいが、金星で見られる365〜455ナノメートルでの急激な吸収低下のパターンとは一致しない。
この研究は、Astrobiologyに掲載され、国際的な研究チームによって行われた。研究の詳細は、観測データと輻射伝達モデルの組み合わせにより、金星の雲の光学特性を理解する新たな枠組みを提供している。