本記事は、 Caltechとの協力により発表されたものです。 本記事の掲載は、世界経済フォーラムによる見解の支持を意味するものではありません。
木星の衛星エウロパは、氷に覆われた外殻の下に大規模な塩水の海が存在すると考えられており、科学者によれば、その海は生命を宿す可能性があるとされています。実際、NASAが最近提案したミッションでは、この氷の衛星の表面を訪れ、生命の存在を示唆しうる化合物を探すことになっています。では、どこを探すのが最善なのでしょうか。新たな研究を行ったのは、カリフォルニア工科大学の大学院生Patrick Fischer； Mike Brown、Richard and Barbara Rosenberg Professor兼Professor of Planetary Astronomy、そしてJPLの天体生物学者兼惑星科学者Kevin Handです。彼らの研究は、エウロパのいわゆる「カオス地形」を構成する、傷つき入り乱れた地域の中に、最善の場所がある可能性があると示唆しています。
この研究に関する論文は The Astronomical Journal誌に採択されています。
「エウロパの、割れ目、尾根、トランスフォーム断層に覆われた新鮮な氷の表面は、広大な内部の塩水の海の外部的な痕跡であることは以前から分かっていました」とBrownは述べています。カオス地形の地域には、大規模な氷板が割れ、位置がずれ、そして再凍結したことを示す痕跡が見られます。これらの地域は特に注目されています。下にある海洋から来た水が、割れ目を通じて表面に上昇し、そこに堆積物を残した可能性があるからです。
「エウロパの海洋を直接採取することは大きな技術的課題であり、実現はおそらく遠い将来のことになるでしょう」とFischerは述べています。「しかし、カオス地形の地域に残された堆積物を採取できれば、その下にある海洋の組成とダイナミクスについて多くのことが明らかになる可能性があります。」この海洋は、深さ100キロメートルにも及ぶと考えられています。
「これにより、岩石質の核と海洋の境界での活動について多くのことが分かるかもしれません」とBrownは付け加えています。
こうした堆積物を探すため、研究者らは2011年に行われた観測データを改めて検討しました。その観測は、 ハワイのW. M. Keck Observatory でOSIRIS分光器を用いて実施されたものです。分光器は光をその構成要素に分解し、その後、それぞれの周波数を測定します。各化学元素には固有の光吸収特性があり、これはスペクトル帯または吸収帯と呼ばれます。特定の波長における光の吸収によって生じるスペクトルパターンは、反射された太陽光を観測することで、エウロパの表面鉱物の化学組成を特定するために用いることができます。
OSIRIS装置は赤外線の波長でスペクトルを測定します。「エウロパで見つかると予想された鉱物は、赤外線において非常に明確なスペクトルの指紋を持っています」とFischerは述べています。「これとKeck望遠鏡の補償光学の優れた能力を組み合わせれば、非常に強力なツールになります。」補償光学の仕組みは、明るい星またはレーザーの像の歪みを測定し、それを機械的に補正することで、地球大気の乱流によって生じるぼけを低減します。
OSIRISによる観測では、エウロパの表面の1600か所の個別の地点からスペクトルが得られました。このデータの集合を解釈するため、Fischerは、スペクトル特徴の主要なグループを分類・識別する新しい手法を開発しました。
「Patrickは、スペクトルの集合を取り込み、人間の先入観を介さずに自動的に、いくつかの明確に異なるスペクトルへと分類できる、非常に巧妙な新しい数学的ツールを開発しました」とBrownは述べています。その後、ソフトウェアは、これらの測定値のグループを、NASAのガリレオ計画によるエウロパの表面図と相関させることができました。ガリレオ計画は1990年代後半から木星の衛星の地図作成を開始しました。その結果得られた合成図は、チームが関心を持つ地域の組成を視覚的に把握するための指針を提供しました。
分析から、組成的に異なる3つのスペクトルのカテゴリーが明らかになりました。第一は、エウロパの表面を大部分占める水氷でした。第二のカテゴリーには、隣接する衛星イオの火山活動に由来すると考えられている、イオン化した硫黄と酸素—が、エウロパの表面に衝突し、そこにある氷と反応することで生じる化学物質が含まれます。これらの知見は、 先行研究 （Brown、Handらおよびその他の研究者が、エウロパの表面化学を特定するにあたって行った）の結果と一致していました。
しかし、3つ目の化学指標のグループは、さらに当惑させるものでした。それは氷または硫黄のグループのいずれとも一致せず、また、エウロパに関する既往の知識から予想されたような、容易に特定できる塩類鉱物のグループでもありませんでした。マグネシウムは表面に存在すると考えられていますが、そのスペクトル特徴は弱く、この3つ目の測定値の集合もそれとは一致しませんでした。「実際、これはエウロパと以前に関連づけられていたどの塩類物質とも一致しませんでした」とBrownは述べています。
この3つ目のグループを表面にマッピングすると、それはカオス地形に重なりました。「3つ目のスペクトルグループの地図を見ていたところ、ガリレオの画像で地図化されたカオス地域にほぼ一致することに気づきました。驚くべき瞬間でした」とFischerは述べています。「この研究で最も重要な成果は、これらの物質がエウロパ由来のものであると理解できたことです。それらは、最近の地質活動が見られる地域と明確に関連しているからです。」
堆積物の組成は、依然として不明確です。「独自の特定は困難でした」とBrownは述べています。「大量の海水が表面に流れ出た後に蒸発して残った塩類を見ている可能性があると考えています。彼はこれらの地域を地球上の類似物と比較しています。「それらは、世界の砂漠地帯にある大規模な塩原のようなものかもしれません。そこでは、塩の化学組成は、蒸発する前に水に溶けていた物質をそのまま反映しています。」
Brownによれば、エウロパの同様の堆積物は、その下にある海洋を垣間見る手がかりを与えてくれる可能性があります。「エウロパで、海水が最近溶け出して化学物質を表面に放出した地域を一つ挙げなければならないとすれば、それはまさにここでしょう。いつの日か、そこで見つかる化学組成を採取して分類できれば、エウロパの海底で何が起きているかについて何かを知ることができ、場合によっては有機化合物さえ見つかるかもしれません。それは大変刺激的なことでしょう。」
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著者：Rod Pyleは、カリフォルニア州パサデナにあるCaltechの科学ライターです。
画像：NASAが2014年11月24日に提供した、木星の氷に覆われた衛星エウロパの表面。NASA/JPL-Caltech/SETI Institue/Handout via Reuters。