ウェッブ望遠鏡が「プレバイオティクス分子」を検出！本当に地球外生命体が存在するのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者：謝継偉（南京大学）

プロデューサー: 中国科学博覧会

最近、NASAはジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が冷たく暗い宇宙の氷の雲の中に隠された驚くべき分子を発見したと発表した。このニュースが報道されるやいなや、SFファンは騒然となった。地球外生命体は本当に存在するのでしょうか？急がないでください！今日はこの「プレバイオティクス分子」についてお話しましょう。

ウェッブ望遠鏡の近赤外線カメラで撮影されたこの画像は、カメレオン I 分子雲の中心領域を示しています。画像提供: NASA/ESA/カナダ宇宙庁

地球外生命体は本当に存在するのでしょうか？

「地球外に生命は存在するのか？」「宇宙には人間しかいないのか？」これらは興味深いですが、根本的な質問です。さまざまな年齢の学生がこれらの質問に非常に興味を持つことが多く、同様に、科学者もそのような質問についてよく考えます。科学的、歴史的観点から考えると、地球外生命体は存在し、人類は宇宙で孤独な存在ではない。

科学的な観点から見ると、宇宙の広大さは私たちの想像をほぼ超えています。私たちの天の川銀河には少なくとも 1000 億個の星があり、宇宙全体にも少なくとも 1000 億個の銀河があります。恒星の周りに生命を持つ惑星が存在する可能性は非常に低いですが、非常に小さな数字に非常に大きな数字を掛け合わせても 1 (つまり地球) になる可能性は非常に低いです。つまり、宇宙には地球のような生命が存在する惑星が存在する可能性が非常に高いのです。

歴史的に言えば、「人間は孤独なのか？」という疑問は、新しいものではありません。数十万年前、古代の人々は、地球の遠い場所に自分たちのような人々がいるのではないかと考え始めました。そこで彼らはさまざまな民族グループを発見し、部族や国家を形成しました。 500年以上前、コロンブスや他の航海者たちは、海の向こう側に自分たちと同じような人々がいるかどうかに興味を持ち、新世界を発見し、グローバリゼーションと人類社会を形成しました。

今、私たちはまだ同じ疑問を抱いています。人間は孤独なのでしょうか？しかし、私たちが今直面しているのは、宇宙、広大な宇宙です。歴史は同じ答えを出すだろうと私は信じています。

私は地球外生命体の存在を信じていますが、実際にそれらを発見したり、接触したりすることは一夜にしてできることではありませんし、人類がやるべきことはまだまだ長いのです。ウェッブ望遠鏡による「生命誕生前の分子」の発見は、地球外生命の探査という長い旅路におけるほんの小さな一歩に過ぎません。さらに、この理論は「地球外生命体が存在する」ことや「人類は宇宙で孤独ではない」という信念を科学的に裏付けています。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡がカメレオンI分子雲の赤外線スペクトルを観測

スペクトル内の様々なスペクトル線の特徴は、様々な分子の存在を明らかにする。

イラスト: NASA、ESA、CSA、ジョセフ・オルムステッド (STScI)

科学: クラウス・ポントピダン (STScI)、ニコラス・M・クルーゼ (LEI)、ザック・スミス (オープン大学)、メリッサ・マクルーア (ライデン天文台)

「プレバイオティクス分子」とはいったい何でしょうか？

「前生物分子」とは、実際には水、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、メタン、メタノールなど、生命の起源以前に一般的に存在していたより単純な分子です。その発見は、人類が地球外生命を発見したことを意味するものではありません。実際、いわゆるプレバイオティクス分子は、太陽系外惑星の大気や若い恒星の周囲などで以前にも発見されています。

しかし、今回ウェッブ望遠鏡の強力な検出能力で観測されたこれらの分子は、極めて高密度で低温の分子雲の中に存在しています。また、ウェッブ望遠鏡はスペクトル範囲が非常に広いため、同時に多くの分子スペクトル線を検出することができます。

この研究は、これらの恒星や惑星が形成される前の氷の組成に関するこれまでで最も包括的な観察でもある。この研究の科学的意義は、いわゆる生命誕生前の分子（水、一酸化炭素、二酸化炭素、メタノールなどの一部の有機分子）が、恒星や惑星が誕生するはるか以前に分子雲の氷の奥深くで形成されたことを明らかにした点にある。

ウェッブ望遠鏡 - 観察に最適な選択肢

史上最強の赤外線宇宙望遠鏡であるウェッブ望遠鏡は、宇宙から惑星に至るまで、あらゆる天文学の分野で前例のない発見をすることができます。

とても「遠く」まで見ることができます。宇宙誕生後に形成された最初の一連の星と銀河を観測することができ、宇宙の誕生、銀河の形成と進化についての新たな理解が得られます。非常に「詳細」に見ることもできます。宇宙に広がる分子雲の中のさまざまな氷分子を発見するほか、太陽系外の惑星の大気の組成も検出でき、地球を含む惑星や生命の起源についての理解を大きく広げます。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡

画像出典: Veer Gallery

この発見において、ウェッブ望遠鏡は当然の「舞台裏のヒーロー」である。これらの分子を発見するための基本原理は、背景の星からの光が分子雲を通過し、望遠鏡の分光計で観測されるというものです。分子雲内のさまざまな氷分子は通常、特定の波長の光子を吸収し、スペクトルに痕跡、つまり検出可能なスペクトル吸収線を残します。

多くの分子スペクトル線は赤外線帯域に属しており、ウェッブ望遠鏡が主に動作する帯域は赤外線帯域です。今回の観測対象は2つの高密度分子雲であるため、光が通過して望遠鏡に届く信号は非常に弱く、検出するにはウェッブ望遠鏡のような大型の（集光能力の強い）望遠鏡が必要になります。

他の天体望遠鏡でも観測できますか？答えは基本的にノーです。まず、地球の大気中のさまざまな分子（水、二酸化炭素など）の影響を排除するため、地上の望遠鏡は使用できません。宇宙望遠鏡については、ハッブルの観測能力も非常に強力ですが、その動作帯域は主に可視光と近赤外線であり、中赤外線と遠赤外線には無力です。

したがって、この点でウェッブ望遠鏡は現在最も理想的な天体望遠鏡です。ハッブル望遠鏡よりも口径が大きく、集光能力も強く、より微弱な信号も検出でき、動作帯域は赤外線帯域の広い範囲をカバーしているため、多数の分子スペクトル線を検出できます。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が星々で満たされた創造の柱を観測

画像出典: Veer Gallery

結論

この研究は、ウェッブ望遠鏡の早期公開科学プロジェクト 13 件のうちの 1 つである氷河期プロジェクトの一部です。この観測は、ウェッブ望遠鏡の観測能力を実証し、天文学者がこの装置を最大限に活用する方法を学ぶことができるように設計されている。

ウェッブ望遠鏡は、今後もさらなる観測を行って、氷が最初の合成から原始惑星系円盤の彗星形成領域に至るまでどのように進化していくかを理解するのに役立ち、最終的にどのような氷の混合物（どの元素）が地球型惑星の表面に運ばれるか、あるいは巨大惑星の大気に取り込まれるかといった重要な科学的問題を明らかにすることが期待されています。

この発見は、地球外生命体が本当に発見されたことを意味するものではないが、人類が地球外生命体の探査の旅において踏み出した新たな一歩と見ることができる。この研究は、いわゆる生命誕生前の分子が、恒星や惑星が誕生するはるか以前に分子雲の氷の奥深くで形成されたことを明らかにしている。分子雲が宇宙の隅々まで浸透していることを考えると、この研究結果は、生命の起源が宇宙のどこにでも同様の初期条件で存在することも意味します。

この発見は、「地球外生命体が存在する」、そして「人類は宇宙で孤独ではない」という信念を科学的に裏付けるものである。この信念の存在こそが、人類がたゆむことなく宇宙を探求し、絶えず「信念」を「常識」に変えていく原動力となっているのです。

編集者: Ying Yike