エンケラドゥスに生命は存在するのか？元素パズルの最後のピースが中国の科学者によって発見された

エンケラドゥスは人類が発見した土星の2番目の衛星です。さて、大きさの順に並べると、エンケラドゥスは土星の衛星の中で6番目になります。 2019年現在、土星には82個の衛星があり、木星の79個より数個多いことが発見されており、土星は太陽系で最も衛星の数が多い惑星となっている。

科学者は一般的に、探査と分析の結果、太陽系内に生命が存在する可能性のある惑星は非常に少ないと考えています。存在する可能性が高い惑星は火星のみで、残りはエンケラドゥス、タイタン、ガニメデなどいくつかの衛星です。エンケラドゥスは、液体の水が大量に存在することから第1位にランクされています。

発見の旅

生命が存在する可能性のあるいくつかの地球外衛星の中で、エンケラドゥスは最も小さく、直径は約500キロメートルで、タイタンのわずか10分の1ほどの大きさです。エンケラドゥスはサイズが小さく、太陽から遠いため、アルベドが1.38と非常に高く（地球は0.37）、太陽のエネルギーがすべて放出され、表面温度はわずか75K（-198℃）と非常に低くなっています。

これまで科学者たちは、厚い氷の層に覆われたこの惑星は、液体の水の長期存在を支えるには内部エネルギーが少なすぎるため、生命が存在する可能性は低いと考えていた。しかし、前世紀にNASA（アメリカ航空宇宙局）が打ち上げた姉妹探査機ボイジャー1号と2号は驚くべき発見をしました。

これら2機の無人探査機はそれぞれ1980年と1981年に土星を通過しました。特にボイジャー2号は、エンケラドゥスの表面に8万7000キロメートルまで接近し、エンケラドゥスの鮮明な画像を含む大量のデータを取得しました。科学者たちは、表面のクレーターの分布やいくつかの新しい地形から、惑星内部にはまだ強いエネルギー活動が存在しているのではないかと推測し、世界の科学界にセンセーションを巻き起こした。

エンケラドゥスの状況をさらに明らかにするために、NASAは1997年に無人探査機カッシーニを打ち上げ、2004年に土星の周回軌道に到達しました。最も重要な観測対象として、カッシーニはさまざまな距離でエンケラドゥスを何度も通過しましたが、最も近い距離は表面からわずか50キロメートルでした。惑星の包括的な調査を通じて、多くの驚くべき事実が発見されました。

エンケラドゥスの表面にはトラ模様が豊富に存在し、つまり表面に平行な亀裂が多数存在しており、エンケラドゥスで地質活動が活発であることを示しています。エンケラドゥスの表面には多数の氷火山があり、そこから噴き出す噴煙の高さは 250 キロメートルにも達します。カッシーニはこれらの噴煙の上を飛行し、サンプルを採取した。化学分析の結果、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄、およびそれらの化合物を含む豊富な無機物と有機物が含まれていることが判明しました。

これらの発見は、エンケラドゥスには深い地下海と熱源環境があり、生命が存在するのに適した環境であることを示しています。したがって、エンケラドゥスは太陽系内で地球外生命が存在する可能性が最も高い惑星の 1 つとして特定されています。

しかし、生命の6つの基本元素のうちの1つであるリンは、これまで発見されていません。地球上では、リンは生命の起源と大きさを制限する重要な栄養素であると広く考えられています。それで、エンケラドゥスの水にはリンが含まれているのでしょうか?リンの存在はエンケラドゥスにおける生命の起源と居住可能性を制限する可能性があるでしょうか?

この疑問は科学界を悩ませており、科学者たちは生命の存在を解明する最後のパズルのピースを見つけたいと願っています。

中国の科学者たちは、モデリング研究を通じて生命の存在条件のパズルの最後のピースを完成させた。

地球の海水中では、リンはオルトリン酸 (HxPO4-) の形で存在することが多く、溶解度はわずか 10^-7 モル濃度と極めて低いです。エンケラドゥスの海水は pH が 8.5 ～ 11 のアルカリ性であると考えられており、大量の H2 が還元されています。この非常に異なる海水の化学はリンの化学にどのような影響を与えるのでしょうか?この疑問を解明することが、エンケラドゥスの海水にリンが存在するかどうかの鍵となります。

中国科学技術大学地球宇宙科学学院の研究員であるハオ・ジフア氏は、米国サウスウェスト研究所のクリストファー・グリーン氏などの学者と協力し、NASAの探査機カッシーニから送られてきたデータを解釈してエンケラドゥスの氷底海の水と岩石の相互作用モデルを構築し、エンケラドゥスの海水の化学環境をシミュレートした。

研究結果によると、エンケラドゥスの特殊な海洋環境では、リンは依然としてオルトリン酸の形で存在し、その含有量は10^-5～10^-3モル濃度に達し、地球の海洋のリン濃度より数桁高いことが分かった。これは、エンケラドゥスの海水のアルカリ性と炭酸塩含有量の高さによるもので、その結果、アルカリ土類金属と遷移金属元素の含有量が非常に少なくなり、リン酸鉱物の溶解度が高まります。

この現象は地球上の多くのアルカリ性湖や高炭酸塩湖で確認されています。このモデルによれば、エンケラドゥスの水には溶解したリン酸が豊富に含まれており、それがそこでの微生物の起源と繁殖を支えていると考えられます。この研究成果は、世界トップクラスの学術誌「米国科学アカデミー紀要」に掲載されました。この発見により、生命にとって重要な栄養素であるリンがエンケラドゥスに存在することが初めて明らかになり、エンケラドゥスの海の居住可能性に関する研究の空白が埋められた。

この結果は、エンケラドゥスに生命が存在するための条件を見つけるためのパズルの最後のピースとみなすことができ、非常に重要な意味を持っています。プロジェクト研究は主に中国の学者によって行われ、中国科学技術部、中国科学院、中国科学技術大学から支援と資金提供を受けています。したがって、発表された論文の第一責任著者は Hao Jihua 氏であり、第一責任所属は中国科学技術大学です。

では、エンケラドゥスにはどのような生命が存在する可能性があるのでしょうか?

エンケラドゥスはほぼ氷の球体で、その表面はまばゆいばかりの白い氷で覆われています。太陽系の中で最も高いアルベドを持つ惑星であり、そのため非常に寒い。エンケラドゥスの表面は氷河の山々と峡谷で覆われており、いくつかの大きな峡谷は長さ約 200 キロメートル、幅 5 ～ 10 キロメートル、深さ約 1 キロメートルにもなります。

エンケラドゥスの表面、特に南極地域には、絶えず噴火している「火山」がいくつかありますが、噴出するのは熱い溶岩ではなく、氷の破片、水、揮発性ガスであり、数百キロメートルの高さの噴煙を形成し、エンケラドゥスの上空にガス雲を形成しています。カッシーニはこれらのガス雲と噴煙の中を飛行し、雲の物質のサンプルを採取した。

搭載された科学機器による分析の結果、噴煙と雲は主に水蒸気で、少量の分子状窒素、メタン、二酸化炭素も含まれていることが判明した。科学者たちは、継続的に噴火するこれらの「火山」を「氷火山」と呼び、噴出する物質を「氷の噴煙」と呼んでいます。

これらの現象から、科学者たちはエンケラドゥスの凍った表面の下に巨大な海があるのではないかと疑っている。この海はエンケラドゥスの表面の氷層の20〜30キロメートル下に位置しています。控えめに見積もっても深さは10～20キロメートルですが、65キロメートルにも達すると見積もる人もいます。海洋深層部の中心でもエネルギー活動が起こっています。

地球の海の平均深さはわずか 3.6 キロメートルで、エンケラドゥスと比べれば取るに足らないものです。研究により、エンケラドゥスの海には生命が存在するために必要なすべての要素が含まれていることが判明しました。郝吉華氏らの研究成果は、生命の存在に必要な要素についての最後の謎を解いた。

しかし、それでも、エンケラドゥスに生命が存在する可能性はまだ仮説に過ぎず、生命が存在するかどうかは今後さらに調査と検証を行う必要がある。 NASAは将来、特別な探査機をエンケラドゥスの表面に着陸させ、厚い氷を掘削し、AIが海の奥深くまで進んで探査できるようにする計画だ。

現在、NASAの科学者たちは、長い間使われていなかったカシオの探査機から以前送信されたデータの分析を続けている。エンケラドゥスの氷柱から採取した一滴の水を分析したという。そこから生命の兆候が見つかるかどうかはまだ不明だ。しかし、科学者たちは一般的に、たとえエンケラドゥスに生命が存在するとしても、それは地球の深海熱水噴出孔付近の下等生物と同様に非常に低レベルの生命であり、地球上の生命とはまったく異なるものである可能性が高いと分析しています。

したがって、あまり期待しすぎないでください。地球の陸上動物のような高度な生物が存在する可能性は低く、ましてや異星人の文明が存在する可能性も低い。しかし、たとえエンケラドゥスで細菌や細胞が発見されたとしても、それは驚くべき発見であり、宇宙の生命の歴史が書き換えられることになるので、やはり期待する価値がある。

なぜなら、これまで科学者たちはあらゆることを試みてきたが、地球外生命体の痕跡は発見されていないからだ。今日はこれで終わりです。読んでいただきありがとうございました。また、ディスカッションに参加していただければ幸いです。

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