塩辛い海の奥深くで、海底がひび割れています。下の層からの高温ガスが水に泡立ち、太陽に照らされた表面から遠く離れた場所で微生物のコロニーを維持しています。
これは、地球の広大な海の底からのシーンのように聞こえるかもしれませんが、実際には、木星を周回する氷の衛星の 1 つであるエウロパの可能性のある説明です。そして、間もなく予定されている木星氷衛星探査機 (JUICE) ミッションのおかげで、その説明がどれほど正確かを知る機会がついに得られるかもしれません.
宇宙生物学者 - 私たちの惑星の範囲を超えて生命の兆候を探す科学者 - は、長い間単純なマントラに固執してきました:水に従う.それは、最も小さなバクテリアから巨大なシロナガスクジラまで、地球上のすべての生物が生き残るために液体の水を必要とするからです。水なしのエイリアンの生命は可能かもしれませんが、水素と酸素の間の分子結合を探すことは、始めるのに最適な場所です.
H₂O の探索では、ハビタブル ゾーン (温度が液体の水に最適な星の周りの狭いリング) について多くのことが行われてきました。地球はこの地域にあるため、水の大部分は凍ったり沸騰したりしません。しかし、ハビタブル ゾーンは不完全な概念です。
オープン大学の宇宙生物学者であるマーク・フォックス・パウエル博士は、「太陽系外縁部の少なくとも 5 つの天体には、地下に海があります」と述べています。すべてが、従来のハビタブル ゾーンの範囲をはるかに超えています。これらの海のうち 3 つは、木星の 3 つの衛星であるエウロパ、ガニメデ、カリストの表面の下にあります。木星には独自のハビタブルゾーンがあります。必要な熱は太陽からではなく、木星の重力から来ています。衛星を伸縮させ、スカッシュ ボールのように温めます。
私たちは何度も木星系に行ってきましたが、これらの月が主な魅力になることはめったにありません。 Fox-Powell は次のように述べています。代わりに、巨大な惑星自体に焦点が当てられる傾向があります。しかし今、氷の衛星に向かう専用のミッションである JUICE があります。
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宇宙船
JUICE ミッションの中心にあるのは、欧州宇宙機関 (ESA) によって構築された宇宙船です。巨大な鳥に少し似ていて、宇宙船の本体の両側にソーラーパネルの翼が伸びています。木星の太陽光は地球に届く光よりも 30 倍暗いため、パネルは大きくする必要があります。それらは 85 平方メートルに相当する面積、つまりバレーボール コートの約半分のサイズをカバーします。
直径 3 メートルのアンテナは、JUICE が収集したデータをミッション コントロールに送り返しますが、地球まで 5 億キロメートル以上移動するにはほぼ 2 時間かかります。
ESA は、コロナウイルスのパンデミックが発生するまで、2022 年の JUICE の立ち上げに向けて取り組んでいました。予定されていた打ち上げの代わりに、ESA がロックダウン中に失われた時間を取り戻し、2023 年の再スケジュールされた打ち上げに向けて画期的なミッションを準備するために必要な最終準備を行うため、今年は狂った活動が見られるでしょう。
当初の計画では、JUICE は地球、金星、火星を 5 回フライバイし、惑星の重力を利用して宇宙船を木星に向けてスリングショットするという複雑なルートをたどる予定でした。この旅には 7.5 年かかる予定でした。 ESA はまだ新しいタイムラインの正確な詳細を明らかにしていませんが、JUICE は 2030 年代の初めに木星に到着するはずです。そこに着いたら、エウロパ、ガニメデ、カリストの探査に少なくとも 3 年間を費やします。 NASA のエウロパ クリッパー ミッションがこれに加わります。現在、2024 年の打ち上げと 2030 年 4 月の到着が予定されています。
木星の衛星
私たちはこれらの月について長い間知っていました。イオ (太陽系で最も火山活動が活発な場所) とともに、エウロパ、ガニメデ、カリストは、17 世紀初頭にイタリアの天文学者ガリレオによって最初に見られた、いわゆる「ガリレオ衛星」を構成しています。
JUICEが注目するトリオの中でもエウロパが脚光を浴びる傾向にある。 「それは間違いなくガリレオ衛星の代表的な子です」と Fox-Powell は言います。その氷の地殻の下には、地球のすべての海、湖、川を合わせたよりも多くの液体の水を含む海があるからです。私たちの海に生命が泳いでいるとしたら、エウロパにも同じことが言えますか?
問題の一部は、海が厚い氷の表面の下に隠れていることです。 「直接アクセスすることはできません」と Fox-Powell 氏は言います。ありがたいことに、科学者たちは、氷の地殻と水が相互作用していると考えています。これは、火山活動中に地表の下で溶けた岩石が突き破るのと少し似ています。 「これは、海洋を間接的に研究するために地表の物質を使用できることを意味します」と Fox-Powell は言います。
JUICE はエウロパに着陸できませんが、その物質のサンプルを収集することさえできるかもしれません。宇宙船は、粒子環境パッケージ (PEP) を含む 10 個の高精度機器を木星に運んでいます。 「これは、表面から舞い上がった塵やその他の分子を研究するように設計されています」と Fox-Powell は言います。 「その物質が海から来たものである場合、生命を示す分子が含まれている可能性はあります。」
エウロパの海に生物がいる場合、エネルギー源が必要になります。氷の地殻の下に隠れているため、太陽からそのエネルギーを得ることができません。 Fox-Powell 氏は、2 つの選択肢があると考えています。木星系は、木星の磁場が高エネルギーの粒子を投げつけて放出するため、強烈なレベルの放射線にあふれた環境です。
「最終的に表面に出た海洋物質はすべて放射線にさらされます」と Fox-Powell は言います。それは氷の化学的性質を変えます。可能性のあるシナリオの 1 つは、放射線が水を水素と酸素に分解し、その酸素が下の海に浸透する可能性があるというものです。他の潜在的な副産物には、元素硫黄を含む化合物が含まれます。 「地球上では、それらは微生物の生命を支えることが知られています」と Fox-Powell は言います。 JUICE は、海面と海面の境界について、またその条件が生物学にどの程度適しているかを知るのに役立ちます。
あるいは、生命が海底に定着した可能性もあります。地球上には、太陽の光がまったく当たらない海底で繁栄する生物のコミュニティ全体があります。彼らのエネルギー源は、海と地球の高温内部との境界にある熱水噴出孔です。 JUICE は、エウロパの内部が地質学的にどのように活動しているかを知るのに役立ちます。
Callisto を調査する機会
エウロパは大衆の注目を集めていますが、それは JUICE の主なターゲットではありません。ミッションはエウロパのそばを 2 回しか通過しませんが、カリストを 12 回通り過ぎます。カリストは 4 つのガリレオ衛星の中で最も外側にあるため、木星の重力と放射の影響を最も受けません。氷の下から湧き出る物質によって表面が絶えず再形成されるエウロパとは対照的に、カリストは太陽系で最も古い表面を持っています。何十億年も変わらず、太陽を周回する他のどの天体よりも多くの衝突クレーターが点在しています。
天文学者は、深さ 200 km の海がカリストの古代の地表の下にあるのではないかと疑っています。ここで、JUICE の Icy Moons Exploration レーダー (RIME) 装置が真価を発揮します。ガリレオ衛星の氷殻を約9キロメートルの深さまで貫通できる電波を送信します。電波が反射して戻ってくる様子から、月の内部構造についてもっと知ることができるはずです。
別のアプローチは、木星とガリレオ衛星の重力と地球物理学 (3GM) 装置によって提供されます。カリストやその他の氷の月の重力場を測定し、水を含むさまざまな物質の層がそれらの内部でどのように積み上げられているかを明らかにします。
JUICEもカリストでレグアップ。ミッション管制官は、月の重力を利用して宇宙船の傾斜角を約 30° 上げ、木星の極域 (木星の広大で強力な磁場の源) をよりよく見ることができるようにします。
磁場を探しています
JUICE が多くの時間を費やす場所を決定するのは磁力です:ガニメデ。十数回のフライバイに加えて、探査機はガニメデの周回軌道に入り、8 か月間滞在します。地球からの宇宙船が私たちの月以外の月を周回するのは初めてです.
「ガニメデは太陽系で最もエキサイティングな天体です」と、インペリアル カレッジ ロンドンのミケーレ ドハティ教授は言います。一つには、他のどの月よりも大きいです。実際、それは準惑星冥王星と水星よりも大きいです。エウロパのように、地球上よりも多くの水を含む地下海があるとも考えられています。
しかし、主な魅力はガニメデの磁力です。独自の磁場を持つ太陽系の衛星の中でユニークです。 Dougherty は、磁場を測定するための JUICE 上の機器である J-MAG の主任研究者です。 J-MAG は、メイン探査機からの磁気干渉から遠ざけるために、長さ 10.6m のブームの先端に配置されています。その繊細な電子機器は、木星の強烈な放射線から保護するために、鉛で裏打ちされた金庫の中に閉じ込められています。
Dougherty は、木星自身の磁場とどのように相互作用するかなど、ガニメデの磁場を詳細に測定したいと考えています。ハッブル宇宙望遠鏡を使用している天文学者は、ガニメデでオーロラ活動を発見しました。地球の北極光と南極光に相当するオーロラは、木星の磁力の影響により、ガニメデの極の周りでぐらつきます。
そうではないということは、ガニメデの表面下に塩水があり、電気を通し、木星の磁力と釣り合っていることを示唆しています。ガニメデの磁場を研究することで、この海の大きさと性質に関するさらなる手がかりが得られる可能性があります。ひいては、それが地球外生命体の生息地であるかどうかを理解するのに役立つ可能性があります。
ただし、ガニメデの磁場を木星の磁場から分離することは、特に惑星が周囲の衛星をどれだけ支配しているかを考えると、簡単なことではありません。 「干し草の山から針を見つけようとするようなものです」とドハティは言います。「しかし、針は常にサイズ、形、色を変えています」それでも、彼女はチームがそれをやってのけることができると確信しています.フライバイは練習に使用され、JUICE がガニメデの周回軌道に落ち着くと、本当に重要なデータが得られます。 「結果は素晴らしいものになるでしょう」と Dougherty 氏は言います。
太陽系の他の場所に生命はいますか?
彼女が正しければ、それは長く曲がりくねった道のりの果てにある最高の成果となるでしょう。ドハティは以前、別の主力宇宙船である土星へのカッシーニ計画に関与していました。 JUICE に関する議論は、カッシーニが土星に 4 年間滞在していた 2008 年に本格的に始まりました。
それは土星の衛星の 1 つであるエンケラドゥスであり、人々が注目を集めました。 「私のチームは、エンケラドスに水蒸気のプルームがあることを発見するのに役立ちました」と Dougherty 氏は言います。地下海からの水が宇宙空間に吐き出されており、従来のハビタブル ゾーンを超えて水を見つけることが可能であることを示しています。
「エンケラドスでの発見は、外惑星の衛星に焦点を当てることが良いことであることを示しました。」すぐに、木星の氷の衛星をより近くで見る計画が立てられました。すべて順風満帆だったわけではありません。パンデミック中のある時点で、ラボが閉鎖され、Dougherty のチームはキッチン テーブルで J-MAG の一部を構築していました。 「楽器を作るのは常にストレスの多い作業ですが、パンデミックによってそのストレスが次のレベルに引き上げられました」と彼女は言います。
チームが最終的にそのすべてのハードワークを破壊することを考えると、その努力はさらに注目に値します. 2034 年のどこかで、宇宙船は推進剤を使い果たす可能性があります。燃料がなければ、科学者はもはや木星系の周りでそれを操縦することができなくなります。そのため、チームは、カッシーニや水星へのメッセンジャー ミッションのような宇宙船で以前に行われたことを行います。つまり、故意に墜落させます。
JUICE は、ガニメデの表面に衝突することで、この巨大な月が何でできているかを確認するための最後の実験を行います。木星の氷の月を探索する日々は終わりますが、科学者たちはその後も長い間、JUICE の貴重なデータのコレクションを調べ続けるでしょう。 「20 年後には、これらの衛星に対する私たちの理解は異なるものになるでしょう」と Fox-Powell は言います。 「JUICEは真の革命を起こす」最終的に、この広大でしばしば驚くべき太陽系で私たちが孤独であるかどうかを教えてくれるかもしれません.
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 372 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
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