太陽から 37 億マイルの距離にある 1990 年 2 月のある日、探査機ボイジャー 1 号は方向を変えてカメラ プラットフォームの向きを変え、宇宙空間への真っ逆さまな突進から遠ざけました。狭角光学系のスイッチを入れ、一連の短いショットを撮りました。
センサーの小さなピクセルの 1 つは、端から端まで並んだバクテリア 12 個分の長さにまたがり、増加した電荷を記録しました。そこには、太陽のレンズ フレア、回折光、および電子ノイズの中に、余分な光点がありました。それは小さなブリップの中で最も小さいものであり、空虚な空間では取るに足らない欠片であり、淡い青色をしていました.
このモートは私たちでした 、私たちの世界、地球 - 複雑で混沌とした 40 億年の歴史の驚くほど突然の合計です。その日に撮影された画像は、究極の無私のセルフィーでした。それは、私たちの地球上の種の中でユニークな実存的視点を提供しました。何十億マイルも離れたところから自分自身を見たのは私たち人間だけです。カール・セーガンは後に「ペイル・ブルー・ドット」というタイトルでそのイメージを不滅のものにしました。
ペール ブルー ドットは、青色と宇宙の私たちの家、そして生命そのものとの長い歴史の中で最新のものでした。ボイジャーの 20 年前、アポロ 8 号が月の周りを回ったとき、宇宙飛行士は今では有名な「地球の出」を記録しました。これは、灰色の月の風景の上に明るい青白い半球が浮かんでいる見事なカラー写真です。 4 年後、アポロ 17 号のミッションは、魅力的な地球全体の画像を撮影し、それが「ブルー マーブル」になりました。
これらの宇宙時代のポートレートは、私たちが青い惑星で進化したという事実を思い起こさせます。科学者であり、ブルー マインドの著者であるウォレス ニコルズなどの一部の人々 、水とその青い海と湖に対する原始的な、ほぼ不合理な欲求があることを示唆しています。この論文は、青が私たちの好きな色であることを示唆する最近の世界的な調査によって裏付けられています.英国だけでも、回答者の 33% が青にランク付けされ、赤が約 15% で次点にランクされました。
青は私たちの旗やエンブレムにも使われています。 NASA、欧州宇宙機関 (ESA)、地球外知的生命体探査 (SETI)、および惑星協会は、青い背景、抽象的な青い地球、または青いシンボルで表されます。 One Flag in Space イニシアチブは、青い背景に地球の写真が表示される青い大理石の旗を提唱しています。ちょうど今年の 5 月、オスカー ペルネフェルトという名前のスウェーデンのデザイン学生が、鮮やかな青色の背景に 7 つの連動する円で構成される地球の国際旗を提案しました。
青は、生きている惑星、宇宙のオアシス、生命を宿し、壊れやすく、宇宙にある小さな宝石のデフォルトの色になりました.しかし、落とし穴があります。最初にペール ブルー ドットをもたらした科学と技術そのものが、青色の意味を弱体化させているのです。
Henry Draper 189733 と呼ばれる恒星の周りには、地球から約 63 光年離れたところに、木星よりも少し大きい巨大な惑星があります。このガスで覆われた世界は、軌道を 1 周するのに約 2 地球日かかります。それは恒星の親の信じられないほど近くに住んでいます。その結果、惑星の上部大気は華氏 1,300 度 (または摂氏 700 度) を超えて加熱されます。強力な温度勾配により風速は時速数千マイルに達し、ガラス質ケイ酸塩の熱い雨が大渦を吹き抜けます。言い換えれば、それは本当に獣のような場所です.
現在の天文機器を限界まで拡張することにより、科学者は、この惑星が星の光をどのように反射するかを初めて大まかに測定し、その全体的な色を推測することができました。これは、夏の日の地球の空と変わらない、穏やかで深い紺碧の青です。
天文学者の最良の推測は、この世界には凝縮された、しかしまだ焦げている鉱物の適度な雲の層があり、その上に澄んだ大気があるということです。雲はほとんどの光を反射しますが、上層大気中の水素分子は青色の波長を優先的にそらし、偏光します。その上層大気には、赤い波長を吸収するナトリウム原子も含まれている可能性があります。結果は？惑星は別の青い大理石ですが、地球とは非常に異なります.
青い惑星を見つけるために、HD 189733b ほど遠くを見る必要さえありません。実際、太陽系内に存在するペール ブルー ドットは地球だけではありません。ボイジャーの家族の惑星の完全な肖像画を見ると、天王星と海王星の両方が一目で薄い青と呼ばれることに気付くでしょう (実際、海王星はより強い紺碧です)。どちらの場合も、私たちの好きな色を生み出す海や地球のような大気ではありません。
これらの巨大な氷の巨人の主な青色は、上層大気に潜む微量のメタンによって引き起こされます。メタン分子は、赤色および赤外線スペクトルのさまざまな帯域の光を吸収し、青色の反射光だけを残します。ただし、これらの惑星の青色の色調の違いは、まだ少し謎です。アンモニアや水の氷などの化合物を内部の層から持ち上げる、海王星の激しい大気の激変が、海王星のより深い青色の色合いの原因である可能性があります。その成層圏には、より多くの炭化水素が含まれている可能性もあります。
肝心なのは、青は人が住むのに熟した惑星を反映しているのと同じくらい、不毛で人を寄せ付けない場所に対応している可能性があるということです。ペイル ブルー ドットは、人生のお粗末な道しるべであることが判明しました。
生命にとって適切な条件を示す色に執着する代わりに、生命そのものの色を探すとしましょう。現代の地球では、生命の主要な集光メカニズムは、クロロフィルと呼ばれる一連の色素を使用しています。これらの分子は青と赤の光を優先的に吸収し、緑がかった色調を反射します。その結果、地球の海の表面近くでは、微視的な光合成生物が、純粋な水の散乱した青い光と混ざり合って、広大な緑の赤面を作り出すことができます.乾燥した土地では、植物は地球の無機質な色合いと混ざり合って、広大な緑の帯を作り出すこともあります.
アースシャイン (惑星全体の合計されたワンショットの反射光) でこれらの兆候を見ることができれば、生命の兆候を見つけ出し、遠くの惑星で同じ兆候を探すことができるかもしれません。しかし、地球照を評価することは困難です。なぜなら、適切な分光器や望遠鏡が地球の外にあることはめったにないからです。そのため、天文学者は、月の夜側から反射するアースシャインを測定する独創的な方法に頼ってきました。これは、1920 年代から 1960 年代にかけて地球の反射率またはアルベドを評価するために使用された手法ですが、その後はほとんど忘れ去られていました。
現代的なアプローチの 1 つは、望遠鏡の分光器のスリットを月の円盤のさまざまな部分に並べ、身の毛がよだつような一連の幾何学的計算を行って、地球の昼側のどの部分が月を照らしているかを突き止め、月の複雑な影響を考慮することです。反射と散乱。これは簡単な実験ではありません。光子は、地球の大気を行き来するときにさらに吸収され、散乱されます。しかし、それは可能であり、一部の結果は、大量のアースシャインから光合成生物の緑色の色合いを見つけることは、がっかりするほど難しいことを示唆しています.この色素沈着は、特定の瞬間にどの海と大陸が月に光を反射しているかに大きく依存する可能性がありますが、全体のスペクトルにはほとんど寄与していないようです.
さらに、緑は探すのに適した色ではない可能性があります。地球上でも、光合成に関与するさまざまな色素が存在します。いわゆる「アクセサリー」顔料は、吸収された光子エネルギーを最終処理のためにクロロフィルに渡す仲介者として機能します。カロテノイドのアクセサリー色素は、赤、オレンジ、または黄色に見えます。カロテノイドとクロロフィルの両方を使用する微生物種は、環境に応じて混合物を微調整できます。厳しい日差しや高温の条件下では黄色やオレンジ色を強め、寒さや冬の条件下では茶色や緑色に切り替えます.フィコビリンと呼ばれるアクセサリー色素の別のクラスは、青または赤です。
生命の色は、地質学的な時間スケールでも変化する可能性があります。 2006年、天文学者のビル・スパークスと微生物遺伝学者のシル・ダスサーマは、ビタミンAの一種であるレチナールと呼ばれる色素が、古代の光合成生物によって広く展開された可能性があることを示唆しました.レチナールはクロロフィルよりも分子構造が単純であり、強靭な好塩性 (塩分を好む) 古細菌の特定の種は、今日、これを光合成に使用しています。これらの種は、強い紫外線にも十分耐えます。レチナールは緑色の光を吸収し、太陽のスペクトルのエネルギー密度の最大値に近い約 568 ナノメートルの波長で最大吸収を示します。その結果、光合成に使用される網膜膜も赤と青をきれいに反射し、豊かな紫色を生み出します。言い換えれば、30 億年前、ほとんど無酸素の大気に微生物が生息していた地球では、惑星の表面が紫色に覆われていた可能性があります。淡い紫を求めて天空をスキャンするべきでしょうか ドット?
または、黒が適切な色かもしれません。天の川にある圧倒的多数の星は、太陽よりも小さく、暗く、温度が低いです。ニューヨーク市にある NASA のゴダード宇宙研究所の私の同僚である Nancy Kiang は、これらの世界では、星明かりの薄暗い赤みを帯びたスペクトルが、可視スペクトルのすべての部分を捉える生物の自然選択を促進する可能性があると主張しました。もちろん、問題は黒が見つけにくいことです。色から惑星の生物学的システムを検出して解読しようとしている遠い天文学者は、運が悪いかもしれません.
事態をさらに複雑にしているのは、地球に似た太陽系外惑星での生命による反射色をじっと見つめるのに十分な感度を備えた機器がまだないことです (ただし、少なくともこれを行うには何が必要かについての洞察を得ています:巨大な光-まぶしい星の光を取り除くための望遠鏡と光学的トリックの収集)。はい、人生はカラフルな場合がありますが、そのように探すのは難しい命題です.
真実は、色は宇宙的に偏狭な考えだということです.電磁スペクトルは、限られた感覚機能を除いて、本質的にきれいな断片に分割できません。さまざまな波長の光は、原子エネルギー レベル間の電子の確率的なホップとスキップから、物質の電磁場による散乱と回折に至るまで、膨大な数の物理プロセスと絡み合っています。非常に異なるプロセスは、同じエネルギーの光子を生成または消費し、色などのほとんど見分けがつかない全体的な特徴を生成します。また、根底にある 1 つの物理的プロセスが、まったく異なるオブジェクトを同じように見せることもあります。
この泥沼に生命の現象が足を踏み入れます。物理学と化学は惑星全体の色にとって重要ですが、必ずしも生物学的ではありません。青を居住可能な環境と単純に同一視することには、いくつかの重大な欠陥があります。
しかし、だからといって、宇宙のライフ ハンターにとって色が役に立たないというわけではありません。生物圏は明らかに新しい構造をもたらします 色を付けて、惑星のスペクトルを明確かつ具体的な方法で変更します。
古典的な例は、有名な「植生のレッド エッジ」です。これは、地球上の植物細胞による光子の透過と反射の急激な増強です。波長が約 0.7 マイクロメートルを超えると、植物は当たる赤外線の約 50% を反射し始めます。これは、可視赤色のより短い波長と比較して、反射輝度が 10 倍以上増加します。
効果の起源はまだ完全には理解されていません。植物細胞の内部光学系が主な原因であるようです。細胞壁では、水と空気の境界が鏡のような臨界角反射をもたらします。赤外線光子はこれらの境界の間で跳ね返り、効率的に放出されます。このことから植物が何を得るのかは完全には明らかではありません。近赤外線を遮断することが体温調節に役立つ可能性があります。
その起源が何であれ、赤い縁は私たちにとって非常に有用であり、リモートセンシング衛星が地球のジャングル、草原、作物を地図化することを可能にします.しかし、地球のような世界のランダムに照らされた三日月形は、平均 70% が海で、平均 70% が雲で覆われているため、レッド エッジの光学系は、全惑星スペクトルの 10% 未満の特徴になる可能性があります。運が良ければ、信号がはるかに強くなる可能性があります。
人生は強い一時的ももたらします 着色する構造。季節は惑星の生息地に影響を与え、生物は開花したり死んだりする可能性があります。たとえば、2008 年には、北東太平洋の笠戸地火山からの鉄分に富む火山灰がプランクトンの巨大な緑色の成長を引き起こしました。これは、200 万平方キロメートルの海洋にわたって宇宙からわずか数日で見ることができます。太陽系外惑星の色の変化は、色自体の意味を理解していなくても、生命のサインを提供する可能性があります.
したがって、色は宇宙生物学者のツールキットの重要な部分であり続けることは間違いありません。 「青い点を見つける」ほど単純ではないかもしれません。この意味で、ボイジャーの画像は大きな希望の 1 つと見なすべきです。それは、宇宙との対話の冒頭の一節に過ぎませんでした。一見シンプルな色が新しい世界の群れの間を飛んでいるのをついに見ることができた日でした.
Caleb Scharf は天体物理学者であり、ニューヨークのコロンビア大学の宇宙生物学のディレクターです。彼の最新の本はです コペルニクス コンプレックス:惑星と確率の宇宙における私たちの宇宙的意義。
