私たちの太陽以外の星を周回する世界である太陽系外惑星の研究は、現在、新しいジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) によって変革されています。太陽系の外にある、岩石が多く、地球に似ている可能性がある世界の状況について、私たちはまもなく最初の洞察を得るでしょう。これらの遠い世界の 1 つは生命をホストする可能性があります。しかし、それを検出できますか?
惑星の大気の組成に生命の兆候を見つけることができるかもしれません。光を波長で分割する透過分光法と呼ばれる手法を使用して、星の光が惑星の大気を通過するときに、星の光に含まれるさまざまなガスの痕跡を探すことができます。
星の光を吸収するいくつかのガスは、地球上に生命が存在することを示している可能性があります。私たちはこれらをバイオシグネチャーと呼んでいます。
1.酸素とオゾン
酸素は、おそらく最も明白なバイオシグネチャーです。植物はそれを作り、私たちはそれを呼吸し、岩石の記録は、生命が進化するにつれて地球の大気中のレベルが劇的に変化したことを示しています.私たちが呼吸する酸素は O2 です 、2つの酸素原子がくっついた。しかし、酸素の別の配置、O3 またはオゾンも JWST で観測できます。
では、これらのガスのいずれかまたは両方を検出した場合、それで問題は解決するでしょうか?残念ながら違います。大量の大気酸素を生成する可能性のある別のシナリオは、「暴走温室効果」を経験している惑星です。惑星がその水の海が蒸発するのに十分なほど熱くなると、結果として生じる大気中の水蒸気は、フィードバック ループで温室効果 (生命に適合しないレベルまで惑星を過熱する) に寄与します。
最終的に、惑星は水分子が分解して水素と酸素になるのに十分なほど熱くなります。水素分子は軽く、惑星の重力から容易に逃れるのに十分な速さで動くことができますが、動きの鈍い酸素は周囲に留まりやすく、すぐに検出されて疑いを持たない天文学者をだますことができます。
2.ホスフィンとアンモニア
生命の探索の現在の焦点は主に太陽系外惑星にあるかもしれませんが、最近の開発はより身近なものでもあります。巨大ガス惑星木星や土星のような水素が優勢な大気で自然に発生するガスであるホスフィンは、最近、金星の大気で検出されました。興味深いことに、ホスフィンは潜在的なバイオシグネチャーであると考えられています.
地球上では、ホスフィンは動物の腸管などの微生物によって生成されます。生命が存在しない場合、二酸化炭素が支配的な金星のような大気でホスフィンが大量に発生するとは考えられません。とはいえ、金星に他のホスフィン源があることをまだ除外することはできません。
悪臭を放つアンモニアも、地球上の動物によって生成されるもう 1 つの潜在的なバイオシグネチャー ガスです。ホスフィンと同様に、巨大ガス惑星では一般的ですが、生命が存在しない岩石世界では発生しないと予想されます.
しかし、遠く離れた太陽系外惑星の大気中のホスフィンやアンモニアを検出するのは難しいでしょう。どちらも、地球上でわずか数ppbという小さな濃度に達します。したがって、私たちの潜在的な地球外生命体が地球の動物よりもはるかに悪臭を放っていない限り、おそらくすぐにそれらを発見することはないでしょう.
3.メタンと二酸化炭素
明確なバイオシグネチャーである個々のガスはほとんどないため、生命を検出したい場合は、勝利の組み合わせを探すほうがよいかもしれません.地球上の動物がおならをすることによって生成される大量のメタンと二酸化炭素は、何かが起こっていることを示す良いヒントになります.
利用可能な酸素が十分にある場合、炭素は二酸化炭素 (CO2 、1 つの炭素原子と 2 つの酸素原子)、メタン (CH4 を形成するのではなく) 、1 つの炭素原子と 4 つの水素原子)。酸素が豊富な環境では、メタン分子に含まれる炭素は、いくつかの予備の酸素を優先して、水素仲間をすぐに捨てます.
したがって、大量のメタンと二酸化炭素の両方が共存しているのを見ると、何か (おそらくバクテリア) が常にメタンを生成していることがわかります.
4.化学的不均衡
上記の議論は、共存してはならないガスの任意の組み合わせに適用できます。生命は化学反応を利用してエネルギーを生成するため、環境の化学的平衡 (バランス) を崩します。
地球上では、酸素は二酸化炭素に変換されますが、異なるタイプの大気では、異なる化学物質が利用可能であり、生命は同じ目標を達成するために他のプロセスを使用します.たとえば、地球の海の奥深くにある熱水噴出孔の周囲に生息するメタン生成細菌は、鉱物や化合物から化学エネルギーを収集します。不均衡を探すことで、他の場所での生活がどのように見えるかについて心を開いて考えることができます。
地球外生命体の信号を見つけたらどうなりますか?
JWST は、系外惑星の大気観測に対する私たちの期待をすでに上回っています。強力な惑星とはいえ、気温が穏やかで、窒素や二酸化炭素が支配的な大気をもつ岩石惑星を透過分光法で研究するのは依然として困難です。これらの惑星から期待される信号は、高温の巨大ガス大気で成功裏に観測されたものよりもはるかに弱い.
幸運にも、岩石系外惑星の大気中に星の光を吸収するガスを観測できたとしても (TRAPPIST-1e など)、有意義な結論を導き出すには、これらのガスがどれだけ存在するかを測定する必要があります。信号が重複する可能性があり、慎重に絡みを解く必要があるため、これは簡単ではありません。
可能性のあるバイオシグネチャーガスの1つを検出して正確に測定したとしても、エイリアンの生命を検出したと主張することはできないと思います. JWST は、惑星大気の新しい豊富な実験室を開いたばかりであり、調査を進めていくと、これまでの仮定の多くが間違っていることが証明されることは間違いありません。
何か変わったことを見つけるたびにエイリアンについて結論を急ぐのは時期尚早です。 JWST の生体署名の検出は興味深いヒントであり、さらに多くの作業が必要になる可能性があります。天文学者として、それは私にとって十分に刺激的です。 
ジョアンナ・バーストウ 、アーネスト ラザフォード フェロー、The Open University
この記事は、クリエイティブ コモンズ ライセンスに基づいて The Conversation から再発行されたものです。元の記事を読む
