2020年、科学者たちは地球サイズの岩石惑星の大気中にホスフィンと呼ばれるガスを検出しました。ホスフィンが生物学的プロセス以外で生成される方法を知らないため、「科学者らは、現在生きている何かが化学物質の発生源の唯一の説明であると主張している」 とニューヨーク・ タイムズ紙は述べた。 報告した。 「生体特徴ガス」としては、ホスフィンがホームランのように見えました。
そうならないまでは。
その惑星は金星であり、金星の空にバイオシグネチャーの可能性があるという主張は、何年も経った今でも論争の泥沼にはまっています。科学者たちは、ホスフィンがそこに存在するかどうかについても同意できず、ましてや、それが私たちの双子惑星にエイリアンの生物圏が存在する強力な証拠となるかどうかについても意見が一致していません。
金星にとって困難であることが判明したことは、何光年も離れた系外惑星にとってはさらに困難になるだけです。
2021年に打ち上げられたNASAのジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）は、K2-18 bと呼ばれる中型系外惑星の大気組成に関するデータをすでにビームバックしており、これを生命の可能性の証拠として、物議を醸していると解釈する人もいる。しかし、バイオシグネチャーの検出への期待が高まる一方で、一部の科学者は、系外惑星の大気中のガスが宇宙人にとって説得力のある証拠となるのかどうかを公然と問い始めています。
最近の論文の多くは、系外惑星のバイオシグネチャー検出における気が遠くなるような不確実性を調査しています。彼らが特定した重要な課題の 1 つは、ダラム大学の科学哲学者ピーター ヴィッカースが「思いつかなかった代替案の問題」と呼ぶものです。簡単に言うと、特に系外惑星の地質や化学が地球外生命体と同じくらい謎に包まれている限り、科学者たちはガスの存在について考えられる非生物学的説明をすべて排除したとどうやって確信できるのでしょうか?
「新しいアイデアは常に模索されており、その現象にはまだ考えられていない非生物的なメカニズムがある可能性があります」とビッカーズ氏は述べた。 「それが宇宙生物学における思いもよらない代替案の問題です。」
「これは、部屋の中の象のようなものです」とスイス連邦工科大学チューリッヒ校の天文学者ダニエル・アンガーハウゼンは語った。彼は、地球に似た系外惑星で生体特徴ガスを探索する計画中の宇宙望遠鏡である LIFE ミッションのプロジェクト科学者である。
科学者が遠い惑星で推定上の生体特徴ガスを検出した場合、ベイズの定理と呼ばれる公式を使用して、3 つの確率に基づいてそこに生命が存在する可能性を計算できます。 2つは生物学に関係しています。 1 つ目は、その惑星について知られているすべてのことを考慮した場合、その惑星に生命が出現する確率です。 2 つ目は、生命が存在する場合、それが私たちが観察するバイオシグネチャを作成する確率です。アリゾナ州立大学の宇宙生物学者コール・マティス氏と東京工業大学地球生命科学研究所のハリソン・スミス氏によると、どちらの要因にも重大な不確実性があり、昨年秋の論文でこの種の推論を検討しました。
サミュエル・ベラスコ/クアンタ・ マガジン
3 番目の要素は、生命のない惑星が観測された信号を生成する確率です。これと同様に深刻な課題が、考えられていない非生物的代替物の問題に巻き込まれていることが研究者らによって認識されています。
「それは、あなたが責任を持って記入することができないと私たちが主張する確率です」とビッカーズ氏は言いました。 「ほぼ 0 から 1 までの範囲になります。」
地球と海王星の中間の大きさである「ミニ海王星」である K2-18 b の場合を考えてみましょう。 2023 年、JWST データにより、大気中の硫化ジメチル (DMS) の統計的に弱い兆候が明らかになりました。地球上では、DMS は海洋生物によって生成されます。 K2-18 bでそれを暫定的に検出した研究者らは、空で発見された他のガスを、この惑星が居住可能な表層海を持つ「水の世界」であることを意味すると解釈し、そこのDMSが海洋生物に由来するという彼らの理論を裏付けた。しかし、他の科学者は同じ観測結果を、海王星に似た住みにくいガス状の惑星構成の証拠であると解釈しています。
思いつかない代替案により、宇宙生物学者はすでに何度も、優れたバイオシグネチャーとは何かについての考えの修正を余儀なくされています。金星でホスフィンが検出されたとき、科学者たちは生命のいない岩石の世界でホスフィンを生成する方法を知りませんでした。それ以来、彼らはガスの実行可能な非生物源をいくつか特定しました。一つのシナリオは、火山がリン化物と呼ばれる化合物を放出し、これが金星の大気中の二酸化硫黄と反応してホスフィンを形成する可能性があるというものだ。これは、科学者たちが双子の惑星で活発な火山活動の証拠を発見したことを考慮すると、もっともらしい説明である。同様に、NASA 宇宙生物学研究所の仮想惑星研究所のビクトリア メドウズを含む研究者が、生物圏なしで岩石惑星が酸素を蓄積できる方法を見つけ始めた 2010 年代まで、酸素はバイオシグネチャーガスと考えられていました。たとえば、酸素は二酸化硫黄から生成されますが、二酸化硫黄は金星やヨーロッパのような多様な世界に豊富に存在します。
今日、宇宙生物学者は、単一のガスがバイオシグネチャーとなり得るという考えをほとんど放棄しています。代わりに、彼らは「アンサンブル」、つまり生命がなければ共存できないガスの集合を特定することに重点を置いています。今日のバイオシグネチャーのゴールドスタンダードと言えるものがあるとすれば、それは酸素とメタンの組み合わせです。メタンは酸素が豊富な雰囲気では急速に分解します。地球上では、生物圏がこれら 2 つのガスを継続的に補充しているため、この 2 つのガスは共存するだけです。
これまでのところ、科学者たちは酸素とメタンのバイオシグネチャーに関する非生物的な説明を見つけることができていない。しかし、ビッカース氏、スミス氏、マティス氏は、この特定の組み合わせ、あるいはおそらくはどんなガスの混合物でも説得力があるとは考えていません。 「私たちが見ているものが、未知の地球化学的過程の結果ではなく、実際に生命の結果であることを確信する方法はありません」とスミス氏は言いました。
「JWST は生命探知機ではありません。JWST は、惑星の大気中にどのようなガスがあるかを知ることができる望遠鏡です」とマティス氏は言いました。
系外惑星の大気を研究するヨーク大学の宇宙生物学者サラ・ルグハイマー氏は、もっと楽観的だ。彼女は、酸素やメタンなどのアンサンブル バイオシグネチャーに関する別の非生物的説明を積極的に研究しています。それでも、彼女はこう言います。「系外惑星に酸素、メタン、水、そして CO2 が存在したら、私はシャンパンのボトルをポンと開けるでしょう。非常に高価なシャンパンです。」
もちろん、プライベートでエキサイティングな結果に飲み物を注ぐことは、宇宙人を発見したことを世界に伝えることとは異なります。
ルグハイマーとクアンタに話を聞いた他の研究者 この記事では、バイオシグネチャーにまつわる不確実性について公の場でどのように話すのが最善なのかと考えています。また、特定の検出に関する宇宙生物学的意見の変動が科学に対する国民の信頼をどのように損なう可能性があるのかについて疑問を抱いています。心配しているのは彼らだけではありません。金星のホスフィン物語が 2021 年のクライマックスに向けて進む中、NASA 管理者と科学者は宇宙生物学コミュニティに対し、バイオシグネチャー検出の確実性に関する確固たる基準を確立するよう懇願しました。 2022 年、数百人の宇宙生物学者がバーチャル ワークショップに集まり、この問題について議論しましたが、バイオシグネチャーの公式の基準や定義さえまだありません。 「今のところ、まず第一に、これはちょっとした問題だということに全員が同意できて、とてもうれしく思っています」とアンガーハウゼン氏は語った。
不確実性にもかかわらず研究は前進する――当然のことだとヴィッカース氏は言う。宇宙生物学のような駆け出しの分野では、行き止まりにぶつかって後戻りしなければならないのは当然のことです。 「これは、科学が全体的にどのように機能するかについて人々がよりよく理解するよう努めるべきことです」とスミス氏は述べた。 「私たちが知っていることを更新しても大丈夫です。」そして、バイオシグネチャーに関する大胆な主張は、科学者の下でそれらを改ざんするために火をつける方法を持っている、とスミスとヴィッカースは言う - 思いもよらない代替品を探しに行くということだ。
「金星で一体何が起こっているのか、まだわかりません。ですから当然、絶望的だと感じます」と、金星の検出に貢献したホスフィンの専門家、バード大学の天文学者クララ・ソウザ・シルバ氏は語った。彼女にとって、次のステップは明らかです。「もう一度金星のことを考えてみましょう」。天文学者たちは何十年にもわたって金星を事実上無視していました。バイオシグネチャー論争は、これまで考慮されていなかった非生物的ホスフィン源を発見するだけでなく、私たちの姉妹惑星そのものをより深く理解するための新たな取り組みを引き起こしました。 (今後数十年間に少なくとも 5 回の金星へのミッションが計画されています。) 「それは系外惑星にとっての希望の源でもあると思います。」
