NASAのウェッブが木星の衛星エウロパ表面で炭素の起源を発見

 (webbtelescope.org)
1 ポイント 投稿者 GN⁺ 2023-09-23 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • エウロパの氷の表面で確認された 二酸化炭素 は、外部からの衝突物ではなく地下の海に由来する可能性が高く、生命の可能性を評価するうえで重要な手がかりとなる
  • エウロパには 塩分を含む液体の海 と岩石の海底があると考えられているが、その海が炭素のような必須化学物質を含んでいるかは確認されていなかった
  • 二酸化炭素は地質学的に若い Tara Regio に集中しており、表面の氷の攪乱は地下の海と表面のあいだで物質交換があった可能性を裏づけている
  • Webbの NIRSpec積分フィールドユニット は、200 x 200マイルの解像度でエウロパ表面のスペクトルを提供し、わずか数分の観測で化学物質の分布を絞り込んだ
  • 同じ観測では 水蒸気プルーム は検出されなかったが、プルーム活動は時期によって変動する可能性があり、存在の可能性自体は否定されていない

エウロパ地下海と炭素の手がかり

  • エウロパは、太陽系で生命に適した条件を備えている可能性がある数少ない天体のひとつとされる
  • これまでの研究は、エウロパの 水と氷の地殻 の下に塩分を含む液体の海と岩石の海底があることを示している
  • まだ不確かだった重要な点は、その海が生命に必要な化学物質、特に 炭素 を含んでいるかどうかだった
  • Webbデータを用いた分析では、エウロパの氷の表面の特定地域で 二酸化炭素 が確認された
    • この炭素は隕石や他の外部起源ではなく、地下の海から来た可能性が高い
    • 地質学的にごく最近の時期に表面へ堆積したと分析されている
  • 今回の発見は、エウロパの海の潜在的な居住可能性を評価するうえで重要な手がかりとなる

Tara Regioに集中した二酸化炭素

  • Webbは、エウロパ表面の二酸化炭素が Tara Regio に最も多く分布していることを確認した
  • Tara Regioは、地質学的に若く再表面化された chaos terrain 地域である
    • 表面の氷が攪乱された状態にある
    • 地下の海と氷の表面のあいだで物質交換があった可能性がある
  • Hubble Space Telescopeの過去の観測では、Tara Regioで海由来の塩の証拠が示されていた
  • 同じ地域に二酸化炭素も強く集中しており、炭素の究極的な起源が内部の海である可能性を裏づけている

Webbの観測方法と解像度

  • 2つの研究チームは、WebbのNear-Infrared Spectrographである NIRSpec の 積分フィールドユニット データを使って二酸化炭素を識別した
  • この装置モードは、エウロパ表面で 200 x 200マイル（320 x 320km）解像度のスペクトルを提供する
    • エウロパの直径は1,944マイルである
    • この解像度により、特定の化学物質がどこにあるのかを把握できる
  • 二酸化炭素はエウロパ表面では安定していない
    • 地質学的にごく最近の時期に供給された可能性が高い
    • 若い地形に集中している点もこの解釈を強めている
  • 観測に使われたWebbの観測時間は 数分 程度だった

水蒸気プルーム探索の結果

  • Villanueva研究チームは、エウロパ表面から噴出する 水蒸気プルーム の証拠もあわせて探した
  • Hubble Space Telescopeを用いた研究者たちは、2013年、2016年、2017年にプルームの暫定的な検出を報告していた
  • 新しいWebbデータでは プルーム活動の証拠 は見つからなかった
    • この結果により、潜在的に放出される物質の比率について厳しい上限を設定できた
    • ただし今回の非検出によって、プルームの存在自体が否定されるわけではない
  • プルームは変動性を持つ可能性があり、特定の時期にだけ見える可能性が残っている
  • 今回のWebb観測時点では、エウロパでプルームを検出できなかったことだけは確かである

今後の探査と論文

  • NASAは2024年10月に Europa Clipper 宇宙船を打ち上げる計画である
    • Europa Clipperはエウロパを数十回にわたって近接飛行する
    • エウロパが生命に適した条件を持ちうるかをさらに調査する
  • 今回の発見は、NASAのEuropa ClipperとESAのJupiter Icy Moons Explorerである JUICE ミッションに情報を提供できる
  • 2本の独立した論文は9月21日に Science に掲載予定である
  • 関連論文:

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1件のコメント

 
GN⁺ 2023-09-23
Hacker Newsのコメント

  • Europaから水の入った容器を地球に持ち帰ったら、数十億年前の惑星規模の衝突以来、地球に入ってきた最大量の新しい水になるのか気になる
    ざっと検索してみたところ、「現在の地球の水は、ほぼ50億年にわたってここにあった同じ水であり、新しい水は作れておらず、ごく一部だけが宇宙へ逃げた」といった説明があった
    詳しい分野ではないが、興味深い思考実験だ

    • ときどき、人々が必ずしも科学の基礎知識を持っているわけではないことを思い出させられる
      水分子は分割不可能なものではなく、多くの生物学的プロセスが水素と酸素を分離したり再結合させたりしてきたし、工業プロセスも同様だ
      そのため、空気中の酸素などから生じる「新しい水」はかなり多く、彗星のように氷を含む天体によって、新しい水・酸素・水素も比較的頻繁に地球へ入ってくる
    • 「地球の水はほぼ50億年にわたってあった同じ水」という言い方は大枠では正しいかもしれないが、さまざまな工業プロセスの副産物として水は大量に作られており、それは「新しい」水と見なせる
      ただし全体の規模から見れば、その量はごくわずかではある
    • 彗星は時々落ちてくるし、地球は毎年宇宙から約5000トンのデブリを集めているので、ときどき水も数トン単位で得ていると考えている
    • 「新しい水を作る」の定義によって変わる
      原油を地中から汲み上げるときに水素が副産物として生じ、ほかの工業プロセスでも同じようなことが起きる
      その水素が大気中で酸素と燃えて水になれば、新しい水と見なせる
      太陽は巨大な水素の塊であり、大規模な太陽フレアが新しい水素原子を地球へ運び、それが酸化されて水になることもあり得る
      https://www.nasa.gov/mission_pages/stereo/news/Solar_Flare_S...
    • 水素-酸素ロケットは地球上で何百万ガロンもの新しい水を作ってきたし、ガソリンを燃やしてもある程度の新しい水が生じる

  • 「NASAのWebb」と呼ばれてはいるが、技術的にはNASAが所有し主に運用しているとしても、当初から国際プロジェクトとして開発されたものだ
    https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope#Par...

    • 米国中心主義は好きではないが、ここではある程度正当化できるように見える。末尾ではESAとCSAにもわざわざ触れている
      その文書によると、NASAの総費用は97億ドルと見込まれ、ESAとCSAの貢献はそれぞれ約7億ユーロと2億カナダドルだという
      現在の為替レートでは欧州7.0%、カナダ1.5%、米国91.5%ほどなので、結論としてはカナダはよくやったという感じだ

  • なぜ木星の任意の衛星の一つに、そんなに多くの水があるのだろう？ そして太陽系の同じくらいの大きさの岩石天体はなぜみなそうではないのだろう？
    地球の水より、こちらのほうが不思議なのではないかと思う

    • https://en.wikipedia.org/wiki/Enceladusもあるので、水の多い衛星が一つだけというわけではない
    • Planetary Radioの最近のエピソードでこのテーマが扱われており、Ioもかつては水の世界だった可能性があるという
      https://www.planetary.org/planetary-radio/2023-lost-oceans-a...
      岩石も大量の水を消費し得る。鉱物構造の中に多くの水を取り込めるため、水は表面の海だけでなく、天体内部にどれだけ入っているかも見る必要がある
    • 太陽系には水が多い。たとえば彗星はほとんどが水だ
    • 物質は重さや密度に応じて互いに異なる軌道へ沈み込み、降着する傾向があるのか気になる

  • 二酸化炭素の存在の意味が、1) 私たちのような生命に必要な材料だからなのか、2) 生命の副産物である可能性があるからなのか、それともその両方なのか気になる

    • どちらかといえば前者だ。二酸化炭素は非生物学的プロセスでも作られ得るし、かなり安定しているが、「私たちの知る生命」には必要だ
      気体の酸素なら後者に当たる。反応性が高いため、大気中で検出されるなら、何らかの活動が継続的に補給しているという意味であり、地球ではその役割を生命が担っている
    • 火星の大気には、地球よりも単位体積あたりの二酸化炭素が多い。ほとんど大気がないにもかかわらずそうなので、生命の副産物という側面は明らかに違う
    • 二酸化炭素濃度の急速な変化は、生命のような何かが惑星の分子を再配置している手がかりになり得る
      実際、異星人が何百万年もの間分光器で私たちを観測していて、私たちがここにいると推測していたかもしれないと思う

  • Europaは、想像力をかき立てる太陽系で最も興味深い場所だ。文字どおり何百マイルも深い漆黒の海に熱水噴出孔があり、生命が暮らすのに適していそうだ
    Europaの深海を泳ぎ回るリヴァイアサン級の異星生命体を思い浮かべると子どものようにわくわくするのだが、自分だけだろうか

    • 映画『Europa Report』: https://www.youtube.com/watch?v=avzqYgtpdMQ は面白かった
    • Arthur C. Clarkeの小説にこんな一節がある
      「これらすべての世界は汝らのものだ――Europaを除いて。」
      「そこへの着陸を試みてはならない。」
      だからその通りだ。ClarkeもEuropaは特別だと見ていた
    • Enceladusも忘れてはいけない。巨大な海があり、巨大な間欠泉を宇宙へ噴き上げているという利点もある
      私たちの太陽系に海洋生命のいる世界が少なくとも3つあるなら素晴らしいと思う
      https://solarsystem.nasa.gov/moons/saturn-moons/enceladus
    • 植物プランクトンがいないのにリヴァイアサン級の動物は可能なのだろうか？ 熱水噴出孔は太陽よりはるかに少ないエネルギーしか供給しない気がするが、自分も詳しくない分野だ

  • そのような環境で微生物が1つでも発見されれば、宇宙では生命がありふれているという意味に近い
    ただし、人々が理解すべきもう一つの点は、「生命」と「完全に進化した知的生命」はまったく別の話だということ

    • そうとは限らない。地球に近いため、共通祖先や共通する前駆的な化学反応を共有している可能性のほうがはるかに高い
    • 地球上の生命と共通祖先がいるなら話は変わる。その場合でも、それがこの太陽系で始まったのかどうかを改めて検討する必要がある

  • Linda Moulton-Howeが「内部関係者」の証言を取り上げていたが、Europaの氷に覆われた海の下にタコ型の種族が住んでいると主張していたという内容だった
    Earthfilesのどのエピソードだったかは分からないが、本当なら興味深い

  • WebbはEuropaを撮影できるのか？

    • 他の人たちが言っているように、記事に載っているのがその画像だ。Europaの本当に良い画像を見るには、もう少し待つ必要がある
      NASAのEuropa Clipperは、地球以外で全球的な海を持つ世界を探査する初の専用ミッションで、2024年10月に打ち上げられ、2030年にEuropaへ到着する予定
      このミッションはEuropaの表面と内部を調査し、生命を支えうる材料があるかを確認するもので、木星を周回しながらEuropaを約50回フライバイする予定
      より良い衛星写真を見たいなら、Junoの画像も参考になる
    • NASAの発表に「Europa Carbon Dioxide Distribution」の画像がNIRCamとNIRSpec IFUによるものとして掲載されているということは、可能だという意味
    • その通り。記事にあるNIRCam画像はWebb望遠鏡によるもの
    • 記事にはかなり正確に書かれている
      「2つのチームは、Webbの近赤外線分光器（NIRSpec）の面分光ユニットのデータを使って二酸化炭素を特定した。この装置モードは、直径1,944マイルのEuropa表面に対して200 x 200マイル（320 x 320キロメートル）の解像度のスペクトルを提供し、天文学者が特定の化学物質の位置を判断できるようにする。」
      NIRSpecに関するWikipedia記事: https://en.wikipedia.org/wiki/NIRSpec
    • 記事にはWebbが撮影したEuropaの画像がある