ジェームスウェッブ宇宙望遠鏡が、木星の衛星エウロパの表面で炭素源を発見

ジェームスウェッブ宇宙望遠鏡が、木星の衛星エウロパの表面で炭素源を発見
2023/09/21
ESA / 科学 & 探査 / 宇宙科学 / ウェッブ
木星の衛星エウロパは、生命に適した条件が存在する可能性がある太陽系の数少ない世界の 1 つです。 これまでの研究では、その水氷地殻の下には岩だらけの海底を持つ液体の水の塩辛い海があることが示されている。 しかし、惑星科学者たちは、その海に生命に必要な化学物質、特に炭素が含まれているかどうかを確認していなかった。


エウロパの表面の地図
NASA/ESA/CSA ジェームズ ウェッブ宇宙望遠鏡からのデータを使用している天文学者は、エウロパの氷の表面の特定の領域に二酸化炭素があることを特定しました。 分析の結果、この炭素は地下海洋で発生した可能性が高く、隕石や他の外部供給源によってもたらされたものではないことが示されています。 さらに、それは地質学的に最近のタイムスケールで堆積されました。 この発見は、ヨーロッパの海の潜在的な居住可能性に対して重要な意味を持ちます。

「地球上では、生命は化学的多様性を好みます。多様性が多ければ多いほど良いのです。 私たちは炭素ベースの生活をしています。 エウロパの海の化学的性質を理解することは、私たちが知っているようにその海が生命にとって敵対的な場所なのか、それとも生命にとって適した場所なのかを判断するのに役立つでしょう」と、メリーランド州グリーンベルトにあるNASAのゴダード宇宙飛行センターのジェロニモ・ビジャヌエバ氏は述べた。 調査結果を説明する 2 つの独立した論文からなる。

「私たちは現在、エウロパの表面に見られる炭素が海から来たものであるという観測証拠を持っていると考えています。 それは些細なことではありません。 炭素は生物学的に必須の元素です」と、このデータを分析した 2 番目の論文の筆頭著者である、ニューヨーク州イサカにあるコーネル大学のサマンサ トランボ氏は付け加えました。

表面と海洋のつながり
ウェッブは、エウロパの地表で二酸化炭素が最も豊富なのはタラ地方と呼ばれる地域で、この地域は「カオス地形」として知られる全体的に再表面化した地形の地質学的に若い地域であることを発見した。 表面の氷が破壊され、地下の海と氷の表面との間で物質の交換があった可能性があります。

「ハッブル宇宙望遠鏡によるこれまでの観測では、タラ地方に海洋由来の塩がある証拠が示されています」とトランボ氏は説明した。 「現在、そこにも二酸化炭素が高度に集中していることが分かりました。 これは、炭素の最終的な起源がおそらく内海にあることを示唆していると私たちは考えています。」

「科学者たちは、エウロパの海がどの程度地表とつながっているかについて議論しています。 その疑問がヨーロッパ探検の大きな原動力になったと思います」とビジャヌエバ氏は語った。 「これは、氷を掘削して全体像を把握する前でも、海の構成についていくつかの基本的なことを学べる可能性があることを示唆しています。」

両チームは、ウェッブの近赤外分光器 (NIRSpec) の積分フィールドユニットからのデータを使用して二酸化炭素を特定しました。 この機器モードでは、エウロパ表面の直径 3128km の視野にわたって 320 x 320 km の分解能のスペクトルが提供され、天文学者は特定の化学物質がどこにあるかを決定できます。

エウロパの地表では二酸化炭素は安定していません。 したがって、科学者らは、それが地質学的に最近のタイムスケールで供給された可能性が高いと述べており、この結論は若い地形の地域に集中していることによって裏付けられています。

「これらの観測には天文台の時間のうちほんの数分しかかかりませんでした」とウェッブの学際的科学者であり、ウェッブの太陽系サイクル 1 保証時刻観測を主導する天文学研究大学協会のハイディ・ハンメル氏は述べた。 「この短期間であっても、私たちは本当に大きな科学を行うことができました。 この研究は、ウェッブを使って私たちが行うことができるすべての驚くべき太陽系科学の最初のヒントを与えてくれます。」

プルームを探して
ビジャヌエバ氏のチームはまた、エウロパの表面から水蒸気が噴出している証拠も探した。 NASA/ESA ハッブル宇宙望遠鏡を使用している研究者らは、2013年、2016年、2017年にプルームの暫定的な検出を報告しました。しかし、決定的な証拠を見つけることは困難でした。

新しいウェブのデータにはプルーム活動の証拠は示されていないため、ビラヌエバのチームは物質が放出される可能性のある速度に厳格な上限を設定することができました。 しかし研究チームは、検出されなかったからといってプルームの可能性が排除されるわけではないと強調した。

「これらのプルームは変化しやすく、特定の時期にしか見られない可能性が常にあります。 私たちが100％の自信を持って言えるのは、ウェッブでこれらの観測を行った際にエウロパでプルームは検出されなかったということだけだ」とハンメル氏は語った。

これらの発見は、NASA のヨーロッパクリッパーミッションや、2023年 4月 14日に打ち上げられた ESA の木星氷衛星探査機ジュースに情報を提供するのに役立つ可能性があります。ジュースは、巨大なガス惑星とその 3 つの大きな海洋衛星であるガニメデ、 Callisto と Europa – 一連のリモートセンシング、地球物理学および現場計測器を備えています。 このミッションでは、これらの衛星を惑星天体と生息地の可能性の両方として特徴づける予定で、木星の複雑な環境を深く調査し、宇宙全体の巨大ガス惑星の原型としてより広範な木星系を研究します。

「これは、ウェッブが木星の衛星の研究にもたらす素晴らしい最初の成果です」と、共著者のギヨーム・クルス・メルミー氏は語った。彼は元パリ・サクレー大学で、現在はESA欧州宇宙天文学センターの研究員である。 「これらの観察と今後の観察から、それらの表面特性について他に何が学べるか楽しみにしています。」

「この結果は、ジュースの使命の重要性を裏付けています」とギョーム氏は続けます。 「ジュースはMAJIS装置を使用することで、同じ波長範囲で同じ地表をより高い空間分解能で長期間にわたって観察できるようになり、したがってエウロパの居住条件をさらに制約することになるだろう。」

この研究に関連する 2 つの論文は、2023年 9月 21日に Science 誌に掲載される予定です。

詳しくは
ウェッブは、これまで宇宙に打ち上げられた中で最大かつ最も強力な望遠鏡です。 国際協力協定に基づき、ESA はアリアン 5 ロケットを使用して望遠鏡の打ち上げサービスを提供しました。 ESAはパートナーと協力して、ウェッブミッションに適応したアリアン5の開発と認定、およびアリアンスペースによる打ち上げサービスの調達を担当しました。 ESA はまた、主力分光器 NIRSpec と、国から資金提供を受けた欧州研究機関のコンソーシアム (MIRI ヨーロッパ コンソーシアム) が JPL およびアリゾナ大学と協力して設計、構築した中赤外線装置 MIRI の 50% を提供しました。

ウェッブは、NASA、ESA、およびカナダ宇宙機関 (CSA) 間の国際パートナーシップです。