土星の海の衛星で何かがメタンを吐き出しているのでしょうか?

エンケラドゥスは凍りついた世界、土星の周りを無限に周回する固い氷の塊であるはずだった。しかし、2004年から2017年にかけて土星系を訪れたカッシーニ宇宙船は、水、水素、メタンで文字通り溢れんばかりの活発な衛星を発見した。地球の海では、この3つの物質は生命と密接に関係している。

しかし、エンケラドゥスは地球ではなく、惑星科学者たちは土星の衛星が宇宙に吐き出す特異な分子のカクテルをどう解釈したらよいか確信が持てなかった。それらは異星人の化学反応の結果なのか、異星人の生物学の結果なのか？研究者たちはまだ確信が持てない。エンケラドゥスには、水素と二酸化炭素を貪り食ってメタンを吐き出す微生物である「メタン生成菌」が生息しているかもしれないし、そうでないかもしれない。しかし、昨日Nature Astronomyに発表された生物学者チームによる新たな分析によると、最も明白な化学反応だけでこれほど大量のメタンが生じることはほぼ不可能だという。

「メタン生成菌はメタンの量を説明することができます」と、パリ国立高等教育院の博士課程の生態学の学生で、この新しい研究の主執筆者であるアントニン・アフホルダー氏は言う。

氷の下の世界

エンケラドゥスの氷の地殻に海が隠れているという最初の確かな証拠は、2006年にカッシーニが宇宙に噴出する間欠泉を発見したときに得られた。

10年後、エンケラドゥスの周りを周回中に、探査機は水煙の1つを直撃し、月の表面からわずか30マイルの地点をかすめた。この大胆な潜水で、探査機は宇宙に溢れ出る分子を採取し、実質的に海のしぶきを嗅いだ。

鼻いっぱいに水が入り、水素とメタンの匂いがした。研究者たちは、水素は生命の兆候ではなく、生命の可能性の兆候であると判断した。水素は深海の噴出孔から来ている可能性が高い。地球上のそのような噴出孔には、水素を餌とする微生物が群がっている。これらの場所は、地球生命の発祥の地の候補とさえ考えられている。

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そして、あのメタンもありました。深海の噴出孔を住処とする古代の生命体の多くは、水素と二酸化炭素 (CO2) を消費してメタン (CH4) を生成するため、メタン生成菌と呼ばれています。カッシーニは、わずか数個の分子を発見しただけで、エンケラドゥスには単純な生物が快適に過ごすために必要なほぼすべてのもの、つまり水、熱、餌があることを証明しました。

しかし、証拠は完全に状況証拠だった。地球上のメタンは、微生物の消化以外にもさまざまな化学反応から発生する。研究者たちは、カッシーニが発見した水素の多さにも困惑した。居住可能なエンケラドゥスには潜在的な食料が溢れているが、それを食べているものは何もないようだった。

謎のメタン

アフホルダー氏と生物学に詳しい同僚たちは、個体群と生態系に関する知識をこの問題に応用することを決意し、エンケラドゥスの海と岩石の中心が出会う場所に存在する可能性のあるあらゆる環境を再現することに着手した。

彼らは、最も明白な非生物的メタン源から始めた。熱水が特定の鉱物にぶつかる場所（深海の噴出孔など）では、「蛇紋岩化」と呼ばれるプロセスによって水素が発生する。その後、他の化学反応によって水素と二酸化炭素が結合してメタンが生成される。これはメタン生成菌が行うのと同じである。蛇紋岩化速度を確定する最近の実験データを使用して、研究チームはエンケラドゥスが自力で生成できる可能性のある水素とメタンの量の範囲を計算した。

次に研究チームは、エンケラドゥスがメタン生成菌の助けを借りた場合、水素とメタンの範囲がどのように変化するかを検討した。研究者たちは、エンケラドゥスの生命に関する推測を妥当なものにするため、地球の実際の生物を使ってモデル化を行った。「想像したいことを何でも想像できるわけではありません」とアフホルダー氏は言う。「私たちが知っていることに基づいて仮説を立てなければなりません。」

最後に、研究者たちはベイズ分析と呼ばれる統計的枠組みを使って、理論上のエンケラドゥス2組の確率を比較した。その結果、カッシーニが間欠泉潜航中に集めたのと同じ量のメタンを生成するには、蛇紋岩化から始まる一連の化学反応だけでは不十分であることがわかった。

「最初の仮説は完全に失格だ」とアフホルダー氏は言い、「スコアはゼロだ」と言う。

研究者らはまた、豊富な水素がまさにエンケラドゥスが生命体から噴出すると予想されるものであることを発見した。分子は噴出孔付近に密集しており、その温度は既知のメタン生成菌が生存するにはあまりにも高温である。生物はおそらく噴出孔から安全な距離にある分子をかじり、水素の総量にほとんど影響を与えないだろう。

未知の未知

アフホルダー氏は、彼のチームの研究結果が、エンケラドゥスにメタンを放出する微生物が群がっていることを意味するわけではないと強調する。しかし、何らかの未確認の源がメタン分子を大量に放出しているらしいことは意味している。

たとえば、メタンは中心核から湧き出ている可能性がある。月が主に彗星の衝突で形成されたのであれば、炭素を多く含んだゴム状の物質が月には詰まっており、それが加熱されるとメタンに分解されるはずだ。あるいは、まったく予想もつかないプロセスが働いている可能性もある。研究者たちは、月の氷の地殻の下に何があるのか​​について、無知に溺れている。

「エンケラドゥスの起源はわかっていません。エンケラドゥスの年齢もわかっていません。メタンの正確な性質もわかっていません」とアフホルダー氏は言う。

間接的な推論によるエイリアン狩り

近い将来、何マイルにも及ぶ地球外の氷を掘削する着陸機は存在しないため、エンケラドゥスで何が起こっているのか解明したいと考えている研究者は、遠距離からの測定で間に合わせるしかないだろう。

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一つの戦略は、放出されたメタンの種類を調べることだ。その炭素原子がもともと彗星から来たもので、数十億年かけて月の中心核に埋もれていた場合、微生物によって消費され放出された炭素原子とは重さが異なる可能性がある。カッシーニの続編で最新の機器が装備されれば、この2つを区別できるかもしれない。

「さらに詳しく知るためには、メタンを調査するミッションが必要になるかもしれない」とアフホルダー氏は言う。

しかし、土星系への新たな探査機の計画が今のところないことから、研究者たちは別の氷の衛星、木星のエウロパに注目し始めている。今年後半に打ち上げられるジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、そこの間欠泉の中身を観察できるかもしれない。カッシーニが行ったように、噴出物を直接採取できる探査機も開発中だ。エウロパ自体は居住可能かもしれないが、そうでない場合は、その歴史に関する基本的な疑問に答えることで、氷に覆われた同族の裏話がわかるかもしれない。

アフホルダー氏と共同研究者らは、太陽系外惑星に地球外生命が存在する確率を計算するための同様の分析の開発にも取り組んでいる。太陽系外惑星の大気中の酸素、二酸化炭素、その他のガスの混合は、エンケラドゥスの分子よりもさらに解釈が複雑になる。彼らの研究は、宇宙生物学の時代が到来する前兆であり、地球外生命の発見は、決定的な証拠の衝撃ではなく、統計分析の積み重ねによるひそひそとした音とともにもたらされるだろう。