エウロパの氷の表面は暗闇で光るかもしれない

木星の衛星エウロパの夜側は暗闇で光るかもしれない、と科学者らは今週、ネイチャー・アストロノミー誌に報告した。

研究者らが、エウロパの極寒の地表に定期的に降り注ぐ放射線をシミュレートするために、氷のサンプルに電子ビームを照射したところ、氷に含まれる鉱物によって異なるかすかな光を放つことに気づいた。NASA の探査機エウロパ・クリッパーは、数年後にこの遠い衛星に到達したときに、この同じ現象を観測できるかもしれない。そして、この現象を利用して、エウロパに生命が存在できる環境があるかどうかを調べることができるかもしれない。

これまで、夜間に光を発することが知られている天体のうち、地球だけが私たちの天界で唯一のものである。人類が住居の照明に使う電気は国際宇宙ステーションから見ることができる、とカリフォルニア州パサデナにあるNASAジェット推進研究所の天体物理学者、ムルシー・グディパティ氏は言う。「エウロパの位置と地質学的特徴から、エウロパは地球と非常によく似ている可能性がある。私たちの太陽系内に、夜間に光る2つ目の天体があるという意味で」と、11月9日に研究結果を発表したグディパティ氏は言う。

エウロパは数マイルの厚さの氷の地殻に覆われており、科学者たちはその氷の地殻が40～100マイルの深さの広大な海を覆っていると考えている。また、エウロパは木星の強力な磁場から大量の荷電粒子を浴びており、この放射線はエウロパの表面に立つ人間にとって致命的である。そして、これは人間が平均100ケルビン（華氏マイナス279.67度）の月の表面温度に耐えられる場合にのみ意味を持つ。「ここは太陽系で非常にユニークな場所です」とグディパティ氏は言う。「この海のおかげで、居住可能性が最も高い場所の1つであり、また最も過酷な外部環境の1つに位置するという非常にユニークな場所でもあります。」

彼と彼の同僚は、荷電粒子がエウロパの表面に衝突すると何が起こるかを理解したいと考えました。彼らは、エウロパの表面のさまざまな可能性を表す氷床コアに電子ビームを発射し、その結果をビデオカメラで撮影しました。電子が純粋な水氷に衝突すると、凍った液体がかすかに青緑色を帯びた白っぽい輝きを放つことを研究者らは観察しました。この輝きは、照射された氷に硫酸マグネシウム（エプソム塩）が含まれていると明るくなりました。塩化ナトリウム（海塩）を含む氷は、色彩を帯びず、はるかに暗い輝きを放ちました。さらに調査したところ、氷から発せられる光は主に白ですが、水氷から発せられる光では緑の波長がわずかに多く、エプソム塩の氷では赤、海塩の氷では青緑であることが科学者らによって発見されました。

この輝きは、電子が氷に突入すると物質にエネルギーを与えるため発生します。その後、凍った水はこのエネルギーの一部を光の形で放出し、さまざまな原子や分子がさまざまな波長の光を発します。

グディパティ氏によると、オーロラでも同様のプロセスが起きているという。私たちの目には、オーロラは濃い緑色に見える。大気中の酸素には、他の物質と相互作用することなく、光を発する十分な余地があるからだ。発光する氷の成分はより濃く、より多様である。絶えず光を発する複数の化合物が混ざり合って、ほとんど白っぽい輝きを形成するのかもしれない。

「氷の中では原子と原子の間に空間がありません。アシカが日光浴をしているのと同じで、動き回ることができません」とグディパティ氏は言う。「氷は完全に密集しており、励起された原子や分子のそれぞれが周囲と相互作用します。」

彼と彼の同僚は、もしエウロパの表面が実験の氷のように夜間に光るなら、エウロパ・クリッパーの計画されている機器は探査機が高速で通過する際にそれを検出できる可能性が高いと見積もっている。2020年代半ばに打ち上げられる予定のこのミッションは、月の夜側から発せられる光を分析することで、科学者にエウロパが生命にとってどの程度適しているかを解明する機会を与える可能性がある。

エウロパの海は海底にぶつかる際に岩石の基質と相互作用して、生命に不可欠な鉱物を生成する可能性がある。これらの鉱物の一部は、最終的にエウロパの海を覆う氷に流れ込むだろう。この極寒の殻には比較的クレーターの跡がほとんどなく、表面が若いことを示している。「衝突クレーターは何らかの形で浄化されており、その浄化は内部と表面の間で交換が行われた場合のみに起こる」とグディパティ氏は言う。

氷がどれだけ明るく光り、どんな波長の光を発しているかによって、科学者たちはその化学組成を判定できるかもしれない。「表面の物質は、その物質が長い間海中に存在していた痕跡を残している可能性がある」とグディパティ氏は言う。