酸素は結局エイリアンに繋がらないかもしれない

過去 10 年間の太陽系外惑星の発見の急増により、別の惑星で生命がすぐに見つかるのではないかという希望がますます高まっています。水は依然として地球外生命が存在する可能性を示す最も重要な兆候ですが、科学者は地球外生命が他の場所で進化し、自立する能力を高める可能性のある他の多くの化学元素や化合物を探しています。酸素は、地球上の複雑な生命にとって重要であるため、明らかにそのような「バイオシグネチャー」の 1 つです。

しかし、私たちは自分が呼吸する空気をあまりに重視しすぎているのかもしれない。ACS Earth and Space Chemistry 誌に発表された新しい研究によると、別の惑星の大気中に酸素が存在することは決して確実な証拠ではないという。

「地球の大気中に酸素が大量に存在しているのは、生命が存在するからだ」と、コーネル大学の太陽系外惑星科学者で、この新しい研究の共著者であるニコル・ルイス氏は言う。生命は酸素を大量に利用できなくても存在できる可能性は確かにあるが、「他の惑星で生命を発見する方法についての現在の考えのほとんどは、地球と非常によく似た大気を持つ惑星を見つけることに焦点を当てている」と同氏は言う。

しかし、ガスまたはガスの組み合わせが生命の兆候であるかどうかを知る前に、「惑星で起こっている化学反応を完全に理解する必要があります」と、ジョンズ・ホプキンス大学の研究者で、新しい論文の主執筆者であるチャオ・ヘ氏は言う。「私たちの研究は、大気の化学反応についてある程度の洞察を提供します」と、特定のプロセスによって生物がなくても簡単に酸素が生成される可能性があることを示唆している。科学者は、酸素が地球外生命の兆候の偽の兆候である可能性を考慮する必要があるかもしれない。

当然ながら、これは調査が容易な問題ではない。彼と彼の同僚は、ジョンズ ホプキンス大学の特別な惑星ヘイズ研究 (PHAZER) を利用した。これは、冥王星の極寒の表面から金星の信じられないほど暑い高高度まで、さまざまな大気化学条件をシミュレートできる実験室である。その目的は、正確に混合されたガスを高エネルギー源 (プラズマまたは紫外線。どちらも恒星から放出される) にさらし、ヘイズ (光化学反応によって生成される小さな粒子) が形成されるかどうか、そしてそれが大気の化学自体を変えるかどうかを調べることである。

「このアイデアは、これらの大気中で起こっている化学反応をシミュレートするだけでなく、それを体系的に変化させて、宇宙船や望遠鏡で実際に観測できるものに実際にどのような反応が支配的であるかを理解しようとするものです」と、ジョンズ・ホプキンス大学の惑星科学教授で、この新しい論文の共著者であるサラ・ホルスト氏は言う。

彼と彼のチームは最終的に、スーパーアースとミニネプチューン系太陽系外惑星（天の川銀河で最も豊富な種類の太陽系外惑星）の予測される大気化学をシミュレートする 9 種類の異なるガス混合物をテストしました。これらの大気はすべて、二酸化炭素、水素、水の量が異なり、温度は華氏 80 度から 700 度の範囲でした。

最終的に研究チームは、紫外線とプラズマへの曝露によって、選択されたガス混合物が変化し、酸素やその他の有機化合物を含む数種類の異なるバイオシグネチャーが明確に非生物的に生成されることを発見しました。言い換えれば、彼らは、生きた生物が自由酸素を生成する必要はないことを示し、それは光化学反応の結果である可能性があり、酸素が本質的に生命の強力な兆候ではない可能性があることを示唆しています。

「生命の検出を主張する将来の観測では、これらの生物シグネチャー種が非生物的源によって生成されたものではないことを除外できることが重要になります」とルイスは言います。「太陽系外惑星の大気で生物学的偽陽性がどのように発生する可能性があるのか​​を調査し続ける必要がありますが、どのような波長にわたる観測の組み合わせによって、このような偽陽性を排除できるかも判断する必要があります。」

この研究は、化学シミュレーションが数日間しか実行されなかったこと、そしてガス混合物が太陽系外惑星が持つであろうものの予測に基づいており、直接観測（現在、観測する技術がない）に基づいていないことから妨げられている。これらの制限の一部は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの機器がいくつかの遠い世界の化学組成を測定できるようになる次の10年間で解決されるだろうが、これらの研究結果は、地球のようなテンプレートに一致する太陽系外惑星に必ずしも限定する必要はないということを思い出させてくれる。

この研究の最大の意義は、単純な測定で地球外生命体を発見できる可能性がいかに低いかを示したことにあるかもしれない。「実験自体は最終的な答えではありませんが、観測、コンピューターモデル、実験室実験を含むパズルの重要なピースです」とホルストは警告する。「私たちがこれを言ったのは初めてでも唯一でもありませんが、大気の組成のみを測定して生命を探すのは本当に、本当に、本当に難しいでしょう。」彼女は、生物学がなくても、火山活動、彗星の衝突、まだ考慮していない新しい化学など、他の要因がバイオシグネチャーの生成にどのように寄与できるかをさらに深く理解する必要があることを強調している。

もし真実がそこにあるとしたら、それは私たちが予想していたよりもずっと複雑なものとなるでしょう。