NASAが木星に送る予定の「エウロパ・クリッパー」ミッションの内部

月曜日、NASAのチャールズ・ボールデン長官は、アメリカの宇宙機関の現状について興味深い最新情報を発表し、2016年度にNASAに185億ドルを提供するというオバマ政権の提案を詳述した。その予算には、小さいながらも重要な詳細が盛り込まれている。木星の衛星エウロパへのロボット探査ミッションに約3,000万ドルが割り当てられるというのだ。

科学界にとって、これは大ニュースだ。なぜなら、エウロパはおそらく太陽系の他の場所で生命が見つかる最有力候補だからだ。科学者たちは、エウロパの氷の表面の下には、地球上のすべての海の2倍以上の水を含む広大な塩の海があると理論づけている（いや、かなり確信している）。そして、もしその海が存在するなら、その条件は、生態系全体が生息するのにちょうど良いかもしれない。

「宇宙生物学の観点から見ると、エウロパはまさに居住可能性の要となる条件をすべて備えています。」

「宇宙生物学の観点から見ると、エウロパは居住可能性の3つの要となる条件をまさに備えています」とNASAジェット推進研究所の太陽系探査副主任科学者ケビン・ハンド氏はポピュラーサイエンス誌に語っている。「つまり、液体の水、生命体を形成するのに必要な元素へのアクセス、そして生命を動かすのに必要なエネルギーの可能性です。」

NASA は数年前からエウロパへの旅を検討しており、議会は最近、2015 年予算としてこのプロジェクトに 1 億ドルを支給した。ホワイトハウスの提案では 3,000 万ドルしか割り当てられていないが、それが大統領から出ているという事実は重要である。NASA はホワイトハウスの支援を必要とする行政機関であり、政権の新しい予算は「エウロパ ミッションの策定と開発を支援する」ものである。つまり、NASA のエンジニアはついに計画を実行に移せるということだ。

「彼らは我々がミッションの次の段階に進むことを望んでいます」と、ジェット推進研究所のエウロパ・クリッパー計画前科学者ロバート・パパラルド氏は言う。「そこで我々はフェーズAに移行し、そこでは単なる構想ではなく、実際のミッションが実行されるのです。」

エウロパの何が特別なのでしょうか?

エウロパは太陽系の中では少々異例の存在です。この衛星の外側の層は氷の層で、厚さは 1 マイルから 18 マイルほどです (その深さについては科学界の意見が分かれています)。氷の表面が滑らかで衝突クレーターがないため、研究者たちはこの層は比較的若く活動的であると考えています。つまり、その下にある氷の火山流などによって氷が絶えず新しくなり、過去の欠陥が消されているということです。

このため、多くの専門家が氷の地殻の下に海があるという説を支持するようになった。この考えは、探査機が木星の周回軌道に入った1995年のNASAのガリレオ計画でさらに確固たるものとなった。衛星を通過したガリレオ探査機は、木星の磁場がエウロパ周辺で乱れていることを発見した。この乱れは、衛星の表面下にある導電性の流体が衛星の周囲に特殊な磁場を誘導していることを示している。エウロパの外殻が氷であることを考えると、その物質は水である可能性が高い。

研究者たちは、エウロパの海の底は、エウロパの中心核を取り囲む熱い岩石マントルと接触している可能性が高いと考えている。

エウロパは太陽系内で液体の海があると考えられている唯一の地球外天体ではないが、この衛星には専門家を特に魅了する重要な特性がいくつかある。特に、エウロパが絶えず放射線を浴びていることが注目される。木星はエウロパに強力な放射線を浴びせ、氷の表面にある化合物を分解して必須元素にする。「その放射線は人間にとって致命的だが、同じ放射線が水に当たると水素を遊離させて酸素を残し、酸化剤を作る」とパパラルド氏は言う。「そして、それは生命にとって素晴らしいものだ」。遊離した水素と酸素は他の表面物質と結合して、過酸化水素、二酸化炭素など、生命にとって重要な構成要素を作る。

これらの化合物を生成することに加え、エウロパは生命維持に必要なエネルギーも供給している可能性がある。研究者たちは、エウロパの海の底はエウロパの核を取り囲む熱い岩石マントルと接触している可能性が高いと考えている。水と熱せられた岩石の直接的な相互作用は、まさに生命に必要なエネルギーを惑星が引き起こすために必要なものである可能性がある。「地球の海底は内部が熱く、水が [その下の熱せられた岩石と] 接触して、その水が帯電します」とパパラルド氏は言う。「そこには化学エネルギーがあり、その領域には生命が溢れています。」

もしエウロパの表面の化合物がその下の活発な海底によって温められたら、その組み合わせによって太陽系内でのエイリアンの成長が引き起こされる可能性がある。

ヨーロッパへの行き方

もちろん、エウロパのこうした特徴はすべて単なる仮説にすぎない。NASA には海が存在するという直接的な証拠はないが、同宇宙機関のエンジニアたちは海の存在を検証することに非常に熱心だ。そして今、ホワイトハウスからの最新の発表により、ついにそのチャンスが訪れることになる。

NASA は何年も前からエウロパに到達するさまざまな方法を熟考してきたが、適切な方法を見つけるのは困難だった。エウロパの周囲は放射線量が高いため、宇宙船を軌道に乗せるには、荷電粒子から宇宙船を守るために、多くの追加ハードウェアと熱シールドが必要になる。そして、コストもかさむ。木星の他の 2 つの衛星とともにエウロパを訪問するという、中止されたアイデアには、270 億ドルの費用がかかると見積もられた。

「いくつかのアイデアは小さすぎたり、大きすぎたり、費用がかかりすぎたりしました」とパパラルド氏は言う。「今ではちょうどいいと思っています。」

今後、進められる計画は、エウロパ クリッパー ミッションです。NASA は、探査機をエウロパの周回軌道に送り込むのではなく、宇宙船をエウロパの「クリップ」に送り込み、長期間にわたって 45 回エウロパをフライバイする予定です。「ほとんどの時間はエウロパや木星から遠く離れていますが、2 週間ごとに急降下して大量のデータを収集し、その後は撤退します」とパパラルド氏は言います。「私たちはこれをつま先ディップと呼んでいます。足を水に浸し、砂の上を走り抜けるのです。」

「いくつかのアイデアは小さすぎたり、大きすぎたり、高すぎたりしました。しかし今はちょうどいいと思っています。」

これらのフライバイの間、放射線耐性のある探査機はエウロパ上空のさまざまな高度に移動し、さまざまな機器を使用して衛星の組成を調査する。搭載する機器の正確な内容はまだ決まっていないが、パパラルド氏によると、探査機が主に調査するのはエウロパによる探査機の重力による引力だという。この引っ張り合いは、海の存在を確認するのに役立つ可能性がある。

「もし海があるなら、エウロパの氷の殻は木星を周回するたびに [100 フィート] 曲がるはずです」とパパラルド氏は言う。「…ですから、エウロパに遭遇したときに氷の殻が伸びているのなら、その下には水があるということです。液体の水がなければ、その氷の殻は下にある岩に接着されているようなものなので、曲がるのは 1 フィート程度にしかならないでしょう。」

科学界は、この惑星に海があることを確信しているため、パパラルド氏のチームはさらに一歩進んで、その海がどのようなものか分析したいと考えている。探査機に磁力計を搭載することで、研究者はエウロパ周辺の変化する磁場を測定できる。この磁場は、地下海の厚さと塩分濃度を示す。探査機のレーダーは、外側の氷殻の厚さも測定する（一部の研究者の間で意見が分かれているテーマ）。

使用が検討されている追加の機器には、地形カメラ、エウロパの大気を嗅ぎ分ける中性質量分析計、エウロパの表面の組成を調べる赤外線分光計などがある。

全体像

現在、パパラルド氏のチームは2022年の打ち上げに向けて作業を進めており、ミシュー組立施設で現在開発中の巨大ロケット、NASAのスペース・ローンチ・システムで宇宙船を送りたいと考えている。このロケットなら、木星系までの移動時間はわずか3年だ。

全体として、このミッションの主な目的は、エウロパが生命が存在する可能性のある場所かどうかを確認することです。エウロパ クリッパーが実際に生命維持条件を発見した場合、その発見は、地球外微生物のより直接的な証拠を探す後続ミッションにつながる可能性があります。「地球上のすべての生命は、DNA、RNA、タンパク質パラダイムを使用しています。したがって、私たちがエウロパに行きたい理由の 1 つは、基本的に生物学の仮説をテストして、条件が適切であればどこでも生命が発生するかどうかを確認することです」とハンド氏は言います。

もしいつかエウロパで生命が発見されれば、その発見はすべてを変えることになるだろう。それは「我々は孤独なのか？」という極めて重要な疑問に答えてくれる。エウロパに微生物がほんの少ししか存在しないということは、生命はおそらく宇宙全体でかなりありふれたものであるということを意味している。

そして、条件が理想的であるにもかかわらず、エウロパに生命の痕跡が見つからなければ、それはまた大きな発見を意味します。「もしそこに材料があり、生命が存在しないなら、それはすごいことです。生命は私たちが想像していたよりもさらに特別で珍しいものに違いありません」とパパラルドは言います。