宇宙のどこかで生命を見つけるには何が必要でしょうか?

2011 年 7 月 8 日の朝、フロリダ州ケープ カナベラルの上空はかすんで曇っていました。夏の蒸し暑い中、NASA のスペース シャトル アトランティスに別れを告げようと集まった約 75 万人の観客は、沖から吹くそよ風に涼しくなりました。これは 30 年にわたる宇宙飛行プログラムの最後の飛行であり、人類が星々の間に生命の世界を見つけるかもしれない時代の不確かな幕開けでもありました。

最終カウントダウンが始まると、宇宙船の司令官であるクリス・ファーガソンは、ミッションの打ち上げ責任者であるマイク・ラインバッハとともに、プログラムの終了について熟考した。「シャトルは、偉大な国が大胆な行動をとろうと決意し、最後までやり遂げたときに何ができるかを常に反映するものです」と、高さ 18 階建て、重量 450 万ポンドのシャトルのスタックにまたがるファーガソンは無線で伝えた。「マイク、私たちは今日で旅を終えるわけではありません。私たちは決して終わることのない旅の 1 章を終えるのです」

ファーガソンは、彼以前の多くの人々と同様、現代ロケット科学の父である隠遁生活を送る哲学者コンスタンチン・ツィオルコフスキーの核心的な感情を反映していた。オービル・ライトとウィルバー・ライトがキティホークで動力飛行の先駆者となった一方で、ツィオルコフスキーはロシアの人里離れた丸太小屋で宇宙探査と星々に囲まれた人類の運命について情熱的に執筆していた。彼は多段式ロケットを軌道に打ち上げ、宇宙で生活し働き、いつか太陽系から脱出することについて理論化した。彼はまた、現在「ロケット方程式」として知られるものを考案したことでも有名である。これは、ロケットの操縦に影響を与えるすべての主要な変数をまとめた数式である。「人類の大部分はおそらく滅びることはなく、太陽が消えるたびに太陽から太陽へと移動し続けるだろう」とツィオルコフスキーは初期の論文に記し、自身の研究の背後にある先見の明のある動機を明らかにした。「したがって、人類の生命、進化、向上に終わりはない。人類は永遠に進歩する。そしてもしそうなら、彼はきっと不死を達成するはずだ。」地球を越えた無限の未来というこのビジョンは、暗示されることはあっても明示的に認められることはめったにないが、あらゆる人類の宇宙計画の背後にある最も純粋で最も高貴な目的であり続けている。

ファーガソンがケープカナベラルでツィオルコフスキーの考えを代弁した直後、シャトルのエンジンとロケットブースターが勢いよく動き出し、パチパチと音を立てて動き出した。アトランティス号は、金色の炎と電光石火のダイヤモンドが揺れる滝の上で乗組員を空へと押し上げた。しかし、この壮大なショーの後には、静かに衰退する宇宙計画が残された。NASA はシャトル艦隊の代替機をすぐに用意できず、機関全体で計画を縮小していた。

アポロ計画の技術的混乱の中で考案されたスペース シャトルは、週に 1 回飛行する画期的な再利用可能な宇宙船になるはずでした。これにより、宇宙旅行が安価で、頻繁に、日常的なものになるはずでした。しかし、リチャード ニクソン大統領は予測された費用に難色を示し、最終的に登場した架空の乗り物は、洗練されていて多用途でしたが、取り返しのつかない欠陥を抱えていました。コスト、頻度、再利用性、安全性など、ほぼすべての面で、シャトル プログラムは最も重要な約束を果たせなかった無駄な無駄でした。

唯一の例外は、おそらくハッブル宇宙望遠鏡だろう。これはスクールバスほどの大きさのロボット観測装置で、1990年にスペースシャトル「ディスカバー」によって低地球軌道に運ばれた。宇宙での大胆な修理作業の後、ハッブルは成果を上げ始めた。その視界は、火星の変化する天候、木星への彗星の爆発的な衝突、土星の幽霊のような極オーロラを識別できるほど鮮明だった。近くの星形成領域に目を向けたこの望遠鏡は、惑星を形成している渦巻くガスと塵の円盤に包まれた若い星を発見した。ハッブルは、アンドロメダ銀河が約40億年後に私たちの天の川銀河と衝突して合体することを決定的に示しました。また、周囲の銀河を調べたところ、ほぼすべての銀河の中心に超大質量ブラックホールがあることも判明した。

ハッブルの打ち上げと修理に続く実り多い年月の中で、NASA はその後継機である次世代宇宙望遠鏡を発表しました。これは後にジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) と改名されました。その使命は、ハッブルの最も深い画像では小さな赤い塊としてしか現れなかった宇宙の最初の銀河を完全に明らかにすることです。

しかし、NASA が JWST に力を注ぐと同時に、太陽系外惑星学の分野が急速に発展し始めた。天文学者は初めて、地球に似た他の惑星を発見する可能性について合理的に議論できるようになり、大衆の関心と称賛も集めた。惑星探査者たちの計算によると、恒星間距離では、ハッブル宇宙望遠鏡の深宇宙画像で見る典型的な銀河よりも、地球はわずかに暗く見えるだろう。理論上は、それは JWST が検出できるものであり、実際、この望遠鏡は、恒星から遠く離れた高温の若いガス状巨大惑星を撮影するのに優れている。しかし、実際には、居住可能な惑星は、はるかに明るい主星に近すぎることになる。

恒星の周りの岩石惑星を撮影することは、爆発中の水素爆弾の隣で火のついていないマッチを撮影するようなものです。たとえば、地球は可視光では太陽よりも約100億倍暗いです。地球から宇宙に反射される光子1つにつき、恒星はさらに100億を爆発させます。赤外線では、コントラスト比はさらに有利になります。その波長では、太陽は地球よりも約1000万倍明るいだけです。恒星の周りの岩石惑星を撮影することは、熱核融合の火の玉の先端にほぼ密着している薄暗い塵の粒を捉えることであり、爆発中の水素爆弾の隣で火のついていないマッチを撮影するようなものです。惑星から反射される光子を1つでも見るためには、数百万または数十億の熱核融合光子をすべて遮断する必要があります。宇宙ベースの天文台だけが、地球の大気のぼやけた干渉を避け、他の多くの恒星を周回する居住可能な可能性のある惑星の光を届けることができます。

1996 年初頭、テキサス州サンアントニオで開催されたアメリカ天文学会の会議で、当時の NASA 長官ダン・ゴールディン氏が壇上に立った。同氏は、JWST の直後に NASA が行うことについて、魅力的なビジョンを示した。それは、新しい生命探査宇宙望遠鏡を輝かしい目玉として、NASA の科学プログラム全体を宇宙生物学を中心に再構築するというものだ。「今から 10 年ほどで」と同氏は説明した。「惑星ファインダー」は、居住可能な可能性のある惑星を見つけて低解像度の写真を撮る観測所である。惑星のピクセルの小さな塊のスペクトルから、大気中の生命の痕跡を探す。これは、NASA の「地球型惑星ファインダー」(TPF) ミッションのコンセプトとなるものが公に初めて言及された例の 1 つだった。ゴールディン氏は熱心に聞き入った聴衆に、TPF が近くの恒星の周りに有望な世界を発見した場合、「おそらく 25 年以内に」それらの惑星を「海、雲、大陸、山脈を見る解像度で」撮影できる、さらに野心的な望遠鏡が建造される可能性があると語った。21 世紀のいつかには、生命のある世界として発見されたものがロボット恒星間探査機の主なターゲットになる可能性があると彼は後に語った。

残念ながら、JWST の開発は計画よりも困難であることが判明しました。最も初期の星や銀河を撮影するには、望遠鏡にはハッブルのものよりはるかに大きな主鏡が必要で、赤外線波長 (分子雲、巨大惑星、最も初期の銀河が最も明るく輝く波長) に最適化されたものが必要です。鏡はロケットのフェアリング内にきちんと折りたたむ必要があります。宇宙では、内部の熱で宇宙の夜明けの繊細な光が消えてしまわないように、極低温で冷却する必要があります。最後に、地球の低軌道では動作できません。赤外線波長で地球が電球のように光ると、繊細な観測が損なわれるからです。

さまざまな国際パートナーが機器の製作や打ち上げ用ロケットの提供に合意したが、費用の大部分はNASAが負担することになり、当初の見積もりでは約15億ドルとされていた。打ち上げは暫定的に2010年頃に予定されていた。プロジェクトの真の複雑さと規模が明らかになるにつれ、費用見積もりはどんどん上方修正されたが、資金増額の目処はほとんど立たなかった。その代わり、JWSTの資金はNASAの他の宇宙科学プログラムから捻出する必要があった。結局、技術開発だけで20億ドル以上が必要になった。JWSTのスケジュールは遅れ始めた。プロジェクトの総費用により、主要な支出がどんどん将来に先送りされていった。2012年までに、JWSTの製作、試験、打ち上げ、および最初の5年間の運用には約90億ドルの費用がかかると見積もられ、打ち上げは2018年より早くなることはない。

国内および世界経済の惨事は、JWST の誕生の苦しみを悪化させた。NASA の予算は頭打ちとなり、通貨インフレに追いつかなかった。1990 年代にビル・クリントン大統領の下で積み上げられた 1 兆ドルの黒字は、後継者のジョージ・W・ブッシュ大統領の減税と暴走する支出により、2000 年代には数兆​​ドルの赤字に転落した。そして、2003 年のコロンビア号の事故後、ブッシュ大統領は資金も議会の強い支持もないまま、月への再進出と火星への人類の派遣という大胆な新計画を打ち出した。

最終的に失敗に終わったコンステレーションと呼ばれるプログラムの費用を賄うため、NASA は 2006 年に科学予算から数十億ドルを流用することを選択した。JWST の開発は混乱に陥り、TPF の迅速な開発と打ち上げへの期待は打ち砕かれ、TPF は公式に「無期限延期」された。バラク・オバマ大統領は 2010 年にブッシュ大統領の計画をキャンセルしたが、ダメージはすでにあった。JWST に十分な資金を供給するため、NASA は他の主要な次世代天体物理学および惑星科学ミッションのほぼすべてを縮小、延期、またはキャンセルした。この観測所が成功するには、NASA の宇宙科学ポートフォリオのほとんどを削減するという大きな犠牲を払うしかなかった。資金と強力な組織的支援が不足していたため、TPF は星そのものと同じくらい遠く手の届かないものに思われた。

この考えは、天体物理学者でNASAの宇宙飛行士のジョン・グランズフェルドにとって重くのしかかった。彼はスペースシャトルのミッションに5回参加し、そのうち3回はハッブル宇宙望遠鏡の修理だった。マスコミはグランズフェルドを英雄とたたえ、「ハッブル博士」と呼んだ。彼は、国際宇宙ステーションとシャトルに費やされた数千億ドルと、宇宙望遠鏡の黄金時代を維持するために必要な資金が比較的わずかなことを思い返した。彼は、NASAの強力な有人探査プログラムが、同局の純粋に科学的な側面と再び強力なパートナーシップを築くにはどうしたらよいかと考えた。そこで、2003年から2004年にかけて、彼はNASAの主任科学者を務め、ブッシュのコンステレーション計画の科学アプリケーションの開発に協力した。大型ロケットは、宇宙飛行士を月に向かって打ち上げるのと同じくらい、非常に大きな望遠鏡を打ち上げるのにも役立つことがわかった。こうしたロケットがあれば、JWST や、おそらくはもっと大型の TPF 型の天文台の打ち上げが、より簡単かつ安価になるかもしれない。しかし、コンステレーションが NASA の科学予算に莫大な資金を投じたことで、計画は裏目に出た。2010 年初頭、グランズフェルドは NASA を離れ、メリーランド州ボルチモアにある宇宙望遠鏡科学研究所の副所長に就任した。この研究所は、ハッブル宇宙望遠鏡、そして将来的には JWST の運用の中心となる場所だ。グランズフェルドは、研究所所長の天文学者マット・マウンテンと 2 年近く密接に協力し、将来の TPF 型の望遠鏡の基礎を築いた。彼らが好んだ社内設計は、その名も通り、ATLAST (Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope) と名付けられ、居住可能な可能性のある太陽系外惑星の画像を提供することが意図されていた。ハッブル博士は、TPF 博士、ATLAST 博士になったのである。

しかし、2011 年後半、グランズフェルドの電話が鳴った。NASA は、無数の義務をすべて果たすのに苦労しているとはいえ、世界最大の純粋科学予算の舵取りをグランズフェルドに任せたいと考えていた。彼はそれを受け入れ、復帰後は、生命探査用宇宙望遠鏡を声高に主張していた過去の主張を抑え、NASA の科学プログラム全体のバランスを強調するようになった。地球外惑星の探索に大胆な新たな資金提供を行うという発表はなかったが、グランズフェルドの親しい友人やかつての腹心たちは、彼のかつての熱意を忘れることができなかった。この本のためにグランズフェルドと話をしようと NASA とほぼ 1 年間にわたって実りのないやり取りをした後、以前のインタビューで彼が率直に語ってくれたことに私は慰めを見出していた。

「ハッブル・ウェッブ計画は、宇宙のどこかに生命が存在するかどうかという疑問を、おそらく解決しないままにしてしまうでしょう」と彼は語った。「次世代の大型宇宙望遠鏡に必要なのは、そして実現可能なのは、最も近い数千の恒星の周囲にあるすべての居住可能な惑星の大気と表面の特徴を観測する能力です。私たちはついに、自分たちだけが住んでいるのではないとわかるかもしれません。私たちはついに、他の居住可能な世界を見つけるかもしれません。そのそれぞれは、原理的には人間が訪れることができます。これが全体像であり、私は国民、議会、そして将来の政権に、この次のステップに投資する価値があることを納得させたいのです。」

明らかに、グルンスフェルドはツィオルコフスキーの本を読んでいた。

ペンギンランダムハウスの子会社であるペンギングループ（USA）LLCのメンバーであるカレントの許可を得て、リー・ビリングス著『Five Billion Years of Solitude: The Search for Life Among the Stars』から改作。著作権 © リー・ビリングス、2013年。