[비즈한국] 数日前、誰もが待ち望んでいた新しいエウロパ探査機「エウロパ・クリッパー」が地球を旅立った。エウロパ・クリッパーは、私たちが長年抱いてきた宇宙に関する最も偉大な秘密、すなわち「生命は地球にしか存在しないのか」という問いに対する答えを探すために宇宙へ飛び出した。
これまで太陽系において地球外生命体の痕跡を探すなら、火星である可能性が最も高いと考えられてきた。しかし今、天文学者たちは火星の先、太陽系のより外側へと目を向けている。木星や土星の周辺を回る「氷の衛星」に注目しているのだ。驚くべきことに、カチコチに凍りついた氷の表面下には、地球の表面よりも多くの液体状の海が存在しているとみられている。
もちろん、距離が非常に遠く、厚い氷の表面に覆われているため、これらの衛星の地下の海には太陽光がほとんど届かないだろう。しかし、地球でも光がほとんど差し込まない深海に生態系が存在するように、ひょっとすると氷の衛星の地下海にも独自の生態系が存在しているかもしれない。
p>もちろんこれまでは、このような話はすべて曖昧な観測データに基づく想像や推測、期待に過ぎなかった。真実を確かめる方法はただ一つ。直接その現場を見ることだ。そしてついに、エウロパへ直接向かい生命体の痕跡を確認する壮大な旅が始まった。
木星の周りにも地球の月のような衛星が回っているという事実は、1610年に天文学者ガリレオ・ガリレイによって明らかになった。彼の発見は、宇宙に浮かぶすべての天体が地球を中心にして回っているわけではないという事実を示し、宇宙の中心が地球であるという考えを覆すきっかけとなった。そうしてガリレオが発見した木星の衛星は、人類が宇宙を眺めるパラダイムに大きな転換をもたらした。
伝統的に、太陽系で最も巨大な惑星である木星は、神々の王、ゼウス、ジュピターと呼ばれた。そのため、ガリレイが木星のそばで発見した4つの衛星には、神話の中でゼウスが求めた対象の名前が付けられた。ガニメデ、イオ、カリスト、そしてエウロパである。神話によると、花を摘んでいたエウロパの姿に一目惚れしたゼウスが、牡牛に変身して彼女を拉致したという。ゼウスがエウロパを連れ去り歩き回った地域一帯が、彼女の名にちなんでヨーロッパ大陸と呼ばれるようになったと伝えられている。
エウロパは、太陽系の惑星の周囲を回る衛星の中で6番目に大きい。木星の他の3つのガリレオ衛星、土星のタイタン、そして地球の月に次ぐ大きさだ。私たちの月は表面が非常にデコボコしている。至る所に隕石衝突でできたクレーターが残っている。一方でエウロパは、ほぼ滑らかな氷の表面を持っている。所々に隕石の落下でできた大小のクレーターはあるが、月に比べればはるかに滑らかだ。これは、エウロパの表面がより最近になって作り変えられたことを示している。
以前、ボイジャーやパイオニアなど複数の探査機が、木星の重力を利用してより遠い宇宙へ向かう途中で木星のそばを通り過ぎた。しかし、それはつかの間の出来事に過ぎず、継続的に木星のそばに留まって観察したわけではなかった。そのため1990年代、天文学者たちは木星の重力に捉えられてその周辺を監視する軌道周回探査機を計画した。この探査機には、初めて木星周辺の衛星の存在を明らかにした天文学者ガリレオの名が冠された。当時のガリレオ探査機は、木星の雲の表面だけでなく、エウロパをはじめとする多くの衛星を調査した。そして偶然にも、表面の割れた氷の隙間から噴き出す水柱の中を通過した。
実は、当時の天文学者たちはこの驚くべき事実にすぐには気づかなかった。かなりの時間が経過した2018年、ガリレオ探査機のアーカイブデータを再分析していた天文学者たちは、すでにガリレオ探査機がエウロパにおける水の存在を確認していたという事実に遅ればせながら気づいた。当時のデータによると、エウロパは巨大な木星のそばで、もう一つの小さな磁場を形成していた。これは、エウロパから電荷を帯びた小さな粒子が漏れ出し、それが木星の強力な磁場に沿って流れていることを意味していた。それはいったい何なのか？天文学者たちは、イオン化した塩分を含んだ海水が宇宙空間に向けて噴き出しているものと推定している。
この事実が遅れて判明したのは、土星周辺で行われた探査機カッシーニの活躍のおかげだった。カッシーニは、土星の氷の衛星エンケラドゥスから水柱が噴き出している場面を写真で実際に捉えた。そして水柱の中を通過しながら、その周辺の磁場が変化することを確認した。天文学者たちは、エンケラドゥスの水柱を通過する間にカッシーニが得たデータが、はるか昔にガリレオがエウロパのそばを通り過ぎた時に見せた形態と非常に酷似しているという事実に遅まきながら気づいたのだ。こうして長年埋もれていたガリレオのデータに隠されていた驚くべき宝物を、ようやく解明することができた。当時のデータによれば、エウロパの表面から最大160kmの高さまで水柱が噴き上がっていたものとみられる。
より最近では、ハッブル宇宙望遠鏡を通じてエウロパの水柱を再確認した。2014年、ハッブル宇宙望遠鏡はエウロパが木星の円盤の前を横切る間、エウロパ周辺を狙った。エウロパの水柱を通らずにそのまま届いた木星の光と、エウロパの水柱を通過して届いた木星の光を比較すると、エウロパから噴出した水分子によって一部の波長で光が吸収された痕跡を比較することができる。これにより天文学者たちは、木星の前を通過する間にエウロパから大量の水が噴き出したという事実を確認した。地球以外の天体でも間欠泉が噴き出しているのだ！
さらに最近では、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡で改めてエウロパを観測した。そして水柱が出ていると推定される領域から、水や二酸化炭素、メタンを含む多様な分子が存在することを確認した。相次ぐ宇宙望遠鏡の観測を通じて、エウロパには水があり、さらに宇宙空間へと「宇宙間欠泉」が噴き出しているという推測は、今やほぼ事実として受け入れられている。
遠く離れた場所でカチコチに凍っている氷の衛星エウロパの表面下に、どうやって液体状の海が存在できるのだろうか？その秘密は、木星の強力な重力と磁場にある。
木星に張り付いて回るエウロパは、木星の強力な重力を受ける。特に木星の真向かい側と木星を背にした側では木星からの距離が少し異なるため、エウロパの各領域が受ける木星による重力の強さも変わってくる。このような重力の差は、エウロパにとってまるで自分を両側から引き裂こうとする力として作用する。
さらにエウロパは、木星の周囲で大きく歪んだ楕円軌道を描きながら回っている。3.5日ごとに木星に近づいたり遠ざかったりすることで、木星から受ける重力の強さが絶えず変化しているのだ。面白く表現するならば、木星はその強力な重力でエウロパをずっと「揉んでいる」ようなものだ。それによってエウロパの氷の内部は加熱され、氷の表面下は凍らない液体状態の海として存在できるのである。
このように木星からの重力的な嫌がらせを受けているため、エウロパの氷の表面には長くひび割れた独特の傷がたくさん残っている。いわゆる「カオス地形（Chaos Terrain）」と呼ばれるエウロパ表面の複雑な痕跡は、わずかに溶けた地下海の上をエウロパの氷の層が浮かびながら互いにぶつかり合ったり裂けたりしてできた痕跡だと推定される。このように割れた傷を縫って、その下に隠れている液体状の海水の一部が宇宙空間へと噴き出す。特に月よりも小さいエウロパは重力も弱いため、エウロパの表面から漏れ出す水柱は数百kmの高さまで勢いよく噴き上がることがある。
エウロパ自体の大きさは月より小さいが、興味深いことにその中に埋蔵された液体状の海水の量は、地球の海水をすべて集めたものよりもはるかに多いと推定される。実は地球には水が多いと思われがちだが、地球の表面の70%を覆っている海水は、文字通り表面に薄く溜まっているに過ぎない。表面に少し付着している海水をすべて集めても、その量はさほど多くない。太陽系で水を最も多く蓄えた、最も「潤った世界」は、もはや地球ではない。エウロパなのだ。
それでは、このようなエウロパの海の中に未知の異星深海生態系が存在しないだろうか？その答えを見つけるために、NASAはエウロパを選んだ。なぜあえて土星周辺のエンケラドゥスではなく、木星周辺のエウロパを先に選んだのかと疑問に思う人もいるかもしれない。もちろんエンケラドゥスも非常に興味深い場所だ。しかし、伝統的に人類はこれまで木星とその周辺の衛星をより多く探査しており、エンケラドゥスよりもエウロパについて多くのことを知っている。また、土星は木星に比べてはるかに遠い。探査機を送るまでにより時間がかかるため、まずは最初のターゲットとしてエウロパを選択したのである。
今回地球を旅立ったエウロパ・クリッパーは、今後5年間かけて宇宙を航海する。2030年になれば木星とその周辺の衛星に到着する。エウロパ・クリッパーには、エウロパの地下海を調査するための10種類の探査機器が搭載されている。まず、高解像度の画像を撮影する可視光カメラがある。次に赤外線カメラは、エウロパの厚い氷を突き抜けて内部温度がどのように分布しているかを把握する。エウロパの海の水温も地域によって異なるはずだ。どの海が温かいのか、あるいはより冷たいのかを把握すれば、生命の存在可能性をより高く期待できる深海火山の候補地を見つけることができる。
エウロパの磁場を調査する装置もある。かつてのガリレオ探査機、そしてエンケラドゥスのそばを通過したカッシーニ探査機の時と同様に、周辺磁場を通じて木星のそばを通り過ぎるたびにエウロパの磁場がどのように変化するのか、そしてその下に本当に液体状の海があるのか、塩分はどれくらいなのかを把握する。エウロパ・クリッパーは重力場の変化も感知しながら、氷表面下の海の埋蔵量や位置を突き止める。最後に、探査機に搭載された多様な分光器が、探査機が水柱を直接通過するたびに水の中にどのような化学成分が溶けているかを確認し、生命活動の兆候を探す。
今回のエウロパ・クリッパー探査は、その後に行われる次期エウロパ探査のための準備過程と見ることができる。究極的に天文学者たちは、エウロパの氷の表面に直接着陸機を下ろし、その氷を掘削して地下の海の中に海底探査ロボットを送り込む方式の探査まで検討している。すでにNASAでは、デコボコしたエウロパの氷の表面に着陸機をどのように安定して着陸させるか、多様なプロトタイプを製作しながら本格的な準備に取り掛かっている。こうした未来の探査が実現すれば、私たちは地球の海ではなく、他の異星の海の中を直接動き回りながら、その中にひょっとして地球外生命体であるイカやプランクトンが存在するのかを直接確認できるようになるだろう。
本当に地球の外に異星生命体や異星生態系が存在するのだろうか？遠からず、この質問に対してついに明快な答えを出せるようになるかもしれない。太陽系の外でもない、太陽系の中での探査結果だけで！
筆者チ・ウンベは？猫と宇宙を愛している。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを伝えたいという夢を持った。現在、延世大学銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室で銀河の相互作用による進化を研究しており、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『サム（Some）乗る天文台』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。