8月 16, 2022

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ウェッブ望遠鏡はそこに生命の兆候を探します

今月は、これまでに構築された中で最も強力な宇宙望遠鏡が他の星を周回する惑星をスパイし始めるとき、地球外生命の探索の新しい章をマークします。 天文学者は、ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡がこれらの惑星のいくつかが生命を支えるかもしれない大気を持っているかどうかを明らかにすることを望んでいます。

別の太陽系の大気を決定することは十分に涼しいでしょう。 しかし、これらの雰囲気の1つが、生命存在指標として知られているもの、つまり生命そのものへの言及を提供する可能性があります。

アリゾナ大学の天文学者であるミーガン・マンスフィールドは、次のように述べています。 「しかし、私たちは必ずしもすぐに人生を特定できるとは限りません。」

これまでのところ、地球は生命が存在することが知られている宇宙で唯一の惑星のままです。 科学者たちは60年近く火星に探査機を送ってきましたが、まだ火星を見つけていません。 しかし、生命は赤い惑星の表面の下に隠れているか、木星や土星の月で発見されるのを待っていると考えられます。 一部の学者はこれへの希望を表明しています 金星二酸化硫黄の雲の灼熱の雰囲気にもかかわらず、それは金星の子供たちの故郷であるかもしれません。

地球が私たちの太陽系で生命を宿す唯一の惑星であることが判明したとしても、宇宙の他の多くの太陽系はいわゆる太陽系外惑星を保持しています。

1995年、スイスの天文学者は、太陽のような星を周回する最初の太陽系外惑星を発見しました。 ペガスス座51番星として知られる太陽系外惑星は、木星よりも大きく、華氏1800度の暖かさの巨大なガスであるため、生命にとって有望ではない家であることが判明しました。

その後の数年間で、科学者は発見しました 5,000以上の他の太陽系外惑星。 いくつかは非常に地球に似ています-ほぼ同じサイズで、ガスの代わりに岩でできており、星の周りの「Goldilocksゾーン」を周回しています。料理に近すぎず、凍るほど遠くありません。

残念ながら、これらの太陽系外惑星のサイズが比較的小さいため、これまで研究が非常に困難でした。 昨年のクリスマスに打ち上げられたジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡はそれを変え、天文学者がこれらの世界をより詳しく見ることができるように拡大鏡として機能します。

フランス領ギアナのクールーからの打ち上げ以来、望遠鏡は 私は旅行しました 地球から百万マイル離れて、それは太陽の周りの軌道に入ります。 そこでは、シールドが彼の21フィートの鏡を太陽や地面からの熱や光から保護します。 この深い暗闇の中で、望遠鏡は、遠くの惑星についての新しい詳細を明らかにする可能性のあるものを含む、かすかな、遠くの光線を検出することができます。

マンスフィールド博士は、宇宙望遠鏡は「その設計において太陽系外惑星の大気の研究を考慮に入れた最初の大きな宇宙天文台である」と述べました。

NASAのエンジニアは、6月中旬にWebb望遠鏡でさまざまな物体の写真を撮り始め、7月12日に最初の画像を公開する予定です。

プログラムの主任科学者であるエリック・スミス氏によると、太陽系外惑星はその最初の画像のバッチに含まれるという。 望遠鏡は太陽系外惑星の観測に比較的短い時間を費やすので、スミス博士はそれらの最初の画像を望遠鏡の力を「素早く汚い」ものと見なしました。

これらのクイックルックは、7月から始まる一連のはるかに長い観測に続き、太陽系外惑星のより鮮明な画像を提供します。

天文学者の多くのチームが見てみる予定です 7つの惑星 Trappist-1と呼ばれる星を周回しています。 以前の観測では、3つの惑星がハビタブルゾーンを占めていることが示されていました。

モントリオール大学の大学院生で、7月4日頃からTrappist-1の惑星を観測するオリビア・リム氏は、「太陽系外の生命の痕跡を探すのに理想的な場所だ」と語った。

Trappist-1は小さくて冷たい星なので、ハビタブルゾーンは太陽系よりも近くにあります。 その結果、その潜在的に居住可能な惑星は近距離で軌道を回っており、星を周回するのにほんの数日しかかかりません。 惑星がTrappist-1の前を通過するたびに、科学者は基本的ですが重要な質問に取り組むことができます:それらのいずれかに大気がありますか?

コーネル大学の天文学者であるニコール・ルイス氏は、「空気がなければ、居住可能な地域にあったとしても、居住可能ではなかっただろう」と語った。

ルイス博士と他の天文学者は、惑星Trappist-1を取り巻く大気を見つけなくても驚かないでしょう。 惑星が形成されたときに大気が発達したとしても、星はずっと前に紫外線とX線を使ってそれらを吹き飛ばしたかもしれません。

「惑星が生命を創造し始める前に、彼らが惑星の大気のすべてを取り除くことができる可能性がある」とマンスフィールド博士は言った。 「それが私たちがここで答えようとしている最初の質問です:これらの惑星が生命を発達させることができるのに十分長い大気を持っていることができるかどうか。」

Trappist-1の前を通過する惑星は小さな影を作りますが、その影は宇宙望遠鏡が拾うには小さすぎます。 代わりに、望遠鏡は星からの光のわずかな減光を検出します。

ジョンズホプキンス応用物理学研究所でポスドクを務めた天文学者、ジェイコブ・ルスティグ・ジェイガー氏は、「目を閉じて日食を見ているようなものだ」と語った。 「あなたは光が薄暗くなったという感覚を持っているかもしれません。」

大気のある惑星は、その背後にある星を、裸の惑星とは異なる方法で暗くします。 星の光の一部は大気を直接通過しますが、ガスは特定の波長の光を吸収します。 天文学者がこれらの波長の星の光だけを見た場合、惑星はTrappist-1をさらに暗くします。

望遠鏡はこれらのTrappist-1観測を地球に送り返します。 そして、「ねえ、あなたのデータは利用可能です」のような電子メールを受け取ります、とマンスフィールド博士は言いました。

しかし、Trappist-1からの光は非常に弱いため、理解するのに時間がかかります。 「あなたの目は毎秒数百万の光子を扱うことに慣れています」とスミス博士は言いました。 「しかし、これらの望遠鏡は、毎秒数個の光子を集めるだけです。」

マンスフィールド博士または彼女の仲間の天文学者がTrappist-1の前を通過する太陽系外惑星を分析する前に、彼らはまず望遠鏡の特別なメカニズムによって生成される小さな変動からそれらを区別する必要があります。

「私が実際に行っている作業の多くは、望遠鏡が行っている奇妙なことを注意深く修正することです。そうすれば、これらの非常に小さな信号を見ることができます」とマンスフィールド博士は言いました。

これらの努力の終わりに、マンスフィールド博士と彼女の同僚は、Trappist-1の周りの雰囲気を発見するかもしれません。 しかし、この結果だけでは、大気の性質を明らかにすることはできません。 それは地球上にあるように窒素と酸素が豊富であるかもしれません、あるいは金星の二酸化炭素と硫酸の有毒なスープに似ているかもしれません。 あるいは、科学者がこれまでに見たことのない組み合わせかもしれません。

デンマーク工科大学の天文学者であるアレクサンダー・ラスケ氏は、「これらの大気が何でできているのかわからない」と述べた。 「私たちはアイデアやシミュレーションなどを持っていますが、実際には何も考えていません。私たちは行って見なければなりません。」

ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡は、JWSTと呼ばれることもありますが、各タイプの粒子が異なる波長の光を吸収するため、太陽系外惑星の大気の特定の成分を決定するのに十分強力であることがわかります。

しかし、これらの発見は外惑星の天気に依存します。 明るく反射する雲の毛布は、星の光が太陽系外惑星の大気に入るのを妨げ、宇宙の空気を見つけようとする試みを破壊する可能性があります。

「雲のある大気と大気のない大気を区別するのは本当に難しい」とラスケ博士は言った。

天候が協力的である場合、天文学者は、太陽系外惑星が大気中に水を持っているかどうかを調べることに特に熱心です。 少なくとも地球上では、水は生物学の前提条件です。 「それはおそらく生命を探すための良い出発点になるだろうと思う」とマンスフィールド博士は言った。

しかし、水っぽい雰囲気は、必ずしも太陽系外惑星が生命を宿していることを意味するわけではありません。 惑星が生きていることを確認するために、科学者は、生物によって特徴的に形成されるバイオマーカー、分子、またはいくつかの分子のグループを発見する必要があります。

科学者たちは、信頼できる生命存在指標とは何かについてまだ議論しています。 地球の大気は、主に植物や藻類の産物である多くの酸素を含んでいるという点で、私たちの太陽系で独特です。 しかし、空気中の水分子が分裂するとき、生命の助けなしに酸素を生成することもできます。 同様に、メタンは生きている微生物だけでなく火山によっても放出される可能性があります。

生命の助けなしに維持することができない明確な生命の痕跡を提供することができるガスの特定のバランスがある可能性があります。

「これらの重要な指紋を見つけるには、非常に好ましいシナリオが必要です」とRathcke博士は述べています。 「それが不可能だと言っているのではありません。私はそれがとてつもないことだと思います。私たちは非常に幸運である必要があります。」

カリフォルニア大学サンタクルーズ校の惑星科学者であるジョシュア・クリサンセン・トットン氏は、このようなバランスを見つけるには、ウェッブ望遠鏡がTrappist-1の前を頻繁に通過する惑星を観測する必要があると述べています。

「今後5年間で誰かが前に出て、 『はい、私たちはJWSTで人生を見つけました』と言うなら、私はその主張に非常に懐疑的です」とクリサンセン・トットン博士は言いました。

ジェイムズウェッブ宇宙望遠鏡が単に生体認証を見つけることができない可能性があります。 この任務は、10年以上後、次世代の宇宙望遠鏡を待たなければならないかもしれません。 人々が夜空で火星や金星を見るのと同じように、これらの太陽系外惑星を研究します。星の前を通過するときではなく、宇宙の黒い背景に対して星の光の反射を観察することによって。

「ほとんどの場合、私たちは将来の望遠鏡のために非常に重要な基礎を機能させるでしょう」とRathcke博士は予測しました。 「JWSTが生体認証指紋検出を導入した場合、私は非常に驚きますが、修正されたままでいることを望んでいます。つまり、基本的にそれが私がこの作業を行っていることです。」

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