太陽系外惑星の雷が地球外生命体の発見を困難にする可能性

私たちは地球上で雷鳴や稲妻に慣れています。しかし、他の惑星ではどのようなものなのでしょうか? 太陽系の他の惑星でも、たとえば木星の雲の上や火星の砂嵐のときに雷が発生することはわかっています。現在、天文学者は太陽系外の惑星での雷と、それらの惑星の生命の兆候に対する雷の影響について考えています。

天文学と天体物理学の雑誌に掲載された新しい研究論文で、宇宙生物学者のチームは、雷が他の惑星で探すことができる生命の化学的兆候の一部にどのような変化をもたらすかを調査した。全体的に、結果は微妙で、地球上で私たちが経験する複雑な大気とまったく同じだ。雷は、一部の生命の兆候を増幅する一方で、他の兆候を隠す可能性があることが判明した。これは、地球外生命を見つける手がかりを提供すると同時に、私たちの観察を複雑にする。

雷は、大雨のときによく明るい閃光として現れ、大気中の電気が雲の間や地面に放電することで発生します。また、「地球を含む惑星の大気の化学反応にも影響を与えます」と、カリフォルニア大学リバーサイド校の宇宙生物学者で共著者のエドワード・シュウィーターマン氏は説明します。雷は、地球上で生命が誕生する過程にも役割を果たした可能性があります。宇宙生物学者は、雷が、最終的に私たちの体内のアミノ酸となる分子のいくつかを集めた可能性があると考えています。

惑星でどのくらいの雷が発生するかは、大気中の水分量や気温（または寒さ）など、さまざまな要因によって左右されます。また、十分な雷があれば、大気中の状況が大きく変わる可能性があります。これは、太陽系外の惑星で地球外生物が活動していることを示す特定の化学物質を探すことを計画している宇宙生物学者にとって特に重要です。

「太陽系外惑星の大気のバイオシグネチャーに関する研究の多くは、純粋に計算モデルに基づいた非常に理論的なものだ」と、この新しい研究には関わっていないNASAゴダード宇宙飛行センターの天文学者ニック・ウォーガン氏は付け加える。しかし、この研究チームは、実験室での実地実験とコンピューターシミュレーションの両方を組み合わせて、雷が落ちたときにどれだけの化学物質が生成され、影響を受けるかを研究した。その結果は、大気の種類と雷の発生量によって異なることがわかった。

宇宙生物学者はどんな生命の兆候を探しているのでしょうか?

生物学にとって特に興味深い化学物質は、アンモニア、メタン、オゾン、亜酸化窒素です。科学者は、生物学的プロセスなしでアンモニアを生成する方法を知りません。また、亜酸化窒素はバクテリアの代謝によってよく生成されるものです。メタンは、人間が化石燃料を燃やしたり、牛がげっぷをしたりするときに、地球上の生命によって非常に一般的に生成されます。また、オゾンは、人間が呼吸するのに必要な酸素が大気中に含まれていることを示す良い兆候です。これらの化学物質が遠く離れた惑星で検出された場合、その惑星には生命が存在する可能性があり、さらなる研究の大きな対象となります。

新たな研究で、研究チームは、雷だけでは十分な量のアンモニア、メタン、亜酸化窒素を生成できないことを示した。そのため、これらの化学物質は生命の証拠としてさらに信頼できる。また、雷は一酸化炭素も生成できないことも示した。一酸化炭素は、その存在は生命がおそらく存在しないことを意味するため、反生物シグネチャーと呼ばれることもある。つまり、雷があるからといって、生命が存在する惑星が一酸化炭素で満たされて死んでいることを無視することはできないということだ。

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しかし、雷があるとオゾンを発見するのが難しくなるかもしれない。つまり、地球より雷が数倍多い惑星では、オゾンの痕跡が雷の影響で隠れてしまう可能性がある。

これらの兆候はいつ見られるのでしょうか?

地球のような岩石系太陽系外惑星で実際に化学反応や雷を観測することは、まだ将来の目標であり、実際にはまだ実現できていない。「地球のような温暖な岩石系惑星に大気が存在するかどうかはまだ確認できていませんが、これまでに調査された惑星はわずかです」とシュヴィーターマン氏は説明する。これまで調査した岩石系惑星のほとんどは、恒星に十分近いため、太陽の強烈な放射線によって大気が消失している。

しかし、天文学者たちは、真に地球に似た惑星の観測に向けて目覚ましい進歩を遂げている。2040年代に打ち上げが予定されているハビタブル・ワールド・オブザーバトリーは、生命の痕跡を探すために設計される。「将来の望遠鏡が地球サイズの太陽系外惑星で生命の痕跡ガスを探し始めるとき、大気とその多くの要因（雷を含む）を理解するための研究が鍵となるだろう」とウォーガン氏は付け加える。

「全体的に、雷によるバイオシグネチャーへの影響はそれほど心配するほどではないようです」と、シュトゥットガルト大学の天文学者で筆頭著者のパトリック・バース氏は言う。さらに、雷は「太陽系外惑星を観測する際に考慮しなければならないもうひとつの情報」にすぎないと付け加えた。

更新 03/11/24 8:55am: 「新しい研究では、チームは雷が…」で始まる文に、抜けていた単語「enough」が追加されました。