天文学者は小さなレーザーを使って近隣の惑星の生命を探したいと考えている

SF の語り手たちは、レーザーを操るエイリアンが地球を訪れるという物語を好んで語るが、現実には、地球外生命体の痕跡を探すために高度なレーザー光線を使っているのは私たち人間なのだ。

メリーランド大学の地質学者とエンジニアは最近、光を使って分子を分析する、宇宙飛行用に設計された新しい技術を開発した。先週Nature Astronomyに発表されたこの研究は、地球上で一般的な分子分析実験装置であるオービトラップを小型化して NASA の太陽系ミッションに搭載できるほど軽量化したものだ。また、改良されたオービトラップをレーザーと組み合わせることで、惑星の表面から物質を分解して分析に備えることができる。

「地球外でどのような複雑な分子を検出できるか楽しみです」とメリーランド大学の地質学者でこの研究の共著者であるグレース・ニ氏は言う。「次世代のオービトラップ分析装置は、旧システムに比べて測定の詳細が約200倍向上しています」と彼女は付け加える。この装置は今後10年以内にミッションに投入される可能性がある。

オービトラップは質量分析用のツールで、分子を質量で分離し、サンプルに含まれる各分子の量を測定する科学者の頼りになる技術です。この機械は世界中の医療、生物学、その他の産業研究室で使用されていますが、重量が約 400 ポンドと巨大で、ジャイアントパンダより少し重いです。地球外ミッションでは、目的地に運べる荷物の量が制限されることがよくあります。この巨大なオービトラップは、1 台では飛行できません。しかし、新しいバージョンの重量はわずか約 17 ポンドです。

[関連: 天の川銀河には、私たちとコンタクトできる地球外文明が数十個存在する可能性がある]

さらに、ミッションチームは、多くの場合、1 つの大きなコンポーネントか、複数の小さなツールのどちらかを選択しなければなりません。宇宙ミッション用の機器を選択することは、「ポケットサイズのスイス アーミー ナイフにどのツールを付けたいかを選択するようなものです」と、この新しい研究には参加していないコーネル大学の航空宇宙エンジニア、ザック ウリバリ氏は説明します。「しかし同時に、スイス アーミー ナイフのツールは、ガレージに保管するツールよりも小さくて軽量です。宇宙船の機器は、研究室に保管するフルサイズの機器よりも小さくて軽量でなければなりません。」

改良されたレーザー機器は、分子を測定する前に紫外線パルスを使用して、火星の岩石、エンケラドゥスの氷の外殻、または太陽系内の生命の可能性がある他の興味深いターゲットなどの惑星の表面から化合物を分解します。次に、それらを小型のオービトラップ分光計に送り込み、サンプルの組成を測定します。

カリフォルニア大学リバーサイド校の宇宙生物学者で、新しいオービトラップ プロジェクトには関わっていないエディー シュワイターマン氏は、このツールは生命に関連する分子の「指紋」を採取すると同時に、探査対象の惑星や衛星の周囲の地質に関する情報も提供すると説明しています。生命の兆候を見つけるには状況が重要です。科学者は、生命に似た化学物質の非生物起源の可能性を排除できなければなりません。この新しいレーザー オービトラップ システムにより、科学者はサンプルを地球に持ち帰るのではなく、着陸機や探査機などの単純なロボット ミッションを介して、遠隔で詳細な化学分析を行うこともできます。

遠く離れた太陽系外惑星のバイオシグネチャーを検出する研究は数多く進行中だが、これは改良されたオービトラップを使った探査機で太陽系を探索するのとはまったく別の話だ。オービトラップを使ったミッションで分析される大きな有機分子は「特に星間距離では遠隔観測が簡単ではない」とシュバイターマン氏は言う。太陽系外惑星は、私たちの望遠鏡で光年離れたところからしか観測できない。しかし、天文学者はこのツールを搭載したロボットを、地球に最も近い惑星の表面に送り込むことができる。

[関連: 天文学者が地球の位置を潜在的な知的宇宙人に暴露している理由]

さらにもう 1 つ問題があります。新システムから生成される大量のデータは、「宇宙ミッション中のデータ保存と転送に頭痛の種となる可能性がある」と Ni 氏は言います。コンピューター技術が必然的に進歩するにつれ、エンジニアがこの問題に対処する巧妙な方法を考え出すことを期待します。それでも、データ保存は Orbitrap の夢を台無しにするものではなく、宇宙船を設計する際に考慮すべきもう 1 つの要素にすぎません。Ulibarri 氏が言うように、「各機器にはそれぞれ長所と短所があります。完璧な機器はありません。異なる機器間のトレードオフがあるだけです。」

完全に機能する宇宙船を建造するのは常に困難ですが、改良されたオービトラップのような新しい機器技術は、将来のミッションの可能性を広げます。「潜在的な宇宙船ツールキットに新しいツールを追加するのはいつもワクワクします」とウリバリ氏は言います。「そしてオービトラップは特に強力なツールです。」