ハッブル宇宙望遠鏡が初めて月食を撮影した

遠く離れた世界での生命の探索において、天文学者たちは非常に大きくて近くにあるツール、つまり私たちの月を活用しています。

昨年の皆既月食の際、天文学者たちはハッブル宇宙望遠鏡を月に向けて、巨大な月の鏡の役割を果たした。宇宙望遠鏡が皆既月食を捉えたのはこれが初めてであり、この試みは宇宙のどこか別の場所に生命体がいるかどうかの追跡にも役立つかもしれない。

月が太陽と地球の間に滑り込む皆既日食とは異なり、皆既月食の間、太陽と月の間にのんびりと歩くのは地球です。地球が月からの太陽の視界を遮るため、わずかな光だけが惑星の大気を通り抜け、月の表面に影を落とします。

ハッブル宇宙望遠鏡によるこの宇宙の時計仕掛けの観測は、この種の観測としては初めてのもので、先週『天文学ジャーナル』誌に掲載された研究で詳しく述べられている。

「私たちは地球を太陽系外惑星として扱い、これまで観測されたことのない地球のスペクトルの一部をこの方法で観測したかったのです」と、この科学論文の共著者であるNASAゴダード宇宙飛行センターのジャダ・アーニー氏は言う。そうすれば、将来的にはこの技術を実際の太陽系外惑星に適用できる。

地球は、他の惑星の生命を見つけるための完璧な、そして唯一の類似例である。研究者たちは、月から反射される光が、現在彼らが探しているものに似ていることに気づいた。それは、遠く離れた惑星が主星の前を通過するときに、その大気を透過する光だ。アーニー氏によると、これは、地元の月食のときに起こることと似た形状だ。言い換えれば、研究者たちは、宇宙人が何光年も離れたところから地球をのぞき込んだら、地球はどんなふうに見えるかを理解しようとしていたのだ。

ハッブルの観測のおかげで、科学者たちは日食中に重要な化学物質であるオゾンを解析することができた。これまで地球のオゾン層は、地上から観測されたものがほとんどで、大気圏の他の部分による歪みが伴っていた。宇宙というユニークな視点から、ハッブルは日食中に月から反射する紫外線をスキャンすることで、その歪みを排除することができた。オゾンは3つの酸素原子が結合したものである。太陽が酸素分子O2に紫外線を照射し、2つの原子が3つに再配置されてオゾンが形成されることで生成される。オゾン層として知られるオゾン分子の巨大な網は、太陽の紫外線放射に対する保護シールドとして機能している。

オゾンの存在は、通常、生命の直接的な証拠です。たとえば、地球上の植物は光合成によって分子状酸素を吐き出し、それが大気中でオゾンに変化します。そのため、太陽系外惑星の大気中にオゾンが見られれば、そこでも光合成が起こっている可能性を示唆する可能性があるとアーニー氏は付け加えます。

「ハッブル宇宙望遠鏡による今回の新たな観測は、十分に強力な天文台があれば、主星を通過する地球に似た遠方の惑星のスペクトルからオゾンの痕跡を特定できることを証明している」と、カリフォルニア大学リバーサイド校の宇宙生物学助教授で、この研究には関わっていないエドワード・シュウィーターマン氏は言う。「これまでの地球の透過スペクトルの観測は、オゾンの吸収があまり顕著でない近赤外線での観測がほとんどだったため、この研究は分野にとって重要な貢献となる」

もちろん、地球を取り囲むオゾン層は既に知られていました。しかし、今回の新たな研究は、これまでで最も強力な分子の検出となります。ハッブル宇宙望遠鏡は、大気圏で吸収され、地上の望遠鏡では観測できないスペクトルの紫外線部分を観測することができました。

この新しい観測は、将来の太陽系外惑星観測の概念実証でもありました。アーニー氏によると、新しいデータは今や私たちの「グラウンド トゥルース」、つまり期待のベースラインのようなもので、研究者たちはそのグラウンド トゥルースに対してテストしたいモデルを持っています。

「いつか、私たちは真実が何なのか分からない太陽系外惑星を観測することになるだろう」とアーニー氏は言う。「このような研究によって、私たちは将来使用するモデルをより適切に検証し、改善することができるようになるだろう。」

天文学者が太陽系外惑星研究の新時代を切り開くにつれ、その日は刻々と近づいている。現在までに、彼らは太陽系外の太陽系外惑星を4,000個以上カタログ化している。2021年10月に打ち上げ予定の待望の惑星探査機ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの新世代の宇宙観測所は、この方法を使って地球に似た他の世界の秘密を解き明かすことができるかもしれない。