科学者らが金星でホスフィンを発見 ― 生命の兆候の可能性

2020年9月14日午前11時

「ドクター・ホスフィン」と金星生命の可能性

科学者たちは、長い間無視されてきた単純な化合物、ホスフィンに注目することで、金星の大気中に漂う地球外生命の痕跡を発見した。

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カーディフ大学の天文学者ジェーン・グリーブス氏は、オフィスに一人でいたときに、その信号を目撃した。それは、2017年に彼女が金星の大気について採取したデータの中に残っていたホスフィン分子の痕跡だった。

ホスフィンという言葉を聞いたことがない人はおそらくいないでしょう。ですから、グリーブス氏のように、近隣の惑星にホスフィンが存在することがなぜ天文学者を驚かせるのか、その理由もわからないでしょう。しかし、一部の科学者は、ホスフィン（リンに結合した3つの水素原子からなる小さなピラミッド）が、有用な生命シグネチャーになる可能性があると考えています。つまり、固体の地球型惑星でホスフィンが見られれば、そこに生命が存在するかもしれないという兆候となるのです。

確証はないが、グリーブスが初めて異星人の姿を目撃した可能性もあった。彼女は茫然と辺りを歩き回った。

時間は遅く、他の皆は帰宅していた。「本当に誰にも話せる人がいなかったんです」と彼女は言う。早まった結論に踏み込まないよう慎重になり、彼女は興奮を抑え、普段通りのことをして、生活に集中しようと自分に言い聞かせた。そこで彼女は仕事を切り上げて食料品店へ向かった。「食べ物を探さなきゃ、何か賢明なことをしなきゃ、車を事故らせちゃいけない」と、2018年末のあの夜、彼女は自分に言い聞かせていたのを覚えている。

「イギリス人だから、カレーの材料を買わなければならなかったんです」と彼女は付け加えた。お祝いの気持ちだ。

彼女はその後数日間、間違いがないか確認することに時間を費やした。確かにホスフィンのように見える信号は、持続した。そして今日、さらに数ヶ月にわたるデータ収集と分析を経て、彼女と同僚チームは公式発表を行った。金星にはホスフィンが存在すると思われるが、これまでのところ、金星生命体の存在以外に、なぜそこに存在するのかを説明するものは見つかっていない。

だからといって、金星に生命が存在するというわけではない。地球では知られていない、何らかの非生物学的プロセスによって分子が生成されたのかもしれない。人類はかつて、疑わしい化学反応に「エイリアンだ！」と叫んだことがある。しかし、今後多くの研究が必要であり、多くの複雑な状況、確証、あるいは否定が起こり得る、そしておそらくそうなるだろう。しかし、今日こそ人類が究極の他者と出会う日である可能性もある。

金星は灼熱の恐ろしい表面を目にすると、そこが住処になるかもしれないという考えは馬鹿げているように聞こえる。表面温度は華氏800度以上。その圧力は地球の海底3,000フィート（約900メートル）の深さに匹敵する。そこは金属でできている。鉛さえも溶かすほどだ。有人宇宙船が着陸後数時間で溶けて崩れ落ちるほどだ。

しかし、科学者たちは数十年にわたり、金星に奇妙な生命が存在するのではないかと推測してきました。その理由の一つは、金星が常にこのような状態だったわけではないからです。かつては海があったかもしれません。生命は、周囲の環境が今より温暖だった頃に誕生し、環境の変化によって金星が文字通り地獄のような場所へと変貌する中で進化した可能性があります。つまり、地表から30マイル（約48キロメートル）以上も高い雲のような、より冷たい場所で生息できるように進化したのです。雲は気圧が下がり、気温が摂氏27度（摂氏約30度）まで下がります。

カール・セーガンはネイチャー誌にこう記しています。「金星の雲の中に固有の生物が存在することを想像するのは、決して難しいことではない。」彼はさらに、そのような生命体の一つを想像しました。それは、雲の中を浮遊し、水とミネラルを集める、水素で満たされた皮膚の袋のような「浮袋」のような姿をした生命体です。

グリーブスは大気圏生命の存在の可能性に興味をそそられていました。「金星に空中居住地があるかもしれないという昔からの考えがありました」と彼女は言います。ホスフィンは地球上の生命、特に酸素を必要としない嫌気性生命の指標だと聞いていました。ジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡を使えば、この酸素不足の隣惑星でホスフィンの存在を確認できるかもしれないと彼女は考えました。金星から来る光を集め、スペクトルに特徴的な窪み、つまり特定の周波数付近で光が欠落している部分を探すのです。これは、ホスフィン分子が大気圏を通過する際に光子を吸収したことを示しています。

実際にそれを見ることになるとは思っていなかった。しかし、そこに確かにあった。土地の上に平らな線が一本引かれ、その後に深いV字型の谷が続き、そしてまた平らな線が引かれていた。

結果を手に、カレーを平らげた彼女は、同僚のポール・リマーにコーヒーを飲みに誘った。「大気に関する奇妙な研究があるんです」と彼女は彼に言った。リマーはデータを理解するため大気シミュレーションの構築を手伝うことに同意し、友人のクララ・ソウザ＝シルバを紹介した。彼女はMITの研究者で、グリーブス曰く「ホスフィンの真の専門家」だ。彼女はホスフィンが他の惑星、特に太陽系外惑星における有望な生命シグネチャーであることを確立するのに貢献した人物だ。そのため、グリーブスが金星のデータについてメールを送ったとき、ソウザ＝シルバが最初に思ったのは「本当にそうなのか？」だった。

彼女は「それはすごいわ！」と返信しました。そして、もちろん、彼女はパニックになりました。

ホスフィンは、多くの点でスーザ＝シルバの分子と言えるでしょう。ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの大学院に入学した時、彼女の仕事は分子のスペクトル、つまり電波から可視光に至るまでの電磁スペクトル全体にわたって分子が作り出す特性をシミュレーションすることでした。すべての原子と分子は独自のスペクトルを持ち、非常に独特な色合いの光を吸収・放出します。科学者たちは分子のスペクトルを指紋と呼ぶことがあります。実験室でスペクトルをマッピングするのは費用がかかり、危険を伴う場合も多いため、科学者たちは全体像を把握するためにシミュレーションに頼っています。

ソウザ＝シルバは、宇宙に存在する化学物質の理解に役立つスペクトルデータベースであるExoMolと呼ばれる天文学プロジェクトに貢献していました。これは、天文学者が興味深い恒星、褐色矮星、あるいは太陽系外惑星のモデルを構築する際に特に役立ちます。彼女のアプローチは、化合物の量子特性に焦点を当てることでした。これは、その素粒子と量子力学の直感に反する法則から生じます。しかし、彼女はまずどの分子に取り組むべきでしょうか？

「メタンならできるわ」と彼女は博士課程の指導教官に提案した。しかし、彼は「だめだ」と言った。

「アンモニア？」と彼女は思い出す。これもだめだ。

彼は代わりにホスフィンを提案した。科学者たちはホスフィンの主な特徴をほとんど知らず、彼女がその詳細を初めて解明できるかもしれない。「それで『ホスフィン』をグーグルで検索したんです」と彼女は言う。それがきっかけだった。

ホスフィン分子をズームすると、携帯電話の三脚のように見えます。水素の脚がリン原子を支えているのです。しかし、この可愛らしいイメージとは裏腹に、その毒性は計り知れません。CDC（アメリカ疾病予防管理センター）によると、このガスは「ニンニクや腐った魚のような臭い」を放ち、さらに重要なのは、人を死に至らしめる可能性があることです。架空のテレビ番組『ブレイキング・バッド』のパイロット版では、ウォルター・ホワイトがPH _{3 を}混ぜてメタンフェタミンの売人を殺害しています。

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ホスフィンは麻薬密売所だけでなく、沼地、泥沼、動物の腸（あなた自身の腸も含む）、そして一部の燻蒸剤にも含まれています。分解に関与するバクテリアがホスフィンを生成します。地球上の生物系では、「ホスフィンの検出報告はすべて嫌気性生物に近いものでした」とソウザ＝シルバは言います。ソウザ＝シルバが生まれる前の1970年代、科学者たちは木星と土星の周囲にホスフィンが漂っていることを発見しました。ホスフィンは大気圏深部で生成されており、高温で水素圧が高いため、非生物学的なホスフィン生成に適しています。このような極端な条件は、地球や金星のような地球型惑星には存在しません。しかし、ほとんどの人々は依然としてこの化合物をあまり気にしていませんでした。

間もなく、ソウザ＝シルバはこのほとんど特徴づけられていない分子の第一人者となった。彼女はスペクトル全体にわたって168億もの特徴を特定し、それまで誰もが知っていた数千という特徴を大幅に拡張した。彼女は、理論的な量子計算を初めて試し、ホスフィンが非理論的な世界でどのように振る舞うかを確認した時のことを覚えている。

結局、その通りになった。彼女は小さな粒子と、根本的に不確実性に基づく物理法則を取り上げ、インターネットで買える非常に具体的な気体で何が起こるかを予測できたのだ。突如、彼女の科学的知識が腑に落ちた。量子の世界が私たちのマクロな存在を確かに揺さぶっていることを、彼女はついに自らの目で確かめたのだ。「あの瞬間まで、私は量子物理学を本当に信じていなかったことに気づきました」と彼女は言う。「頭ではそれが現実だと分かっていたんです。でも、心の中では全く信じていなかったんです。」

彼女は涙を流した。力強い気持ちになった。「科学者としての自分の見方が変わった瞬間でした」と彼女は言う。しかし、その感情は複雑だった。「とても孤独で、奇妙な場所にいました。誰も本当に気にかけておらず、ホスフィンに関する情報を求めている人もいなかったからです」と彼女は言う。「私は誰にも見てもらえない丘の女王でした」

ホスフィンの完全な指紋が確立されたことで、スーザ＝シルバは惑星の大気中でホスフィンを見つける方法を学ぶことができた。ホスフィンは、望遠鏡で観測した光の中に、致死性ガスが光子を吸収した小さな隙間として現れる。彼女とグリーブスは最終的に、それぞれ独立して同じ考えに至った。地球上の酸素を嫌う生物がホスフィンを生成するのであれば、他の惑星の酸素を嫌う生物も生成している可能性がある。もしかしたら人類はそれらを探すことができるかもしれない。スーザ＝シルバは、いつか望遠鏡を通して探査するかもしれない遠い惑星について思いを巡らせ始めた。

「熱帯の惑星は下水で覆われていると思います」とソウザ＝シルバは言う。「腸管惑星はどんな姿をしているでしょうか？」

彼女はヴィーナスについて、そんなふうに空想したことは一度もなかった。グリーブスからメールが来るまでは。

MITの研究員として、スーザ＝シルバ氏はホスフィンに関する研究をテンプレートとして、分子のシグネチャーのシミュレーションを続けてきました。RASCALLというプログラムを開発し、現在では宇宙生物学者の関心を引く約1万6000種類の分子の大まかなスペクトルを保有しています。しかし、この化学分析の根底にある基本的な疑問はそれほど複雑ではありません。それは、私たち皆が抱く疑問と重なるものです。「地球上のほとんどの人と同じように、『私たちは孤独なのか？』『他の生命体はいるのか？』といった疑問は持ちます」とスーザ＝シルバ氏は言います。「私たちが孤独ではなく、どこかに生命体が存在することを願うのは、私だけではありません。」

しかしもちろん、誰にも見えない丘の女王として、ソウザ＝シルバは常にホスフィンに注目していた。ホスフィンは例外的なバイオシグネチャー（生命の痕跡）を作り得ると思われ、MITの彼女のグループでは頻繁に話題に上っていた。「私たちはホスフィンという3つの条件をクリアしました」と彼女は言う。生命がホスフィンを豊富に生成すること、惑星の大気中で検出可能な量で生存し、他の分子と区別できること、そして非生物学的で追跡困難な方法で突然現れて科学者を簡単に欺くことがあってはならないことだ。

MITだけでなく、英国とカリフォルニアの共同研究者も加わった研究チームは、ホスフィンの研究を進めるにつれて、その可能性は高まっていった。地球上では、この分子は生物が存在する場合にのみ出現する。同僚のウィリアム・ベインズが率いる研究は、惑星のプロセス（巨大ガス惑星ではなく岩石惑星）では、ソウザ＝シルバが冗談めかして「毎日、至る所に火山がある」と表現するような極端な世界でさえ、このガスをほとんど生成できないことを示した。しかし、このようにホスフィンが混入する可能性はあるものの、生物から予想される量と比較するとごくわずかであるため、研究チームは2つの生成経路を区別することができた。

研究チームは酸素が欠乏した架空の惑星をシミュレートし、その生物圏がホスフィンを生成し、それが大気中に蓄積して望遠鏡で観測できる程度に残留するかどうかを調べた。実際にホスフィンは生成可能であり、計画中のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡のような強力な観測機器は、光年離れた場所からホスフィンの痕跡を検知できるほどの感度を持つだろう。

ソウザ＝シルバはついに、探し求めるべき完璧な生物学的特徴を見つけたと感じた。「Twitterのハンドルネームを@DrPhosphineに変更しました」と彼女は言う。

グリーブスが金星でホスフィンらしきものを発見した後、この呼び名はさらに適切であるように思われた。二人の科学者は同僚と共に、この考えの探究を続けた。しかし、性急に、あるいは慎重に行動し過ぎてはいけない。エイリアンを発見したかもしれないと思ったら、まず最初にすべきことは、エイリアンではない可能性のあるものをすべて特定することだ。さらに、信号がそもそも存在するかどうか、そして測定エラーやその他の科学的なフェイクではないかどうかも再確認する必要がある。

確認する方法の一つは、別の望遠鏡でその兆候を探すことだ。そこで彼らはアタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計（AMT）に目を向け、2019年3月に3時間の使用許可を得た。もしそこでホスフィンの痕跡も見つかれば、少なくとも信号が存在したという確証が得られることになる。「『結局、少し楽観的すぎただけだ』と半分思っていました」とグリーブス氏は言う。

しかし、信号はそこにもデータとして刻み込まれているようだった。それは間違いなく何かだった。ホスフィンと一致する何かだった。

しかし、この確認でさえ、塩化ナトリウムの粒子として受け止める必要がある。どちらのケースでも、望遠鏡は指紋の特徴の一つしか発見していなかった。「つまり、観測者はそれらの可能性を考慮し、排除しようとしたにもかかわらず、機器の影響や、その位置またはその付近で吸収する別の種類の分子によって観測結果が混乱していた可能性があるということです」と、ワシントン大学の宇宙生物学者ビクトリア・メドウズ氏は述べている。メドウズ氏は今回の研究には関わっていない。

ベインズ率いるMITチームは、非生物学的シナリオを排除するため、シミュレーションを金星の環境に合わせて調整し、ホスフィンを生成する可能性のある他のプロセス、すなわち太陽光、地表から巻き上げられた鉱物、火山活動や地殻変動、雷、隕石や彗星からの飛散物などを引き続き調査した。「ほとんどの化合物は、生成方法がたくさんあるのです」とグリーブス氏は言う。

研究チームは考えられるあらゆる可能性を検討したが、どれもホスフィンの量を説明できなかった。残された唯一の手がかりは？それは「生命」だった。

このように感じているのは彼らが初めてではない。科学者たちはこれまで何度も、火星上または火星から生命の兆候を発見したと考えてきた。1970年代には、バイキング探査機が微生物呼吸の証拠を発見したと考える研究者もいたが、土壌の化学組成が異常だったという見方が一致している。20年後、火星隕石の中に微細な化石らしきものが見つかり、科学者たちは興奮した。さらに最近では、同じ赤い惑星でメタン濃度の急増が発見され、注目を集めた。しかし、いまだに確かな宇宙人はいない。「これらの初期の主張はすべて、長期にわたる綿密な追跡調査を必要としました」とメドウズ氏は言う。「カール・セーガンの有名な言葉の一つに、『驚くべき主張には驚くべき証拠が必要だ』というものがありますが、まさにこの言葉が当てはまります。」

ホスフィンは単純な分子であり、私たちがまだ知らない惑星のプロセスから発生する可能性があると彼女は指摘する。今回の場合、それはチームがシミュレーションしたプロセスを超えたプロセスを意味する。それが、金星のような惑星でホスフィンが見られることに対する最も単純な説明となるだろう。「驚くほど過酷な環境で、複数の既知の困難を克服しなければならない未知の生命体を引き合いに出すのは、あまりあり得ない説明になるでしょう」とメドウズ氏は言う。彼女は続けて、より広範な天文学コミュニティが、ここでのホスフィンが生命と同じだと信じるようになるまでには、まだ多くの研究が必要だと言う。

グリーブス氏とソウザ＝シルバ氏は、この研究はまだ始まったばかりだと口を揃える。「金星の表面と大気については、まだ多くの情報が欠けています」とグリーブス氏は言う。雲や探査機を圧倒する環境など、金星は理解するのが難しい惑星だ。雲に覆われたその下では、地球では起こらず、科学者も予想していなかったプロセスが起こっているかもしれない。また、チームがホスフィンの指紋のこの部分を偶然模倣した別の分子を実際に検出した可能性もあるが、その可能性は低い。「地球外のいかなる状況においても、生命体を見ていると確信するのは非常に難しいのです」とソウザ＝シルバ氏は言う。

彼女はキャリアを通して、その曖昧さに備えてきた。「私の期待通りです」と彼女は言う。「そして、私の最も壮大な夢にも合致しています」

宇宙で私たちだけが孤独ではないかもしれないというわずかな証拠を見つけたことで、彼女は分子への執着において、自分が孤独ではないことを実感しました。今日、ホスフィンはあらゆる天文学者の口から出る言葉となっています。

この物語はまだ終わっていない。結末は不確かなまま、まるでまだ見終わっていない映画のぼんやりとしたワンシーンのように。あるいはシュレーディンガーの猫のように、金星が生きている可能性と、生きていない可能性を同時に頭に留めておかなければならない。

しかし、それは当然のことだった。地球外生命体の発見は、爆発的に、あるいはひっそりと起こるのではなく、時空を越えた中規模な会話の積み重ねと、高価な科学雑誌のPDFファイルによって実現する可能性が高い。

過去8ヶ月ほど、私たちは皆、多くの不確実性を経験してきました。小さな生命体が地球を破壊し、人種正義と警察の暴力に対する抗議がアメリカの都市を揺るがし、山火事がアメリカ西部の空を火星のような色に染めるなど、私たちの未来全体、そして私たち共通の物語の姿は、ますます曖昧になってきました。

しかしグリーブス氏は、この金星の謎が、たとえほんの少しでも、この惑星の不確実で恐ろしい状況から少しでも安らぎを与えてくれることを願っている。「ただ素敵なことであってほしい。いい気分になればいいな」と彼女は言う。

少なくとも、答えへの道は明快だ。外部の研究者がデータ分析を検証したり、反証したり、あるいは拡張したりできる。ソウザ＝シルバ氏によると、もし彼女のチームが慣例通り、今日の発表まで発見を秘密にしていなければ、科学者たちはもっと早くこの作業を行うことができたはずだという。「科学にとって、これを秘密にしておくのは良くないと思います」と彼女は言う。「科学界は、この発見にもっと早くアクセスできていれば、もっと良い状況になっていたでしょう。」

研究者たちは、ホスフィンの非生物学的な説明の可能性をさらに深く探求する必要がある。ソウザ＝シルバ氏と同僚のジェイソン・ディットマン氏は、赤外線を感知できる望遠鏡を用いて金星を観測し、ホスフィンの痕跡の痕跡を検出（あるいは検出しない）し、他の生物学的特徴が現れるかどうかを確認する予定だ。

本当は今年初めにその作業の一部を行う予定だったのですが、ご存じの通り、コロナ禍のせいで実現しませんでした。その機会を逃したことは、ソウザ＝シルバ氏にとって大きなフラストレーションとなっています。最近、彼女は外に出て、金星の光が地球の大気圏を揺らめく様子を見つめています。光子が目に入ってくるのを感じ、それが定量化も捕捉もされずに苦痛に感じています。「ただ無駄にされてしまうんです」と彼女は言います。「金星は毎晩、この発見を証明するために必要な情報を送ってくれているのに、私たちはそれを分析できていないんです。」

科学者たちはいつか究極の実験、つまり金星に宇宙船を送る実験をしたいと願っている。グリーブス氏によると、それはシンプルで小型の宇宙船で、あの奇妙な雲をすり抜けながら、かすかに通過すると同時にデータを送信できるようなものだという。理想的には、このプロジェクトは典型的な大規模な宇宙ミッションよりも早く実現できるはずだ。しかし、もし時間がかかっても、それはそれで構わない。「必要なら10年でも待てます」と彼女は言う。

天文学的な時間スケールに慣れていない私たちにとって、これほど長い間、この曖昧さを理解し続けるのは難しいかもしれません。両方の可能性を可能な限り考慮し続けること。しかし、もしこの検出がホスフィンであり、そしてこのホスフィンが生命から来たものだとしたら、それは詩的な響きを持つでしょう。思いがけない時に愛を見つける。考えを止めた時に、探していた言葉を見つける。伝えたかった相手がいなくなっても、伝えたかったことを思い出す。

地球外生命体は、美しい海と豊富な酸素に恵まれた地球のような快適な場所ではなく、過酷で高温の惑星で発見されます。なぜなら、その有毒な世界に有毒ガスが漏れ出ているからです。しかし、生命体はそんな状況にもめげず、生き続けています。

もしそうだとしたら、それはまさに2020年らしいですね。

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