火星のメタンの急増は生命の兆候か？その見分け方

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先週水曜日、火星探査車キュリオシティは火星の大気中に高濃度のメタンガスを検出しました。メタンガスは地球上の微生物生命体と関連付けられることが多いガスです。このガスが火星の微生物によって生成されたのか、地質学的プロセスによって生成されたのかを判断するには時期尚早ですが、この発見を受けてNASAの科学者たちはキュリオシティの週末の探査スケジュールを変更し、追跡実験を行うことにしました。もしキュリオシティと火星周回探査機によって高濃度のメタンガスが確認されれば、次のステップはガスの発生源を特定し、その生成過程を解明することになるでしょう。

これには高度なデータ分析が必要となり、場合によっては次世代の観測機器を火星に送る必要もあるため、決定的な答えがすぐに得られる可能性は低い。しかし、キュリオシティの観測は、私たちの隣の惑星にかつて生命が存在したかどうかを判定する上でおそらく最も有望な手段であるため、多くの憶測を巻き起こしている。

火星でメタンが検出されたのは今回が初めてではありません。この栄誉は、2003年に火星に送られた欧州宇宙機関（ESA）の探査機「マーズ・エクスプレス」に与えられました。到着後まもなく、惑星フーリエ分光計と呼ばれる機器が、大気中にメタンが存在する最初の証拠を検出しました。その後、地球上の望遠鏡や火星上または火星周辺に打ち上げられた宇宙船による観測により、火星の大気中に微量のメタンが存在することが確認されました。

2012年、キュリオシティ探査車は、中心近くに大きな山がそびえる直径96マイル（約154キロメートル）の谷、ゲールクレーターに着陸しました。この場所は、火星の古代の過去について科学者に多くのことを教えてくれると期待されていました。例えば、火星の表面にかつて液体の水が存在したかどうかなどです。NASAの科学者たちは、2013年にキュリオシティが火星の大気中に大量のメタンを検知したという予期せぬ発見を得ました。地球の基準からすると、その濃度はわずか7ppb（地球の大気中のメタン濃度は約1,800ppb）とそれほど高くありませんが、探査車が最初に着陸した際に検知した濃度の10倍に相当します。それ以来、惑星科学者たちは、メタンの急増の原因を解明しようと努めてきました。

4月、イタリア国立天体物理学研究所の惑星科学者、マルコ・ジュランナ氏率いる研究チームが、ネイチャー・ジオサイエンス誌に魅力的な解決策を提示する論文を発表しました。火星の大気循環モデルと独立した地質学的分析を比較した結果、研究者たちは、メタンの発生源がゲール・クレーターの東約500キロメートルの地域であると高い確度で結論付けました。メデューサ・フォッサ層と呼ばれるこの地域は、非常に断層が深く、浅い氷で覆われています。永久凍土はメタンを閉じ込めるのに最適な層であるため、地下の氷が数千年にわたってガスを閉じ込め、断層が氷を突き破った際に放出する可能性があるのです。

「究極の問い、つまりメタンの起源は何なのかを理解するための第一歩は、それがどこから放出されているのかを理解することです」とジュランナ氏は言う。「そして今、火星におけるメタンの発生源と考えられる領域が初めて明らかになったのです。」

メタンが微生物によって生成されたのか、地質学的プロセスによって生成されたのかを判断するのは難しいだろうが、だからこそ、ジュランナ氏をはじめとする火星研究者たちは、キュリオシティによる新たなメタン検出に非常に興奮している。NASAの科学者ポール・マハフィー氏は日曜日、「現在の測定では、メタンの発生源が生物由来なのか地質由来なのか、あるいは古代由来なのか現代由来なのかさえ判断できない」と述べた。しかし、キュリオシティの数百マイル上空を周回する超高精度の観測機器群が、これらの疑問を解明する助けとなるかもしれない。

宇宙の幸運とも言うべきことに、キュリオシティがメタンの急増を検知したちょうどその頃、マーズ・エクスプレス探査機はゲール・クレーターのスポットトラッキング観測を行っていました。スポットトラッキングは、衛星が上空を通過する際に特定の領域に焦点を合わせ、搭載された機器が短時間のフライバイ中に数百回の測定を行うことを可能にします。これにより、科学者は単一の観測結果に頼るのではなく、データの平均値を作成し、火星の大気で何が起こっているかをより正確に把握することができます。今回のケースでは、マーズ・エクスプレス探査機は、キュリオシティによるメタン検出の20時間前、そして検出後24時間、そして48時間後にスポットトラッキングを行っていました。

さらに嬉しいことに、エクソマーズ微量ガス探査機（ExoMars Trace Gas Orbiter）もマーズ・エクスプレスとほぼ同時期に、より高緯度で大気観測を行っていました。これらの観測結果を合わせることで、キュリオシティによるメタン濃度の急上昇の検出を確認し、メタンの放出がいつ始まり、どのくらい続いたのかといった点を解明するための新たな手がかりが得られるでしょう。しかし、真の成果はメタンがどのように生成されるのかを解明することだとジュランナ氏は言います。

これは、メタンとその同位体比を分析することを意味します。同位体とは、構成原子の1つ（炭素または水素）の中性子数が「通常の」メタン分子とは異なるメタン分子のことです。ジュランナ氏によると、メタンとその同位体比に基づいて、科学者はメタンの生成過程を推測できるとのことです。火星の大気中にはほとんどメタンが存在しないにもかかわらず、キュリオシティが観測した最新の急上昇値（21ppb）は、トレースガスオービターがこれらのメタン比を解析し、その起源を突き止めるのに十分すぎるほどだと述べています。

科学者たちがマーズ・エクスプレスとトレース・ガス・オービターのデータの分析を完了するまでには、おそらく数週間かかるでしょう。どちらのオービターもまだデータを地球に送信しておらず、トレース・ガス・オービターはメタンを全く検出していない可能性があります。実際、ジュランナ氏とその同僚が今年初めに発表したトレース・ガス・オービターからの最初の主要データでは、衛星が火星の大気中にメタンを全く検出していなかったことが示されています。ジュランナ氏は、このような食い違いには、大気からメタンを除去できる「破壊メカニズム」など、多くの説明が可能であると述べています。

今回、トレースガスオービターがメタンの急増を記録しなかった場合、ジュランナ氏と彼の同僚が火星のメタンの起源についてさらに詳しく調査するには、おそらくエクソマーズ探査車に搭載された高感度機器が2020年に赤い惑星の地表に到着するまで待たなければならないだろう、とジュランナ氏は言う。

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