宇宙への旅人

エンケラドの地下海に大量のリンが存在


2009年に「カッシーニ」が撮影したエンケラドスの間欠泉。この画像では30か所以上の噴出が確認された（提供： NASA/JPL/Space Science Institute）

探査機「カッシーニ」のデータと実験から、土星衛星エンケラドの地下海に生命の必須元素であるリンが大量に存在する証拠が見つかった。

土星の第2衛星エンケラドス（エンセラダスなどとも表記）は直径約500kmで、水の氷を主成分とする氷衛星だ。NASAなどの開発・運用した探査機「カッシーニ」によって、エンケラドスの南極域の割れ目から大量の水蒸気が間欠泉として噴出している様子が観測され、エンケラドの地下には液体の海が存在することが確実だと考えられている。

これまでの探査で、エンケラドスの水蒸気からは塩分・二酸化炭素・アンモニアや複雑な有機物が見つかっている。 2015年には二酸化ケイ素の微粒子が検出されたことから、内部海は岩石質のコアと接していて、海底に熱水噴出孔が存在すると推定されている（参考：「エンケラドの地下海に熱水環境」）。


エンケラドの内部の想像図。 水の氷でできた地殻と岩石質のコアの間に、深さ10km程度の液体の内部海があり、この海水がエンケラドの南極域から噴出している。の海底には熱水噴出孔があると推定されている（提供：NASA/JPL）

もし熱水噴出孔が存在するなら、エンケラドスには液体の水・有機物・エネルギー源という、生命の誕生と生存に必要な要素が全て完結していることになる。注目を集めているが、生命に必要な元素のうち、どの種類の元素がどれだけ内部海に存在しているのかについては、これまでわかっていなかった。

独・中心自由大学のFrank Postbergさんを中心とする西部の研究チームは、カッシーニがエンケラドスの間欠泉の微粒子を分析したデータから、数百個の微粒子の組成を調べた。その含有量から推定すると、エンケラドの海水にはリン酸が1～20mmol/Lも含まれていることになる（mmolは1000分の1mol） 、1molは約6×10 23個の分子数）。これは地球の海水に含まれるリン酸の数千～数万倍にもなる濃さだ。

この発見を受けて、東京工業大学生命地球研究所の関根康人さんを中心とする研究チームは、エンケラドの海水の組成を模した模擬海水と、海底の岩石コアを想定した炭素質隕石の粉末と反応させる実験を行った。 その結果、エンケラドの海水はアルカリ性で炭酸イオンを重視しているために、リン酸が海水に溶け出して高い濃度になることがわかった。には陰イオンとして炭酸イオンやリン酸イオン、陽イオンとしてカルシウムイオンなどが存在するが、エンケラドの環境では炭酸イオンがカルシウムと緊張して「カルシウム炭酸塩」を作りやすく、「カルシウムリン酸塩」 「のリン酸イオンはカルシウムを手放して海水に溶け出しやすい」というもの。

関根さんたちが見つけました、太陽性で炭酸イオンが濃いという水環境の条件は、遠く離れた氷天体であればどこでも実現する可能性があり、土星の他の衛星や天王星・海王星の衛星、冥王星などに内部海があれば、どこかもリン酸の濃集は途中うる。 さらに、「はやぶさ2」が探査した小惑星リュウグウの母天体などでも多分起こらないという。

リン（P）は、炭素（C）・水素（H）・酸素（O）・窒素（N）・硫黄（S）などと並んで、地球の生命を構成する主要な元素の一つだ。やRNAに含まれるだけでなく、細胞膜の材料であるリン脂質や、細胞がエネルギーを消費・する保存のに使うアデノシン三リン酸（ATP）にも含まれる。

しかし、現在の地球の海水に含まれるリンの量は非常に少ない、宇宙での組成比でもリンは炭素・酸素・窒素の1000分の1、水素の1000万分の1程度しかない。どうやってるのか（リン酸）が集まり、最初の生命の物質となったのかは謎となっている。 今回の発見は、リン酸が濃集する環境が地球外に存在することを初めて示した大きな成果であるとともに、原初の地球でもアルカリ熱水環境が生命の誕生に利益をもたらした可能性を示すのだ。

2023年6月16日
AsttroArtsより

土星の衛星エンケラドゥスから噴きあがる巨大な水柱を発見



土星の衛星エンケラドゥスから巨大な水柱を発見

　土星の衛星「エンケラドゥス」の表面から吹き出す、壮大な水蒸気の水柱が観察されたそうだ。その長さは約1万km、日本からアメリカまでの長大なものだ。

　エンケラドゥスはその地下に液体の海が存在し、生命の発見が期待されている衛星だ。

　サウスウエスト研究所のクリストファー・グライン博士によれば、「太陽系で最もダイナミックな天体の1つで、地球外生命捜索の最高のターゲット」であるという。

　今回のジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による観察では、エンケラドゥスが水蒸気でまるでドーナツのような軌跡を描いていることが確認されている。

　この発見を受けて、来年もまたJWSTによるエンケラドゥスの観察が行われる予定であるそうだ。

エンケラドゥスから噴きだす膨大な水蒸気が土星系の水の供給源
　
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）によって観察された土星衛星「エンケラドゥス」の水蒸気のプルームは、長さ約1万kmと巨大なものだ。

　エンケラドゥスの直径は約500kmなので、自身の20倍もの水蒸気を噴き上げているということになる。


JWSTのNIRSpec（近赤外線分光器）の画像から、エンケラドスの南極から噴出する水蒸気プルームが、エンケラドス自体の大きさの20倍以上にも広がっていることがわかる / image credit:NASA、ESA、CSA、Geronimo Villanueva (NASA-GSFC), Alyssa Pagan (STScI)

　この衛星から噴出された氷の粒や水蒸気はこれまでにも観察されているが、JWSTによる最新の観察は驚くべき真実を伝えている。

　この衛星はわずか33時間で巨大な土星を1周する。その間に水蒸気プルームを噴出し、まるでドーナツのような軌跡を残すのだ。

　それは土星系の水の供給源でもあるようだ。JWSTの観測データによると、水の3割はエンケラドゥスの軌跡に残るが、残りの7割は土星系のその他の領域へと散らばっていくという。

　このような水蒸気プルームのドーナツ（ウォータートーラス）が視覚的に示されたのは初めてであるとのこと。それはJWSTの並外れた性能を証明するものでもあるそうだ。

Enceladus Plume and Torus


エンケラドゥスの南極から噴き出す水蒸気によって形成される水のドーナツ「ウォータートーラス」を可視化したもの。水の3割はトーラス内にとどまるが、残り7割は土星系へと散らばっていく/NASA’s Goddard Space Flight Center), A. Pagan (STScI), L. Hust

来年はエンケラドゥスの生命と居住可能性を調査
　
今回の発見を受け、今回の研究チームは来年もJWSTでエンケラドゥスを調べる予定になっている。

　そのときの主なターゲットは、有機物や過酸化水素だ。これはエンケラドゥスの居住可能性を知る手がかりとなる。

　「過酸化水素がとりわけ興味深いのは、これまで発見されたものよりずっと強力な代謝エネルギー源となるからです」（グライン氏）

　来年の観測では、今回の10倍の信号対雑音比で観察が行われる。つまりはより詳しい観察が可能になるということだ。

　エンケラドゥスはその地下の海に生命の存在が期待されているが、今後の観測ではどのような発見があるのか楽しみに待っていよう。

　また、こうした水蒸気プルームの時間による変動を理解することは、今後の惑星科学ミッションを計画するうえでも大切であるとのこと。

　現在エンケラドゥスの生命の痕跡を探るべく「Enceladus Orbilander計画」が提案されているが、今回のような研究は、海のサンプルを回収するために探査機をどこに送り込むべきか正しく判断するヒントになるそうだ。

　この研究は『Nature Astronomy』に掲載される予定だ。現在はその未査読版を閲覧することができる

2023年06月02日
カラパイアより

地球の新たな準衛星「2023 FW13」を発見　西暦3700年まで存在する “月のような天体”


準衛星「2023 FW13」の想像図

地球の自然衛星は「月」だけであると一般的に言われますが、小さな小惑星の中には短期間だけ地球の “第2の月” となった例が知られています。しかしながら、地球の重力に捕らわれていた、つまり真に地球中心の軌道にいたことのある小惑星はこれまでに4例 (※1) しか知られていません。

※1…人工物である可能性が高いものや流星を含まない。

一方で、見た目だけは自然衛星のように振る舞う小惑星も見つかっています。このようなタイプの小惑星を「準衛星」と呼びます。地球から観測した時に地球の周りをゆっくりと公転しているように見えることからそう呼ばれていますが、準衛星の重力的な中心は地球ではなく太陽であり、月のように地球の重力に捕らわれている真の衛星とは無関係であると言えます。


図1: 準衛星の例であるKamoʻoalewa（2016 HO3）の軌道。地球もKamoʻoalewaも太陽を中心とした軌道を公転しているが、地球から見たKamoʻoalewaは地球を公転する衛星のような軌道を描く

準衛星である小惑星が衛星のような動きをしているように見えるのは、こうした小惑星が地球の公転軌道とほとんど同じ軌道を公転していて、なおかつ地球と小惑星の軌道が交差しているからです。準衛星の公転軌道は遠日点 (太陽から最も遠くなる軌道上の点) が地球の公転軌道の外側に、近日点 (太陽に最も近くなる軌道上の点) は内側にあります。遠日点では小惑星の速度は地球よりも遅くなるので、地球が小惑星を追い抜きます。反対に、近日点では小惑星の速度は地球よりも速くなるので、今度は小惑星が地球を追い抜きます。遠日点と近日点で抜きつ抜かれつを繰り返すことで、まるで小惑星が地球の周りを公転しているように見えるのです。

準衛星となる小惑星の軌道は長期的には安定しておらず、準衛星になる期間は地球にかなり接近している時のみとなります。普段はそのようには見えない運動をしているものの、短期間だけ準衛星のように見えると予測される小惑星は複数見つかっています。

一方で、現在（2023年4月22日時点）準衛星となっている小惑星は5個見つかっていますが、軌道が最も安定していると推定されている469219番小惑星「Kamoʻoalewa」 (※2) でも、準衛星である期間は約300年と推定されてます。

※2…一般的なカタカナ表記は「カモオアレワ」であるが、発音に近づけると「カモ・オーレヴァ」と表記できる。


図2: 2023 FW13の、2023年から2052年までの公転の軌跡（緑色）。見た目上は地球（水色）の周りを公転しているように見える

このような背景の中で、最近発見された「2023 FW13」はかなり特異な準衛星であることが判明しました。2023 FW13は地球から約2700万km離れた位置にあり、直径は10mから20mと推定されている、かなり小さな小惑星です。

2023年3月28日に初めて観測された2023 FW13は、その後の調査でより古い撮影記録（最古のものは2012年5月21日）にも写っていたことが判明。軌道が解析された結果、2023 FW13は現在地球の準衛星となっている6個目の小惑星であることが判明しました。

さらなる軌道解析の結果から、2023 FW13の準衛星としての軌道は相当安定していることが判明しました。この小惑星は遅くとも紀元前100年から準衛星の軌道に入っており、少なくとも西暦3700年までは現在の軌道を維持すると考えられています。約3800年という軌道の安定度は、準衛星では文字通り桁違いの長さです。

2023 FW13のような準衛星は真の衛星ではありませんが、地球の近くに留まり続けるという点は共通しています。このような地球からの距離が比較的近い小惑星には数ヶ月で到達可能であるという利点があり、小惑星探査の目標や、あるいは火星のような長期の有人宇宙探査の練習台として利用できる可能性があります。

Source
Minor Planet Electronic Circular. “MPEC 2023-G10 : 2023 FW13”. (Minor Planet Center)

2023年4月28日
sorae より

ESAの木星系探査機「JUICE」打ち上げ成功　8年に渡る旅路がスタート


ESAの木星系探査機「JUICE」を搭載した「アリアン5」ロケットの打ち上げ

アリアンスペースは2023年4月14日（日本時間）に、「アリアン5」ロケットの打ち上げを実施しました。搭載されていた欧州宇宙機関（ESA）の木星系探査機「JUICE」は所定の軌道へ無事に投入されたことを、アリアンスペースやESAが発表しています。

打ち上げに関する情報は以下の通りです。

■打ち上げ情報：アリアン5 ECA+（Flight V260）


JUICEミッションのイメージ図

ロケット：アリアン5 ECA+
打ち上げ日時：日本時間2023年4月14日21時14分【成功】
発射場：ギアナ宇宙センター（フランス領ギアナ）
ペイロード：JUICE

JUICE（JUpiter ICy moons Explorerの略）は欧州初の木星系探査ミッションで、日本語では「木星氷衛星探査計画」と呼ばれています。その名が示すように、JUICEの主な探査目標はガリレオ衛星とも呼ばれる木星の四大衛星のうち、エウロパ・ガニメデ・カリストの3つ。2031年7月に木星系へ到着してからは木星を周回しつつ3つの氷衛星をフライバイ観測し、2034年12月以降はガニメデの周回軌道に入って観測を行う計画です。

打ち上げ後、アリアン5第2段からの分離成功に続き、同日22時4分にはESAのニュー・ノーチャ地上局（オーストラリア）でJUICEからの信号を受信することに成功。同日22時33分には太陽電池アレイの展開にも成功したことが確認されました。

JUICEは木星へ直接向かうのではなく、地球と金星で合計4回のスイングバイ（太陽を公転する惑星の重力を利用して軌道を変更する方法）を繰り返して徐々に軌道を変更していきます。1回目となる地球-月スイングバイ（最初に月で、1日半後に地球でスイングバイを行う）の実施は2024年8月の予定です。

なお、今回は1997年10月から運用されているアリアン5の116回目の打ち上げとなりました。後継機の「アリアン6」ロケットに切り替えられるまで、あと1回の打ち上げが残されているということです。

Source
Image Credit: ESA - M. Pédoussaut, ESA/ATG medialab, NASA/ESA/J. Nichols (University of Leicester), NASA/JPL, NASA/JPL/University of Arizona, NASA/JPL/DLR

2023年4月15日
sorae より

木星の衛星が新たに4つ見つかる　最多の衛星を持つ惑星の地位を奪還


【▲ 図1: 木星の既知の衛星64個の軌道 (Image Credit: S. S. Sheppard) 】

「最も多くの (自然) 衛星を持つ惑星は何か？」という質問に答えるのは難しいものです。太陽系で最も大きな惑星の木星と、2番目に大きな惑星の土星が、最も多くの自然衛星を持つ惑星の地位を奪い合ってきたからです。木星と土星の衛星は2000年以降、地上からの観測だけでも数十個が新たに発見されています。

観測した天体が衛星であると主張するには、複数回の観測結果をもとに惑星の周りを公転していることを示す必要がありますが、新発見の衛星はどれも小さくて暗く、観測すること自体が極めて困難です。また、これらの衛星は惑星から遠く離れた軌道を公転しており、公転周期が数か月から数年単位となるため、見た目の位置から公転周期を推定するには数年に渡る観測が必要となります。そのうえ、すでに発見済みの衛星やまだ見つかっていない別の衛星、無関係の小惑星などと区別する必要もあります。

こうした事情から、複数の衛星の発見が同時に報告・発表されることは珍しくなく、最初の観測から1年しか経過していないものと、10年以上経ったものがまとめて発表されることもしばしばです。このため、何個もの差をつけて最多の座を奪い合うこともあります。

この記事を執筆する以前は、最も多くの衛星を持つ惑星は土星でした。それまで最多だった木星の衛星は、2018年7月17日に発見されたヘルセ (S/2018 J 1) までで59個ありましたが、その後に土星で2019年10月7日に11個、2019年10月8日に9個の発見が報告されたことで、土星の衛星の総数は62個となりました。その後、木星と土星に1個ずつ衛星が追加され、木星は60個、土星は63個 (※) に。衛星の総数はそれぞれ増えたものの、順位は変わっていませんでした。

※…この数字は、土星のA環にある複数の小規模な塊、F環の周辺で観測された3個の衛星候補を含んでいません。これらは一時の観測以降は行方不明となっており、最長でも数年程度しか持続しない一時的な塊であったと推定されています。

多数の衛星を発見していることで知られるスコット・S・シェパード氏は、2022年12月20日と2023年1月5日に合計4個の木星の衛星発見を報告し、小惑星電子回報に掲載されました。これにより木星の衛星の総数は64個となり、土星を超えて最も多くの衛星を持つ惑星となりました。


【▲ 図2: 今回発見された4つの衛星の一覧 (Image Credit: 彩恵りり) 】

4つの衛星にはまだ正式な名前が無く、それぞれ報告順に「S/2018 J 2」「S/2011 J 3」「S/2016 J 3」「S/2021 J 1」という仮符号が付けられています。S/の後の4桁の数字は初観測の年を表すため、古いものは2011年の初観測から報告まで10年以上かかったものがある一方、2021年の初観測から速やかに確定されたものもあるなど、諸条件により初観測から報告までの時間差が大きいことが分かります。

木星と土星の衛星が実際にいくつあるのかは不明です。例えば木星では、直径800m以上の大きさを持つ衛星は600個あるとも推定されています。いずれにしても、望遠鏡の精度向上によって、これからも多数の衛星が発見される可能性は十分にあるでしょう。

Minor Planet Electronic Circular. - “MPEC 2022-Y68 : S/2018 J 2”. (Minor Planet Center)

2023-01-12
Soraeより