NASAの火星探査機パーサヴィアランスは、数十億年前に火星のさまざまな地質学的または化学的プロセスによって残された「化学的足跡」を探して、ジェゼロ・クレーターで5年間活動している。これまでにもいくつかの岩石の中に有機炭素が発見されていたが、それを露出させるには掘削や研磨が必要だった。最新の結果は、古代の河道の端にあるネレトヴァ渓谷と呼ばれる露頭地域で、露出した岩石の表面に複雑な高分子炭素が直接検出されたことを示しています。
この研究の筆頭著者であり、アリゾナ州ツーソンの惑星科学研究所の研究者であるアシュリー・E・マーフィー氏は、「我々が知る限り、これは火星の表面の最も浅いレベルで有機物が検出されたケースである」と述べた。地球上では、このような豊富な高分子炭素物質は、通常、それらが生物学的起源を持っていることを示唆しています。しかし、「ブライトエンジェル」と名付けられたこの岩石にはどのような炭素が含まれており、それがどこから来たのかについてはまだ結論を導き出すことはできません。本当の答えを知るには、サンプルを地球の研究所に持ち帰る必要があるのではないかと思います。
UVラマン装置は「高分子炭素」信号を捕捉します
この発見の鍵は、「Perseverance」ロボットアーム - SHERLOC に搭載された紫外線ラマン分光計にあります。SHERLOC は、「有機物と化学物質のラマンと発光による居住可能な環境のスキャン」の略です。この機器は深紫外線レーザーをターゲットに照射し、反射光のエネルギーのわずかな変化を分析して、特定の化学結合の存在を特定します。
火星日 (ソル) 1180 年から 1218 年の間、パーサヴィアランスはブライト エンジェル地域の 4 つの観測点に紫外線レーザーを向けました。そのうちの 1 つの岩はスティームボート マウンテンと呼ばれ、通常の岩として扱われ、対照サンプルとして使用されました。 「チェヤヴァ滝」、「アポロ神殿」、「ヴァルハラ空き地」と名付けられた他の 3 つの岩のスペクトル信号はすべて、高分子炭素の存在を示しています。この信号は「グラファイト バンド」(G バンド) と呼ばれ、多数の還元された炭素原子によって架橋された複雑なネットワークによって特徴付けられます。化学的および熱的安定性が強く、分解しにくいです。
パーサヴィアランスの機器の精度の範囲内では、この物質は地球上のケロジェンに似ています。しかし、地球上ではケロジェンはほぼ完全に生物学的物質、主に何百万年もの間埋もれていた微生物の残骸に由来するため、研究チームは意図的に「ケロジェン」という用語の使用を避けた。マーフィー氏は次のように説明した。「『ケロジェン』という言葉には明らかに生物起源の意味があり、その起源が不確かであり、生物学的プロセスか非生物学的プロセスのいずれかである可能性があることを示すために、私たちは『高分子炭素』を使用することを好みます。」研究チームは特に、現在火星の岩石で見つかっている高分子炭素は、非生物のプロセスによって生成される可能性が十分にあることを強調した。
「計器のアーチファクト」と「汚染された乗客」を排除する
このような繊細な検出作業では、異常な結果によって通常 2 つの主要な疑問が生じます。これは機器自体のアーチファクトなのか?これは地球からもたらされた汚染物質なのだろうか？研究チームもこの考えに従い、一つ一つ調査していきました。
まず、科学者たちは、検出された信号が岩の表面ではなく、シャーロック自身の溶融石英の前面窓から発生したものであることを懸念していました。 「ブライトエンジェル」は、ダストカバーの故障後にシャーロックが最初の科学観測を行った場所であることは注目に値します。フォーカシング機構が強制的に無効化されたため、チームは新しい作業モデルを採用する必要がありました。新しいモードでの性能を確認するために、米国のジェット推進研究所（JPL）のSHERLOC副主任研究員カイル・ウッカート氏とその同僚は、地上実験室でバックアップ飛行光学系の分光試験を実施し、火星のブランクエリアと既知の校正ターゲットを繰り返し観察して、機器が正常に動作しているかどうかを検証した。
最終確認は比較対象の「Steamboat Hill」でした。ウッケルト氏は、「近くにある他の岩石目標からのGバンドのスペクトル信号は存在しない」と述べた。これは、「ブライト エンジェル」岩石のグラファイト バンド信号が機器のハードウェアから来ているのではなく、確かに特定の岩石の表面の材質に関連していることを示しています。
2 番目の疑問は汚染のリスクです。これらの有機物は火星探査機によって地球から持ち込まれた「ヒッチハイカー」である可能性がありますか?科学者らは、「パーサヴィアランス」が岩の表面を研磨するために使用するドリルビットは発射前に厳密に滅菌されており、ジェゼロ・クレーターの多くの岩石で使用された際にはこれほど強力なGバンド信号はかつて見られたことがないと指摘した。さらに重要なことは、「チアバ滝」の岩にはいかなるハードウェアも直接接触しておらず、探査機は窒素注入によって表面の塵を除去するだけであることです。対照岩「スティームボート・マウンテン」は再び空白を示し、有機物のスペクトル証拠は何もありませんでした。ウッケルト氏は、「そのスペクトルには有機物の証拠はない」と強調した。これらの除外手順に基づいて、研究チームは、「ブライトエンジェル」岩石上の高分子炭素信号は、地球からの汚染ではなく、火星の地元の物質である可能性が高いと考えています。
さまざまなミネラルと関連しており、複数の「炭素隔離」イベントを示唆しています
研究チームは、信号が本物で信頼できるものであることを基本的に確認した後、炭素材料の形成と濃縮プロセスを推測することを期待して、これらの高分子炭素付近の鉱物の組み合わせをさらに分析しました。 「これらの関連する化学環境は、炭素の挿入が地質史における少なくとも2つの別々の出来事で起こった可能性を示唆している」とマーフィー氏は述べた。
アポロ神殿の岩石では、高分子の炭素信号が炭酸塩鉱物と硫酸塩鉱物に集中しています。これらの鉱物は通常、古い岩石の内部を流れ、細孔に沈着する水の生成物です。 「ヴァルハラ」岩石では、高分子炭素が珪砕物に富んだ堆積物中に分布しています。マーフィー氏は、この違いはおそらく少なくとも 2 つの貯蔵期間を表していると考えています。1 つは、有機物が古代の湖の底の泥質の堆積物とともに岩石に埋もれていたときです。 2つ目は、後に地下水がこれらの埋もれた岩石を通って再流動し、炭素材料とともに新しい炭酸塩鉱物と硫酸塩鉱物が所定の位置に残されたときです。
しかし、ブライトエンジェルの岩石上の炭素が本当に古代火星の生命の残骸であるかどうかという重要な疑問は、短期的には未解決のままである。ウッカート氏は、「『パーサヴィアランス』の科学的ペイロードの設計目的は、非生物的プロセスと生物学的プロセスを直接区別することではなく、将来起こり得るサンプル回収ミッションに備えるために、火星で最も価値があり示唆に富む岩石サンプルを特定することである」と述べた。
Earth Lab はより明確な答えを与える必要がある
「パーサヴィアランス」プロジェクトの主任科学者でJPLの研究者であるケビン・P・ハンド氏は、現在の機器はかなり先進的ではあるものの、地球上の「世界クラスの分析技術」と比べるとその能力はまだ限定的であると指摘した。 「探査車に搭載されている機器の組み合わせは優れていますが、地上の研究室で利用できる一流の技術と比較すると見劣りします」とハンド氏は語った。
ハンド氏は、同位体比が生命の関与についての手掛かりを提供すると期待されているため、ブライトエンジェル岩石中の炭素の同位体特徴に特に興味を持っている。彼はまた、将来的には、これらの炭素関連分子のキラリティーを分析したいと考えています。地球上の生命システムでは、分子が特定の「キラル」方向を好むことが、強い生物学的シグナルとなるのです。ハンド氏はさらに、「サンプルを地球に持ち帰る機会があれば、最も強力な顕微鏡を使用して微生物の化石の可能性を探すこともでき、それによって火星での過去の生命活動のより直観的な証拠が得られる」と付け加えた。
同時に、研究チームは、現在、この種の高分子炭素の非生物的生産機構が不足していないことも強調した。環境によっては、液体と岩石の間の反応により、生命がまったく関与せずに有機化合物が合成されることがあります。マーフィー氏は、地球上では炭酸塩鉱物の近くで見られる炭素は、地質環境に応じて、水と岩石の化学反応に由来する場合もあれば、微生物の活動に由来する場合もある、と指摘しています。ハンド氏は、サンプルが地球に持ち戻される前に、パーサヴィアランスが火星で詳細な研究に値するそのような岩石をさらに発見できることを期待していると述べた。
「現在、私たちはジェゼロ・クレーターの外側の地域を探索しています。そして、私たちの現在の進路にある岩は、探査機がこれまでに研究した中で最も古いものの一部である可能性があります」とハンド氏は語った。 「もし生命が進化の初期に火星に存在していたとしたら、これらの古代の岩石の中に何らかの手がかりが見つかるかもしれません。」この研究成果はScience Advances（サイエンス・アドバンス）に掲載されており、論文番号は2026 adx0047です。