欧州の系外惑星干渉計を提唱するホワイトペーパー
太陽系外に生命の兆候を見つけることは、科学における最も野心的な目標の一つである。過去30年にわたり、天文学者たちは数千の系外惑星を確認し、恒星のハビタブルゾーン内にある地球サイズの惑星が統計的に一般的であることを明らかにしてきた。しかし、生命そのもの、すなわち異星の大気中で働く生物学の証拠を検出するには、現在運用中のどの装置よりもはるかに高性能な観測機器が必要となる。ホワイトペーパーは、欧州の宇宙機関が構想を前進させるならば、LIFEがそのブレークスルーをもたらす最適な位置にあると主張している。
ホワイトペーパーの提案内容
エディンバラ大学のSarah Rugheimerが主導し、インペリアル・カレッジ・ロンドン、ケンブリッジ大学、英国天文学技術センター、ETHチューリッヒの研究者らが共同執筆したこのホワイトペーパーは、英国宇宙機関の「UK Space Frontiers 2035」イニシアチブに提出された。これは、選定または資金提供されたミッションを説明するものではない。むしろ、英国が実現可能性調査に資金を提供し、主導的役割を追求すべき理由を論じている。
提案されている構想は、太陽・地球L2点において精密編隊飛行を行う5機の宇宙機、すなわち口径2～3.5メートルの鏡を持つ4機の集光望遠鏡と1機のビーム結合器からなる。これらは一体となって、4～18マイクロメートルの中間赤外線波長で動作するヌリング干渉計を形成する。この技術は、光を合成することで主星の信号を打ち消し、軌道を周回する惑星からの微弱な信号を残す。同じ原理は、欧州のDarwinやNASAのTerrestrial Planet Finder-Interferometerといった初期の構想でも研究されていたが、著者らはLIFEが20年間の編隊飛行技術と極低温光学技術の進歩の恩恵を受けると指摘している。
中間赤外線の利点
ホワイトペーパーは、観測を中間赤外線で行うことが重要だと主張する。なぜなら、ハビタビリティと生命に最も関連する分子、すなわち二酸化炭素、水蒸気、オゾン、メタンが、すべて4～18マイクロメートルの範囲に強い吸収特性を持つからである。これらのガスは、惑星に表面液体水、安定した気候、または生物圏が存在するかどうかを研究者に伝える。
NASAの次期Habitable Worlds Observatory（HWO）は可視光線および近赤外線波長で動作するが、ホワイトペーパーはLIFEがより低い濃度でより広範囲のバイオシグネチャーを検出できると主張している。これは特にメタンに当てはまる。メタンの最も強いスペクトル特性は7.7マイクロメートルにある。メタンはアストロバイオロジーにおいて重要である。なぜなら、酸素またはオゾンと並んで存在する場合、そのペアは強力な化学的非平衡を表し、何か（おそらく生命）が両方のガスを継続的に補充している兆候となるからである。著者らによると、HWOは地球と同程度の濃度のメタンを検出するのに苦労する一方、LIFEはそのバンドを捉えるように設計されることになる。
バイオシグネチャーを超えて：惑星の全体像
ホワイトペーパーはまた、中間赤外線の領域により、研究者がバイオシグネチャーの主張を解釈するために不可欠な基本的な惑星パラメータを測定できると論じている。表面温度、大気圧、惑星半径はすべて、熱放射スペクトルから導出できる。ある惑星の大気中にオゾンが存在しても、表面が水の沸点を数百度上回っている場合、そのオゾンはほぼ間違いなく生物由来ではない。著者らは、LIFEが温度と圧力を制約できる能力が、真のバイオシグネチャーと偽陽性を区別するのに役立つと主張している。
シミュレーションが示すもの
ホワイトペーパーは、LIFE論文シリーズのシミュレーション研究を引用し、ミッションの潜在的な成果を予測している。これらの研究によると、4基の3.5メートル口径を備えたミッションは、最大770個の系外惑星を検出でき、その中には恒星の経験的ハビタブルゾーン内にある60～80個の岩石惑星が含まれる。より控えめな2メートル構成でも、数百の検出と数十のハビタブルゾーン候補が得られる。これらは系外惑星の人口統計モデルに基づくシミュレーションであり、観測結果や公式のミッション要件ではない。
著者らは、数十の惑星のサンプルがあれば、集団レベルの問いかけが可能になると論じている。論文は、LIFEが約50個のハビタブルゾーン惑星を調査し、地球のようなバイオシグネチャーを持つものがなかった場合、そのような惑星の10パーセントが居住可能であるという仮説を3シグマレベルで否定できるとする研究を引用している。これらのシミュレーションにおけるほとんどの目標はM型矮星の周囲にあるが、著者らはLIFEがHWOの空間分解能の限界のために観測不能な太陽類似星の周囲の惑星も観測できると主張している。
HWOとの相乗効果
ホワイトペーパーは、LIFEとHWOを潜在的なパートナーとして位置づけている。HWOは紫外線、可視光線、近赤外線データをカバーし、LIFEは熱構造、表面温度、二酸化炭素、メタン、水蒸気、圧力をカバーする中間赤外線の半分を提供する。20パーセク以内の約50個の既知の系外惑星が両ミッションで観測可能となる。これらの目標について、著者らは共同解析により、どちらか一方のミッション単独よりもはるかに強固な制約が得られると論じている。
今後の展望
ホワイトペーパーは特に英国の関与を訴えており、赤外線機器の製造における同国の専門知識に言及している。英国宇宙機関が資金提供する実現可能性調査は、主導的役割に向けた自然な次のステップであると著者らは論じている。
この構想には一部の制度的支援がある。ESAのVoyage 2050上級委員会は、L5打ち上げ枠の最優先事項として中間赤外線ミッションを特定したが、その枠に向けて選定または資金提供されたミッションはまだない。2025年11月にバルセロナで開催されたLIFE会合には32カ国から250人の科学者が集まり、コミュニティの関心を示している。しかし、前進の決定はESA加盟国とその資金調達サイクルに委ねられている。
ホワイトペーパーは、LIFEがHWOと並行して運用され、2040年代にデータの取得を開始できるというビジョンを提示している。現時点では、その未来は宇宙機関が実現可能性調査に投資するかどうかにかかっている。
英語からの翻訳：雅子 – 1ban.news
