もし地球外生命体が存在するなら、どんな痕跡を残すのでしょうか？

著者: グローバルサイエンス

地球外生命体の探索に興味がありますか?この話題について言えば。 SFファンなら間違いなく『コンタクト』という映画を思い浮かべるでしょう。この映画は、カール・セーガン本人が脚本を書いたため、カール・セーガンの『コンタクト』を半分翻案した作品とも言えます。

カール・セーガンのコンタクト

サガンは1979年頃からこの映画の原型を構想し始めました。しかし、この映画は途中でいくつかの変更に遭遇し、脚本が最初に書かれてから1997年まで正式に撮影されませんでした。その頃にはカール・セーガンはすでに亡くなっており、彼は最後の映画を見ていなかったかもしれない。

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しかし、それでもこの映画が素晴らしい作品であるという事実には変わりありません。特に、女性主人公の演技は素晴らしく、絶望と期待の感情を表現していたと思います。それで、後になってこのキャラクターにプロトタイプがあったことを知ったとき、かなりショックを受けました。現実世界にそのような科学者が本当に存在するとは思いもしませんでした。

その女優は、非常に有名な女優、ジョディ・フォスターです。彼女の原型は、SETI (Search for ExtraTerrestrialIntelligence) と呼ばれる地球外文明を探査するアメリカの組織から来ており、彼女はこの組織の創立科学者であるジル・ターターです。

ジル・テイト

ジル・ターターは地球外生命体の探索に多くの時間を費やした。アメリカのカリフォルニア州にアレン電波望遠鏡アレイという場所があり、資金を集めて建設された電波アレイです。彼らはこの電波望遠鏡アレイを使用して、地球外生命体の信号を探す研究を行うことができます。

アレン望遠鏡アレイ

プエルトリコのアレシボ電波望遠鏡は実際にこの映画で言及されており、SETI の作業でも大きな役割を果たしています。当時、科学者たちはこの望遠鏡を通じて宇宙にメッセージも送っていました。

1970 年代と 1980 年代に、科学者たちはアレシボ メッセージなど、多くのクレイジーなことを行いました。 1974年、科学者たちはアレシボ電波望遠鏡を通じてメッセージを送信しました。アレシボメッセージには、数字、人間のDNA、太陽系における地球の位置、さらにはメッセージを送信するために使用された電波望遠鏡とそのおおよその大きさまで記載されていました。もしこの情報が本当に宇宙人に受け取られたとしたら、彼らは地球について多くの情報を知っている可能性が非常に高いです。

アレシボ電波望遠鏡

当時、情報は球状星団メシエ13と呼ばれる非常に密度の高い星々がある場所に送信されました。その地域は私たちから非常に遠く離れており、短期間で誰かがそれを受信する可能性は低いです。おそらく、当時はそのようなリスクを冒すかどうかさえ考えていませんでした。 「三体問題」が人気を博した今、誰もがそのような行動がいかに危険であるかを議論し始めています。

アレシボ情報

振り返ってみると、地球外生命の探査には実際には 2 つのポイントが関係していることがわかります。科学者が地球外文明を探索する場合、一般的に 2 つの方法に分けられます。最初の方法は、前に述べたようなものになるかもしれません。異星人の文明が電磁波を放射できるほどに進んでいると仮定すると、私たちは特定の無線機器やその他の方法を通じて地球上の電磁波を探し、その電磁波の中にいわゆる構造的なものが存在するかどうかを調べることができます。構造的なものが存在すると、それはおそらく知的生命体によって伝達された情報を表す可能性があります。

もちろん、地球外文明の特徴を積極的に探すといった他の方向性もあり、その中で最も古典的なのはダイソン球かもしれません。ダイソン球の概念は、実際に誰もがエイリアン探索に夢中になっていた1960年以前に、フリーマン・ダイソンによって提唱されました。そこで気になるのが、もし異星人の文明が一定のレベルに達したら、エネルギーを使うときにどのような行動を取るのだろうか？

フリーマン・ダイソン

タイプ I 文明、タイプ II 文明、タイプ III 文明の分類によれば、文明がタイプ II 文明に到達し、その恒星全体のエネルギーを利用したい場合、太陽エネルギーをすべて吸収する太陽電池パネルを設置し、その恒星を覆い、太陽からできるだけ多くのエネルギーを吸収する可能性があることがわかります。これにより問題が発生します。収集した信号では、太陽の光はもはや一定ではなくなり、人工的に光を変化させた特性が現れる場合があります。この信号が発見されれば、誰かが太陽エネルギーを利用していると考えられるようになり、太陽エネルギーを利用できるレベルに到達できる文明は非常に高度な文明である可能性があります。

これは私が以前見た非常に興味深いものを思い出させます。当初、人々は太陽系外惑星を観測するためにトランジット法を使用していました。トランジット法は、ほとんどの場合、星が光っているので遠くの星をより鮮明に見ることができますが、惑星を直接見るのは難しいためです。しかし、惑星があなたと星の間に移動した場合、惑星は星の光の一部をわずかに遮ります。

明るさの変化を通じて、惑星の運動周期と大きさに関するデータを分析することができます。かつて誰かが偶然に、惑星がその恒星や太陽のそばを通過すると、太陽の明るさが突然大きく変化し、おそらく 10 ～ 20 % 低下することを発見しました。当時、人々は非常に興奮し、この惑星の人々がダイソン球に似た構造物を構築し、太陽光線を遮っている可能性があると語りました。しかし、長い議論の末、私たちが予想していたような文明の創造ではなく、星の光を遮る星間塵であるという点で全員が同意しました。

地球外生命体の探索方法

上記の試みの多くは、依然として地球上の人類文明に基づいています。以前言われたとても良い格言があると思います。「見たことのないもの、どのように見えるかわからないものを想像するのは難しい」何かを失くしたら、街灯の下で探すといい、という言い伝えが以前ありました。これは習慣的な行動です。しかし実際には、異星の文明を調査すると、多くの違いが見つかるかもしれません。彼らの生活環境、形成過程、さらには文明の発展の過程は、私たちの地球の文明とはまったく異なる可能性があります。

しかし、科学者には実際に探索する際に他に選択肢はありません。たとえば、従来の考え方では、まず居住可能な惑星を探すことになります。これは、ケプラー計画やこれまでの多くの計画が行ってきたことです。そして、惑星を発見した後、それが居住可能領域内にあるかどうかを確認します。居住可能領域は、その水が約 0°C で存在できること (または局所的な気圧下で液体の形で存在できること) を証明しています。そのような条件が満たされて初めて、その大気の組成がどのようなものかを検討することができます。

上記の文明が知的文明でない場合、科学者たちは、酸素やメタンが検出されれば、それは生物学的改変行為とみなされ、生命の存在を示す良い指標とみなされるだろうと考えていた。しかし実際には、その後の科学的研究により、そうではない可能性があることが判明しました。多くの自然現象により、酸素とメタンが実際に大気中に生成されることがあります。これは非常に活性の高い物質ですが、摂取しても長期間持続しない可能性があると以前は考えられていました。しかし実際には、地質活動やその他の行動によって継続的に生成され、大気中に充満することもあります。そのため、今のところ、科学者はこれら 2 つの点を地球外生命体の存在の典型的な特徴として明示的に使用しなくなりました。

しかし、地球外生命体の探索はこれからも続けなければならないので、科学者たちはまさに干し草の山から針を探すようなものだと感じています。彼らは、生命活動の何らかの法則や痕跡を反映している可能性のあるさまざまなものを探すかもし​​れません。

組み立ての新しい理論

実際、世界には同様のことを行っている研究機関が数多くあります。例えば、記事で紹介されている未知生命信号研究所では、これを行っています。略称は LAB (Laboratory for Agnostic Biosignatures) です。彼らは、いわゆる自然な行動と生命行動を区別するために、より根本的な方法を使うことを考えるかもしれません。

そこで言及されたコンセプトのいくつかに私は深い感銘を受けました。そのうちの 1 つは昨年提案されたものです。一部の科学者は、主に分子の複雑さを判断するために使用されるアセンブリ理論を提唱しています。たとえば、Oumuamua という名前を例にとると、アセンブリ理論では、Oumuamua を文字列として綴りたい場合は、まず o の後に u を追加する必要があります (これが最初のステップです)。次に、m、u、a を追加します。すると、3 つの文字 mua が組み合わせとみなされ、最後に別の mua の組み合わせを追加するのと同じになります。つまり、合計で 5 つのステップが追加されました。

オウムアムア システムのアセンブリ複雑度は 5 です。その中核となる考え方の 1 つは、生命に関連する分子であれば、その複雑度はもっと高いはずだと考えていることです。特に、多くの分子をテストした結果、複雑度が 15 を超える場合は、生命に関連する分子である可能性が非常に高いという結論に至りました。

彼らはまた、いくつかのモデル計算を行い、その複雑性が 15 を超える場合、自然条件下でそのような分子が直接生成される可能性は 10^23 分の 1 に過ぎず、これは非常に小さい確率であると考えました。

NASAはこの科学者を特別にテストしました。彼らはさまざまな種類のサンプルを採取し、それが何であるかを科学者に伝えず、科学者自身でそれが何であるかを解明できるようにしました。まだまだ難しいと感じてしまうテストサンプルも多数あります。例えば、1400万年前の化石サンプルがあります。もう化石になってしまったと思います。地質学的観点から見ると、それは石化しています。論理的に考えると、その構成は実際には岩石と何ら変わらないと考えるかもしれません。しかし、実際には、それらを区別する方法はまだあります。もう一つのサンプルは隕石から採取されたものです。それはマーチソン隕石です。実は有機物が多く含まれているのが特徴です。しかし、それはそうではなく、生命の特徴を表すものでもありません。成分が非常に複雑であることでも有名です。このテストでは、アセンブリ理論により、このコンポーネントが生命のコンポーネントではないことも明確に指摘されています。したがって、全体として、アセンブリ理論は、現在のテスト段階では、どれが生涯を通じて形成され、どれがそうでないか、比較的うまく区別できます。

マーチソン隕石

この理論を初めて見たとき、少し理論的すぎると思うかもしれませんが、後に彼が行ったテストが実際に成功したことを見ると、再び興味が湧いてくるようです。なぜなら、本質的に彼の理論のベースラインは、ある一定のレベルを超える複雑さに達する物質は生命活動によって生じたに違いないという彼の信念だからです。ですから、これが宇宙において普遍的であるかどうかというのは疑問だと思います。しかし、アセンブリ数を合計したとき、彼は実際にいくつかの実際の基準を使用して、どれが生命であり、どれがそうでないかを判断し、この標準を思いつきました。したがって、経験の観点からは、これは効果的かもしれませんが、将来も効果的であるかどうかは、さらに検証する必要があるかもしれません。

別の観点から見ると、探査対象が月や火星のような非常に近い場所であれば、実際にその場所に探査機を送り、その環境に水があるかどうか、複雑な分子があるかどうか、生命の痕跡があるかどうかを実際に確認することができます。しかし、遠すぎる場合は、何らかの遠隔手段でそれを実行する可能性があります。

実際、火星では多くの現地実験が行われてきました。科学者たちは1970年代に火星で放射性炭素14の実験を行った。実験グループとして火星の土壌に放射性炭素14を混ぜ、その後、対照グループとして土壌を160℃で殺菌しました。 160°C であれば火星の微生物を殺すのに十分だと仮定しましょう。

しかし、その結果は本当に驚くべきものでした。彼らは、この実験グループ、つまり高温にさらされなかったグループでは実際に放射性炭素14を含む二酸化炭素が放出されたのに対し、他のグループでは放出されなかったことを発見した。しかし問題は、同時期に行われた他の検出、特にその場で有機炭素を探すいくつかの取り組みが、何の結果ももたらさなかったことだ。したがって、この実験は単なる孤立した証拠であり、この 1 つの実験に基づいて効果があると断言することは困難です。

鍵と鍵穴の構造

もう一つの問題は、これらすべてが実際には地球の生命システムに限定されている、あるいは現在の検出技術が地球上の生命体に限定されている可能性があるということです。

これは、生命と無生命の違いをより根本的な方法で理解し、地球に基づかないより根本的な方法で何らかの識別を行う必要性を強調してきたものの、現時点では抜け出すのが難しいジレンマです。例えば、先ほどアセンブリ理論について触れましたが、アセンブリ理論でも同様の試みが行われていますが、まだ道のりは長いかもしれません。アセンブリ理論に加えて、実際にはこの種の作業を実行する方法が 1 つまたは 2 つあります。

たとえば、「鍵と鍵穴の構造」理論は私にとって非常に興味深いものです。自然界では、複雑な鉱物が比較的規則的な配列を形成することはできるものの、その規則的な配列は比較的機械的でもあると考えられています。しかし、それが生命構造であるならば、一緒に留めたり、巧みに組み合わせて狙いを定めることができる錠と鍵穴のような、より柔軟な構造が必要になるかもしれません。このような構造は生命活動と本質的な関係があるのか​​もしれません。このような構造が物質中に大量に存在する場合、生命活動に関係している可能性があります。この理論では、これらのものがシリコンベースか、炭素ベースか、あるいは何であるかは問題になりません。何らかの構造化されたものを使用して、このものが非生物とどのように異なるかを判断し、それに基づいて体系的な判断を下すことを望んでいる可能性があります。

先ほど述べた鍵と鍵穴の構造は、実際には、一般的な非生物物質レベルでは特定の結合点が存在する可能性があるが、この微細構造は特定の閾値に達していないことを意味します。しかし、もしあなたが生命の行為、生命の能動的な行為であるならば、複雑な生化学的必要性のために、周囲の無生物と完全に区別できるように、そのような鍵と鍵穴の構造が多数存在する可能性があります。

しかし、もちろんこれは理論的なレベルでの議論でもあり、私たちが知っている生活とはすでにかけ離れています。それは、生命の特定の本質のいくつかの現象から共通点を見つけ、そのような理論を提唱することだけです。

全体として、地球はとても小さいですが、すでにたくさんの生命が存在します。宇宙はとても広いので、もし私たちだけだったら、それはとても無駄ではないでしょうか。

この記事は、科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けた作品です。

チーム/著者名: Global Science

レビュアー: 周小良

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司