デビッド・キャトリング

デイビッド・C・キャトリングはワシントン大学の地球宇宙科学教授です。彼は惑星科学者であり宇宙生物学者でもあり、惑星の進化、その大気、生命の可能性の違いを理解することに研究の焦点を置いています。彼はNASAの火星探査プログラム^[1]に参加し、太陽系の他の場所や他の恒星を周回する惑星での生命の発見に役立つ研究に貢献しました。^{[2] [3]}彼はまた、地球の大気と生物圏の進化に関する研究でも知られており、^[4]地球の大気が酸素に富むようになった経緯、^[5]複雑な生命の進化を可能にした経緯、^{[6] [7]}生命の起源につながる条件^{[8] [9] [10]}などです。

デイビッド・キャトリングは、1994年にオックスフォード大学の大気海洋惑星物理学科で博士号を取得しました。 1995年から2001年までNASAエイムズ研究センターでポスドク研究員、その後研究員として勤務した後、 2001年にワシントン大学の教授になりました。2012年以来、ワシントン大学の教授を務めています。2023年には、 「数十億年の時間スケールでの地球の生物相と大気の結合に関する独創的な洞察」により、 アメリカ地球物理学連合（AGU）のフェローに選出されました。

地球の大気の進化の分野では、キャトリングは、地殻が大量の酸化鉱物を蓄積し、大気が酸素に富むようになった経緯を説明する理論で知られている。^{[11]地質学的記録によると、酸素は、約24億年前に始まった}大酸化イベント（GOE） で大気中に溢れたが、酸素を生成する細菌はおそらく数億年前に進化していた。キャトリングの理論では、生物学的酸素は当初、環境中の化学物質との反応によって使用されたが、徐々に地球の環境は転換点に達し、酸素が空気中に溢れるようになったと提唱されている。大気中のメタンがこの理論の鍵となる部分である。酸素が豊富にある前は、メタンガスの濃度は今日の1.8 ppmの数百倍から数千倍に達することがあった。紫外線は上層大気中のメタン分子を分解し、水素ガスを宇宙に逃がす。時間の経過とともに、強力な還元剤である水素の不可逆的な大気からの放出により、地球は酸化されGOEの転換点に達しました。 ^[12] 2010年代以降に発表された、古い岩石の中に閉じ込められた古代の海水中の大気中のキセノンの測定値は、この理論を裏付けています。地球の大気中のキセノンとその軽い同位体は、激しく放出された水素によって宇宙に引きずり出されて失われた可能性が高いです。^[13]

地球の大気中の酸素に関する他の研究では、約6億年前に起こった2度目の酸素増加が動物の出現の前兆であったと考えられている。キャトリングは、大気と海水中の酸素を追跡するためにセレンの安定同位体の酸素感受性の変化を調べることを提案し、その研究の結果、地球の酸素の2度目の増加は約1億年にわたって断続的に起こったことが示された。^{[14] [15]}

キャトリングは、数十億年前の地球の大気の厚さを初めて測定することにも貢献しました。彼は、2つの技術の開拓に貢献しました。1つは、雨滴の化石の痕跡を使用して空気の密度の上限を設定する技術で、これは27億年前の化石の痕跡に適用されました。[ ^{16] [ 17]}もう1つは、古代の溶岩流の化石の泡を使用して、27億年前の空気圧が現代の大気の半分以下であったことを示唆する技術です。^{[18] [19]}

キャトリングは火星の大気と表面の進化についても研究している。^[20] 1990年代、彼は火星の干上がった湖や海の塩の種類が過去の環境や火星が居住可能であったかどうかをどのように示すことができるかという研究の先駆者となった。^{[21]それ以来、かつての湖底からの塩と粘土の発見は、NASAと}ESAによる火星ミッションの重要な成功となっている。キャトリングはNASAのフェニックス着陸船ミッションの科学チームに所属しており、2008年に火星の氷が豊富な高緯度に着陸した最初の宇宙船となった。キャトリングは、着陸船による火星の表面下からの初めての水氷のすくい上げ^[22]や、土壌pHを含む火星土壌の可溶性塩の初めての測定などの研究に貢献した。^{[23]ジョナサン・トナーと火星で見つかった}過塩素酸塩の低温溶液を調査する実験で、トナーとキャトリングはそのような溶液は非常に冷たくなり、決して結晶化しないことを発見しました。^[24]過塩素酸塩は-120℃付近でガラス（非晶質固体）を形成します。ガラスは結晶塩よりも微生物や生物学的分子の保存に優れていることが知られており、火星、木星の衛星エウロパ、土星の衛星エンケラドゥスでの生命の探索に関連する可能性があります。

惑星大気の分野では、デイビッド・キャトリングとタイラー・ロビンソンが、興味深い観察結果に対する一般的な説明を提案した。地球、タイタン、木星、土星、天王星、海王星では、対流圏（高度とともに温度が低下する最下層の大気）と成層圏（「逆転」して高度とともに温度が上昇する）の間の最低気温が約0.1バールの圧力で発生するというものである。このレベルが対流圏界面である。ロビンソンとキャトリングは、放射の物理学を用いて、これらの非常に異なる大気の対流圏界面最低気温が共通の圧力で発生する理由を説明した。^[25] 彼らは、成層圏温度逆転のある惑星では、約0.1バールの圧力がかなり一般的な規則である可能性があると提案している。この規則は、太陽系外惑星の大気構造、ひいては表面温度と居住可能性を制約する可能性がある。

キャトリングと彼の学生たちの研究は、太陽系の惑星の大気中の熱力学的不均衡を正確に定量化した初めての研究でもあり、遠隔地での生命の探索手段として提案されている。^{[2] [26] [27]}

David Catling は 150 を超える科学論文や本の章を執筆しています。彼は以下の本の著者です。

• Catling, David C. Astrobiology: A Very Short Introduction、Oxford University Press、オックスフォード、2013年、ISBN  0-19-958645-4。
• Catling, David C.; Kasting, James F. 『 生命が存在する世界と存在しない世界の大気の進化』 ケンブリッジ大学出版局。ケンブリッジ、2017年。ISBN 978-0521844123。