金星の生命

金星の生命の可能性は、金星が地球に近く、類似していることから、宇宙生物学の関心事となっている。現在まで、金星に過去または現在生命が存在するという決定的な証拠は見つかっていない。1960年代初頭、宇宙船による研究により、現在の金星の環境は地球に比べて極端であることが実証された。研究は、暴走する温室効果が定着する前に金星の表面に生命が存在していたかどうか、また、現代の金星の大気圏の高いところに残存生物圏が存続できるかどうかについて、引き続き疑問を投げかけている。

金星の表面温度は735 K（462 °C、863 °F）近くに達し、大気圧は地球の92倍にも達するため、私たちが知っているような水系生命が金星の表面に生息することは考えにくい。しかし、一部の科学者は、温暖で酸性の金星大気の上層に好熱好酸性 極限環境微生物が存在する可能性があると推測している。 ^{[1] [2] [3]} 2020年9月、金星の大気中にホスフィンが存在するという研究結果が発表された。これは潜在的なバイオシグネチャーである。^{[4] [5] [6]}しかし、これらの観察結果には疑問が投げかけられている。^{[7] [8]}

2021年2月8日現在、金星（ホスフィン経由）と火星（メタン経由）での生命体の検出の可能性を検討した研究の最新状況が報告されました。 ^[9] 2021年6月2日、NASAは金星への2つの新しい関連ミッション、DAVINCIとVERITASを発表しました。^[10]

金星は完全に雲に覆われているため、宇宙探査機の時代になるまで、表面の状態に関する人類の知識は主に推測の域を出ませんでした。20世紀半ばまで、金星の表面環境は地球に似ていると考えられていたため、金星には生命が存在する可能性があると広く信じられていました。1870年、イギリスの天文学者リチャード・A・プロクターは、金星の赤道付近では生命の存在は不可能だが、^[11]極付近では可能であると述べました。

1958年にC.メイヤーら^[12]が発表したマイクロ波観測では、高温源（600 K）が示されました。奇妙なことに、ADクズミンによるミリ波帯の観測では、はるかに低い温度が示されました。^[13]この異常な電波スペクトルを説明する2つの競合する理論があり、1つは高温が電離層に由来することを示唆し、もう1つは惑星の表面が高温であることを示唆しています。

1962年、金星への最初の成功したミッションであるマリナー2号は、初めて惑星の温度を測定し、「約500℃（900°F）」であることがわかりました。^[14]それ以来、さまざまな宇宙探査機からのますます明確な証拠は、金星が極端な気候であり、温室効果により表面で約500℃（932°F）の一定温度が生成されていることを示しました。大気は硫酸の雲を含んでいます。1968年、NASAは金星表面の気圧が地球の75〜100倍であると報告しました。^{[15]これは後に92}バールに修正され、^[16]地球のほぼ100倍であり、地球の海の1,000メートル（3,300フィート）以上の深さの気圧に似ています。このような環境と、金星の厳しい気候特性を考えると、私たちが知っているような生命が存在する可能性は非常に低いでしょう。

ベネラ9号は1975年に他の惑星の表面からの最初の画像を送信しました。^[17]

科学者たちは、暴走温室効果によって金星が温まる前に金星の表面に液体の水が存在していた場合、金星で微生物の生命が形成された可能性があるが、現在は存在していない可能性があると推測している。^[18]地球に水をもたらしたプロセスがハビタブルゾーン付近の惑星すべてに共通であると仮定すると、後期重爆撃期中およびその直後に最大6億年間、金星の表面に液体の水が存在していた可能性があると推定されており、これは単純な生命が形成されるのに十分な時間である可能性があるが、この数字は数百万年から数十億年まで変化する可能性がある。^{[19] [20] [21 ] [22] [23]} 2019年9月に発表された研究では、金星には約30億年間、表面に水があり居住可能な状態にあり、7億〜7億5000万年前までこの状態にあった可能性があると結論付けられている。もし正しければ、これは生命の形成には十分な時間であり、^[24]微生物の生命が進化して空中に生息するようになるには十分な時間であったことになる。 ^[25]それ以来、より多くの研究と気候モデルが発表され、異なる結論が出ている。

金星の表面物質の分析はほとんど行われていないため、過去に生命が存在したとすれば、その証拠は金星の現在の極端な表面条件に耐えられる探査機によって発見される可能性がある。^{[26] [27]} しかし、過去5億年の間に金星の表面が再形成されたことから^[28] 、理論的には何らかの生物の痕跡を包んでいた可能性がある鉱物トレモライトを含む古代の表面岩石が残っている可能性は低い。^[27]

2023年10月26日に報告された研究によると、金星は古代に初めてプレートテクトニクスを有していた可能性があり、その結果、より居住可能な環境、おそらく生命が存在できる環境であった可能性があることが示唆されている。^{[29] [30]}

金星の生命は、長い惑星間航海で多細胞生物の保存を容易にした氷の流星の放出を介して、リトパンスペルミアを通じて地球に来たのではないかと推測されている。「現在のモデルは、金星が居住可能であった可能性があることを示している。複雑な生命は、高度に放射線を浴びた金星で進化し、小惑星に乗って地球に運ばれた可能性がある。このモデルは、カンブリア紀とオルドビス紀を通じて、高度に発達した生命が驚異的な速さで出現し、多様化し、絶滅したというパターンに一致し、この期間に出現した並外れた遺伝子の多様性も説明する。」^[31]

7億年から7億5千万年前、地球規模の地表再形成が起こり、地球上の岩石から二酸化炭素が放出され、気候が変化した。 ^{[32]さらに、}カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者による研究によると、木星が太陽の周りの軌道を変えていなかったら、金星は生命を維持できただろうとのことだ^。[33]

金星の表面近くに生命が存在する可能性はほとんどないが、表面から約50km（31マイル）の高度は温暖であるため、金星の大気中に生命が存在する可能性を支持する意見がまだある。^{[34] [35]}この考えは、 1950年にドイツの物理学者ハインツ・ハーバーによって最初に提唱された。^[36] 1967年9月、カール・セーガンとハロルド・モロウィッツは、ネイチャー誌に金星の生命の問題に関する分析を発表した。^[26]

ベネラ、パイオニア・ヴィーナス、マゼランの各ミッションのミッションデータの分析で、硫化カルボニル、硫化水素、二酸化硫黄が上層大気中に共存していることが判明した。 また、ベネラは金星の雲のすぐ下で有毒な塩素を大量に検出した。 ^[37]硫化カルボニルは無機的に生成するのが難しいが、^[35]火山活動によって生成される可能性がある。^{[38]硫酸は、}二酸化炭素、二酸化硫黄、水蒸気に対する太陽の光化学作用によって上層大気中に生成される。 ^{[39] 2020年の}パイオニア・ヴィーナスのデータの再分析では、塩素の一部と硫化水素のスペクトル特性のすべてがホスフィン関連であることが判明しており、これは塩素の濃度が考えられていたよりも低く、硫化水素は検出されないことを意味する。^[40]

太陽放射により、大気圏の居住可能領域は高度51km（65℃）から62km（-20℃）の間の酸性雲の中に制限されている。^{[3]金星の大気圏の雲には、生物活動を開始できる化学物質が含まれており、光物理的および化学的条件により地球のような}光栄養が可能になる領域があるのではないかと推測されている。^{[41] [42] [43]}

大気中に生息する仮説上の微生物は、もし存在するならば、太陽から放射される紫外線（UV）をエネルギー源として利用できると推測されており、これは金星の紫外線写真で観察される暗い線（「未知の紫外線吸収剤」と呼ばれる）の説明となる可能性がある。 ^{[44] [45]この「未知の紫外線吸収剤」の存在は、カール・セーガンが1963年に上層大気中の}微生物が紫外線を吸収する因子であるという仮説を提唱する論文を発表するきっかけとなった。 ^[46]

2019年8月、天文学者たちは、金星の大気とその天候における紫外線吸収とアルベドの変化の新たな長期パターンを発見したと報告した。これは、未知の化学物質や大気圏上層部の微生物の大規模なコロニーを含む可能性のある「未知の吸収体」によって引き起こされるものである。 ^{[47] [48]}

2020年1月、天文学者たちは、金星が現在（現在から250万年以内）火山活動を行っていることを示唆する証拠を報告し、そのような活動の残留物は金星の大気中の微生物の栄養源となる可能性があると報告した。^{[49] [50] [51]}

2021年には、「未知の紫外線吸収剤」の色が、濃硫酸に溶解した有機炭素化合物の混合物からなる既知の物質である「赤い油」の色と一致することが示唆された。^[52]

2020年9月に発表された研究では、アタカマ大型ミリ波干渉計（ALMA）望遠鏡によって金星の大気中にホスフィン（PH ₃ ）が検出されたが、これは金星の条件下で存在または可能性がある既知の非生物的生成方法とは関連付けられていないことが示された。 ^{[4] [5] [6]}しかし、ホスフィンの検出はその後のいくつかの研究で異議を唱えられた。^{[53] [54] [55] [56]}ホスフィンのような分子は、紫外線下で最終的に水や二酸化炭素と反応するため、金星の大気中に持続するとは予想されない。PH _{3は地球上の}嫌気性生態系に関連しており、無酸素惑星に生命が存在することを示している可能性がある。^[57]関連研究では、当初主張されていた金星の雲中のホスフィン濃度（20ppb）は「妥当な量の生命」を示しており、さらに、予測される典型的なバイオマス密度は「地球の空中生物圏の平均バイオマス密度よりも数桁低い」ことが示唆されている。^{[58] [59]} 2019年現在、地球型惑星（ガス惑星とは対照的に^[60]）でかなりの量のホスフィンガスを生成する非生物的プロセスは知られていない。ホスフィンは、無機リン化物を含むオリビン溶岩の風化の地質学的プロセスによって生成される可能性があるが、このプロセスには継続的で大規模な火山活動が必要である。^[61]したがって、検出可能な量のホスフィンは生命を示している可能性がある。^{[62] [63] 2021年7月、ホスフィンは}マントルからの噴出による火山起源であると提案された。^[64][update]

2020年10月5日に国際天文学連合の宇宙生物学に関する委員会F3のウェブサイトに掲載された声明では、2020年9月のホスフィンに関する論文の著者らが非倫理的な行為を非難され、非科学的であり国民を誤解させていると批判された。 ^[65]同委員会のメンバーはそれ以来、IAUの声明から距離を置き、声明は彼らの知らないうちに、または承認なしに発表されたと主張している。^{[66] [67]}その後まもなく、声明はIAUのウェブサイトから削除された。IAUのメディア担当者であるラース・リンドバーグ・クリステンセンは、IAUは書簡の内容に同意しておらず、書簡はIAUではなくF3委員会内のグループによって発表されたものだと述べた。^[68]

2020年10月下旬までに、2020年9月の初版で使用されたALMAと、その後のジェームズ・クラーク・マクスウェル望遠鏡（JCMT）のデータの両方で収集されたデータ処理のレビューにより、バックグラウンドの較正エラーにより、ホスフィンのスペクトル特性を含む複数の偽の線が生じたことが明らかになりました。バックグラウンドを適切に差し引いたデータの再解析では、ホスフィンが検出されなかったか^{[53] [54] [55]}、または1ppbの濃度で検出され、当初の推定値の20倍下回りました。^[69]

2020年11月16日、ALMAのスタッフは、9月14日に発表された元の研究の科学者が使用したデータの修正版を公開した。同日、この研究の著者らは、新しいデータを使用した再解析をプレプリントとして公開し、惑星平均のPH _3の存在量は、以前のALMA処理のデータで検出されたものよりも約7倍低く、場所によって異なる可能性があり、時間とともに大幅に変化する場合は、この存在量の約20倍をJCMTで検出したことと矛盾しないと結論付けている。著者らはまた、結論に異議を唱え、これまでのところ他の化合物の存在ではデータを説明できないことを発見したVillanuevaらによる批判的な研究で提起された点にも対応している。^{[70] [71] [72] [69]}著者らは、JCMTデータのより高度な処理が進行中であると報告した。^[69]

1978年にパイオニア金星マルチプローブによって収集された現場データの再分析により、金星の大気中にホスフィンとその解離生成物が存在することも明らかになりました。^[40] 2021年にさらなる分析が行われ、微量のエタン、硫化水素、亜硝酸塩、硝酸塩、シアン化水素、そしておそらくアンモニアが検出されました。^[73]

ホスフィンの信号はJCMTで収集されたデータでも検出されたが、 ALMAで検出されたものよりもはるかに弱いものであった。^[7]

2020年10月、2015年にアーカイブされた赤外線スペクトル測定の再解析では、金星の大気中にホスフィンは発見されず、ホスフィンの体積濃度の上限は5ppb（2020年に電波帯域で測定された値の4分の1）とされた。^[74]しかし、これらの観測で使用された波長（10ミクロン）では、金星の大気の雲の最上部でのみホスフィンが検出されたであろう。^[7]

2022年にSOFIA航空機搭載赤外線望遠鏡を使用した金星の観測ではホスフィンは検出されず、金星の高度75～110kmにおける濃度の上限は0.8ppbと発表された。^[56]その後、非標準的な較正技術を使用したSOFIAデータの再解析により、濃度レベル約1ppbでホスフィンが検出されたが、^[75]この研究はまだ査読を受けていないため疑問が残る。もし存在するとすれば、ホスフィンは金星の大気の午前中の部分でより豊富に存在すると思われる。^[75]

ALMAは、 COVID-19パンデミックに対応して1年間の停止を経て2021年3月17日に再開され、進行中の調査に洞察をもたらす可能性のあるさらなる観測が可能になる可能性があります。^{[72] [76]}

議論はあるものの、NASAは将来の金星探査ミッションの実施に向けて初期段階にある。金星放射率、電波科学、InSAR、地形、分光法ミッション（VERITAS）は、雲を透かして観測するレーダーを搭載し、31年前に最後に撮影されたものよりもはるかに高画質な金星表面の新しい画像を取得する。もう1つのミッションである金星深部大気希ガス・化学・画像化調査（DAVINCI+）は、実際に大気圏を通過し、降下中に空気をサンプリングして、ホスフィンを検出する予定だ。^{[77] [78]} 2021年6月、NASAは、2028～2030年の打ち上げを目指し、2020年2月にNASAのディスカバリー2019コンペティションで選ばれた4つのミッションコンセプトからDAVINCI+とVERITASが選ばれると発表した。^[79]

2018年に水星を調査するために打ち上げられたベピコロンボは、2020年10月15日と2021年8月10日に金星を通過した。プロジェクト科学者のヨハネス・ベンコフは、ベピコロンボのMERTIS（水星放射計と熱赤外線分光計）がホスフィンを検出できる可能性があると考えているが、「私たちの機器が十分に感度があるかどうかはわかりません」と述べている。 ^[80]

また、JCMTと協力して、金星の大気中のホスフィンやその他の分子を研究するための長期モニタリングキャンペーンも進行中です。^[81]

2021年1月に発表された新しい研究によると、金星の雲中のホスフィンに起因する266.94GHzのスペクトル線は、中間圏の二酸化硫黄によって生成された可能性が高いとのことです。^{[82]この主張は、利用可能なデータと一致しないとして2021年4月に反論されました。ALMAによる金星大気中の}_PH3の検出は、約7ppbまで回復しました。^[69] 2021年8月までに、二酸化硫黄による疑わしい汚染は、2019年に撮影されたALMAスペクトルのホスフィンスペクトル線バンドの暫定的な信号のわずか10％に過ぎず、2017年に撮影されたALMAスペクトルでは約50％に寄与していることが判明しました。^[83]

従来の水ベースの生化学は、金星の環境では不可能であると主張されていました。2021年6月、宇宙探査機のデータに基づいて金星の雲の水分活性レベルを計算したところ、調査された場所では既知の極限環境細菌が生存するには2桁低すぎることが示されました。^{[84] [85]}金星の環境で水素を得るためのエネルギーコストを地球の条件と比較した推定に基づく別の計算では、金星でのグルコースの光合成中にわずか（6.5%）の追加エネルギー消費しか示されていません。^[86]

2021年8月には、飽和炭化水素でさえも金星の雲の超酸性条件では不安定であり、金星生命の細胞膜の概念が問題になることが示唆された。代わりに、金星の「生命」は「赤い油」の自己複製分子成分に基づいている可能性があると提案された。これは、濃硫酸に溶解した多環式炭素化合物の混合物からなる既知の物質のクラスである。^[52]逆に、2024年9月には、短鎖脂肪酸は濃硫酸では不安定であるが、カルボキシル基を硫酸基、アミン基、またはリン酸基に置き換えることで、二重膜形成が可能な酸安定性類似体を構築できることが報告された。 ^{[87]また、タンパク質を作る20のアミノ酸のうち19（}トリプトファンを除く）とすべての核酸は、金星の雲の条件下で安定している。^{[88] [89]}

2021年12月、化学的に最も可能性の高い原因として、金星の生命が利用可能な化学物質から光化学的にアンモニアを生成し、その結果、生命を運ぶ水滴が酸性度の低いpH1の亜硫酸アンモニウムのスラリーになる可能性があると示唆されました。これらの水滴は沈降するにつれて上層の雲の二酸化硫黄を枯渇させ、金星の大気中に観測されている二酸化硫黄の分布を説明でき、生命を宿すいくつかの極端な地球環境よりも雲の酸性度が高くない可能性があります。^[90]

2020年の仮説論文では、金星の微生物の生命は2段階のライフサイクルを持つ可能性があると示唆されている。そのようなサイクルの代謝的に活発な部分は、致命的な液体の損失を避けるために雲の滴内で発生する必要がある。そのような滴が重力で沈むほど大きくなった後、生物は一緒により熱い下層に落ちて乾燥し、約1年のタイムスケールで重力波によって再び居住可能な層に持ち上げられるほど小さく軽くなる。^[91]

2021年の仮説論文では、上記の概念を批判し、金星の下層もやの停滞が大きいため、小さな粒子であってももやの層から比較的居住可能な雲に戻ることが困難であると指摘している。代わりに、与えられた量のバイオマスに対して生物が最大限に吸収する（暗い）ように進化し、太陽熱で暖められた暗い雲の領域は生物自体によって引き起こされる熱上昇気流によって浮かんでいるという雲内進化モデルが提案された。^{[52]あるいは、負の}光泳動効果によって微生物を浮かべることもできる。^[86]

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