2030年代の光赤外分野のスペースミッション

アストロバイオロジーの将来計画

2017年12月15日 Zoom経由

矢野創

（JAXA/ISAS）

時間

空間

現在 過去 近傍

遠方

地球科学 太陽系探査

系外惑星系観測 恒星生成・超新星爆発観測

天の川銀河研究

大規模構造観測 パルサー・遠方銀河観測

系外銀河研究 銀河団・超銀河団研究

宇宙背景放射観測 宇宙論

生命誕生・進化 人類の宇宙進出 宇宙技術開発

惑星探査

現代天文学 アストロバイオロジー

宇宙科学のマトリックスにおけるアストロバイオロジー ～どの時代の、宇宙のどこを探求すべきか？～

「ドレーク方程式」から見たアストロバイオロジー

• 「アストロバイオロジー」は、「ドレーク方程式」の fp(恒星が惑星系を持つ確率), ne（生命が生存可能な環境を持つ惑星が誕生する確率）, fl（そこに生命が誕生する確率） の三つのパラメータを科学的に確定させる学際領域ともいえる。

アストロバイオロジーの課題ごとの 研究戦略例： 2017年現在

アストロバイオロジーの課題

天文観測 地上・宇宙実験 宇宙探査

fp: 惑星系形成 系外惑星、惑星系円盤、黄道光構造

ガス＝＞塵生成 （QCC、µG）

小天体探査 （はやぶさ1&2, Rosetta/Philae, O-Rex、Dawn, New Horizons, ）

ne:ハビタビリティ 表層ハビタブルゾーン

模擬火星環境、 模擬地下海洋環境

NASA火星探査P、JUICE、NASA海洋天体探査P

fl: 生命前駆物質 分子雲分光、太陽系彗星・小惑星・EKBO、流星分光

宇宙曝露（たんぽぽ、QCC）、宇宙塵採集・分析（たんぽぽ他）

小天体サンプルリターン分析（はやぶさ１＆２、たんぽぽ）

fl: 生命誕生 N/A? 合成生物学、極限環境微生物探索＃

N/A

fl: 生命伝播 N/A? 宇宙曝露（たんぽぽ微生物、EXPOSE）

N/A

fl: 生命探索 （地球共通祖先）

N/A? 火星隕石分析 ヴァイキング、ExoMars, Mars 2020

fl: 生命探索 （The 2nd Genesis）

N/A? ＃深海生命圏探索 ＃温泉生命探索

上記のみ

宇宙空間で見つかる生命の原材料

多様な炭素化合物や有機物が宇宙空間で作られている。あとはＲＮＡ，ＤＮＡをどこで作るか？

宇宙塵： 現在も年間数万ｔ、地球に降下する宇宙物質の99%以上を占める。

黄道光

（ｃ） M. Ishiguro, et al.

1999年しし座流星雨

（ｃ） 矢野創、ＮＨＫ，中西昭雄

100 ミクロン AMM（南極産宇宙塵） 10 ミクロン IDP（成層圏捕集・惑星間塵）

小惑星や彗星は地球、生命の「原材料」を、 太陽系各地のハビタブル環境へ運ぶ宅急便

隕石・宇宙塵 始原天体 地球生命・環境

S型小惑星

C,D,P型小惑星

彗星核

大気

海洋

大地

岩石・ 金属

水・ 有機物

惑星

地球型惑星 (岩石惑星）

木星型惑星 (ガス惑星）

氷天体

火星

火山爆発、 小天体衝突等

パンスペルミア： 生命の惑星間移動仮説 １．圏外で微生物採集 ２．微生物の圏外生存実験

宇宙開発利用の発展につながる、 先端的技術開発： ５．高性能エアロゲル実証 ６．微小デブリフラックス評価

「たんぽぽ」 （2015~）

地球と宇宙空間の微生物と有機物の双方向伝播

彗星、C,P,D型小惑星

有機物含有宇宙塵

流星群

化学進化から生命へ: 生命の起源以前の宇宙由来有機物の地球到達の可能性 ３．有機物の変成 ４．有機物含有宇宙塵の採集

火星隕石

地球生命圏

ISSきぼう曝露部 [宇宙環境] 紫外線、宇宙線、 高真空、微小重力等

（1） （2）

（3） （4）

（7）

（5） （6）

（8） （9）

（10）

Tanpopo onboard the ISS in Operation since 2015-

Tanpopo Aerogel Impact Flux in LEO: Re-visiting the M&D Flux Study after 20 Years

1E-09

1E-08

1E-07

1E-06

1E-05

1E-04

1E-03

Cumu

lative

Flux

[/m^

2/s]

1E-04 1E-03 1E-02 1E-01

Particle Diameter (d) [cm]

MAP Space Brass Foil: [1, 20]

MAP Space Brass Foil: {1, 40]

MAP Space Al Foil: [1, 20]

MAP Space Al Foil: [1, 40]

LDEF 6 pt. Ave. [2.5, 20]

LDEF-RTP: Natural (16.9 km/s)

LDEF-RTP: Natural (23.3 km/s)

LDEF-RTP: Man-MadeLDEF Space Face

(Yano, 1995)

1.E-06

1.E-05

1.E-04

1 10 100 1000

2016A Pointing 2016A North 2016A Space C

umul

ativ

e Fl

ux [

/m^2

/s]

Estimated Particle Diamter (d) [micorn]

© NASA/JSC

© Ｔ．Ｎｏｇｕｃｈｉ

© Yano & Noguchi

サンプルリターン探査により、地球近傍で採取された宇宙物質に、Geological Contextを与える時代に入った。

アストロバイオロジーの課題ごとの 研究戦略例： 2030年代以降

アストロバイオロジーの課題

天文観測 地上・宇宙実験 宇宙探査

fp: 惑星系形成 惑星系円盤分光、黄道光構造分光、 宇宙塵分布計測

ガス＝＞塵生成 （QCC、µG）

小天体探査 （ソーラー電力セイル、LUSY、彗星核サンプルリターン）

ne:ハビタビリティ 系外惑星分光、Cold Jupiter& Satellites探索、 プリューム探索

模擬火星環境、 模擬地下海洋環境

NASA海洋天体探査P

fl: 生命前駆物質 恒星間小惑星観測 宇宙曝露（ポストたんぽぽ＆QCC）、宇宙塵採集・分析＠DSGW

小天体探査 （ソーラー電力セイル、彗星核サンプルリターン）試料分析

fl: 生命誕生 N/A? 合成生物学、極限環境微生物探索＃

N/A

fl: 生命伝播 恒星間小惑星観測？

地球エアロゾル射出機構モデル化

月面、火星での「地球隕石」探索(Earth Relic)

fl: 生命探索 （地球共通祖先）

N/A? 火星隕石分析 火星生命探査顕微鏡、 火星サンプルリターン

fl: 生命探索 （The 2nd Genesis）

N/A? ＃深海生命圏探索 ＃温泉生命探索

上記に加えて、海洋天体プリューム試料分析、Starshot Breakthrough

13

Thank You Very Much for Your Attention

(EXPOSE, DLR)

(XIVI, U. Tokyo) Cubesat 1U

(Tanpopo CP, JAXA)

Apex

Trailing

Anti-PM

Pro-PM Space (Anti-Earth)

Bimetal Thermometer

3U

1U

Post-Tanpopo Era: Size Factor of ExHAM Compared to Cubesat Units and Tanpopo Panels

Tanpopo Type-1 (Similar to EXPOSE Unit)

ソーラー電力セイル：日本独自の技術で外惑星領域探査を可能に

＋

＋α Ⅰ．クルージングフェーズ ① 宇宙赤外線背景放射の観測 ② 黄道光の立体的観測 ③ 太陽系ダスト分布のその場計測 ④ ガンマ線バーストの観測 ⑤ 小惑星帯フライバイ観測 Ⅱ．木星圏近傍 ⑥ 木星磁気圏観測 ⑦ トロヤ群小惑星ランデブー観測

太陽

小惑星帯 ~ 3AU 木星 ~ 5.2 AU

地球 1AU

① - ⑤

L4トロヤ群

⑥

⑦

ハビタブルゾーンのパラダイムシフト 「地下居住可能領域＝内部海」の発見

Deep Habitat

Surface Habitat

日下部先生の講義へ

アストロバイオロジー探査、地球外生命圏探索の最先端は、 火星から「海洋世界（Ocean World）」へ

現在のスノーライン

ケレス エウロパ エンケラドス

“太陽系の海洋”

( © NASA, JPL)

Life Detection Microscope: Search for Bio-Signatures in Martian Soild

(Organics, Carbonates, Cells?)

17

土星衛星エンケラドス海水噴出微粒子の惑星保護対策： （１）軌道上その場分析と（２）地球帰還後の密閉分析

(Courtesy: H. Yano, K. Fujishima and WOW Company)

(Modified from Sherwood and Yano, 2014)

エンケラドスプリューム微粒子試料には 何が含まれているだろうか？

熱水鉱床生成物

疎水性、親水性 ペプチド

Thank You

Multiple “Infinity”-shaped Turns of Ion Trajectory for Achieving MULTUM High Mass Resolution

(Aoki, Toyoda et al., 2014)

1 2

1 2

1: Tyr-Asp-Tyr 2: Tyr-dAsp-Tyr

Aerogel extract

Standard

疎水性エアロゲルからのペプチド抽出： 衝突後に抽出検出されたペプチド２種（１６種中） （L,Dアスパラギン酸、負電荷、親水性）

(Courtesy: H. Yano, K. Fujishima)

2050年頃までの太陽系天体毎の世界潮流

U = 米国; R = ロシア・旧ソ連; J = 日本; E = ESA; C = 中国; I = インド; G = ドイツ; K=韓国

■U

■U

●U ■C

有人

往復

■U

●E ：タイタン

●U ■U, J

●J, U ▲J/G: リュウグウ

●E/G :67P/CG

●U ■E,C,I

●R ■U

●U, R, C ■ I, J

着陸、大気プローブ

▲U

冥王星、

ＥＫＢＯ

■U

●U

天王星

●U

海王星

■U, J

●U ■E :2030 JUICE

●U ■J ■U：トロヤ群

木星圏

●U ■U :彗星核表面

●E

●J, U, E, R

彗星

●R, U, E ▲J

●R, U

金星

●U, R ■U,C, I

● U, R, J, E, C, I ■ K

●U, R, J

月

■U, J ●J：イトカワ ▲J : リュウグウ ▲U: ベンヌ

■U サンプルリターン

●U ●J, U, R ●U, R, E, I, UAE ■C, J

●U ■E/J : 2025 BepiColombo

周回、ランデヴー

●U ●U, E, C ●U, R ●U フライバイ

土星

圏

小惑星

(火星衛星、準惑星含む)

火星 水星

：トロヤ群、エウロパ

：エンケラドス

＊ 今後３０年の世界潮流＝橙色

＊ 2017年時点の最先端＝黄色

：トロヤ群、 エウロパ

：ARM計画

▲運用中 ●実績 ■開発・ 検討中

■U

■U ■U

より遠くへの往還： 2030年代へ向けた潮流

往復探査＆試料採取

ソーラー電力セイル/トロヤ群 小惑星着陸＆SR

MMX/火星着陸探査

JUICE/ガニメデ周回探査

エンセラダス海水粒子SR

はやぶさ２/ C型小惑星SR

片道探査＆その場計測

生命前駆体、 化学変性、 天体間移動

地球外生命探索、 ハビタビリティ

地球外生命探索、 ハビタビリティ

生命前駆体

ハビタビリティ

2010年代 2020年代 2030年代

ISSきぼう曝露部/ たんぽぽ

Star Shot Breakthrough Chipsat Swarm to

Trapist-1?

~2050年代

恒星間探査への挑戦

どうもありがとうございました。