宇宙
火星の大気を探る – 過去の出来事を理解することが植民化実現の鍵
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宇宙探査は1兆ドル規模の機会です。 マッキンゼーの推計によると、世界の宇宙経済は2035年までに1.8兆ドル（インフレ調整後）になる見込みで、2023年の6300億ドルから増加します。
投資家が宇宙探査に乗り出す主な要因の一つは、火星の植民化です。火星とその挙動に関する科学的知識とデータの増加により、火星での建設可能性に焦点を当てた研究が増えています。しかし、火星理解に関する最新の研究に深く入る前に、火星ミッションが時間とともにどのように進展してきたかを簡単に概観しましょう。
火星への重要ミッションの簡史
5十年以上前の1965年、NASAのマリナー4号が火星に到達し、惑星の写真21枚を地球に送信しました。6年後の1971年、ソ連のマーズ3ランダーが火星に軟着陸を成功させました。同年、NASAのマリナー9号は火山とヴァレス・マリネリスを発見し、数千枚の写真を撮影しながら、最終的に火星軌道からそれらを送信しました。
出典: NASA
1976年、ヴァイキング1号とヴァイキング2号が火星に到達し、ランダーを表面に送りました。各宇宙船は安全に何年ものデータを返すことができましたが、火星に微生物が存在することは証明できませんでした。
1976年以降、火星ミッションで重要な突破口が開かれるまでに20年以上かかりました。1997年にNASAのパスファインダー・ランダーとソジャーナー・ローバーが火星表面に到達しました。
出典: Research Gate
2001年、NASAのマーズ・オデッセイが開始されました。これまでに、火星に焦点を当てた最も重要な取り組みの一つであり、20年以上にわたり赤い惑星から地球へデータを中継しています。
火星への旅は米国だけに限られません。他の多くの国々もその後の年々に続いて参加しています。例えば、2014年にインドのオービターミッションが火星に到達しました。2021年にはUAEの初の惑星間ミッションであるHopeオービターが火星に到達しました。同年、中国の天問1号ミッションが軌道に入り、3か月後に中国はランダーとローバーの展開に成功しました。
現在、多くの国や企業がそれぞれのミッションで火星をより深く理解しようと熱心に取り組んでいます。著名な研究機関も最善を尽くしています。その一例がMITが実施したミッションで、最新の研究は火星の失われた大気が実際には「失われて」いない可能性を示しています。目に見える形で隠れているかもしれません。
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火星の「失われた大気」の謎
厳密に科学的に言えば、ジョシュア・マレーとオリバー・ジャゴウツが発表した研究は、初期火星の炭素循環に対する超マフィック変成の影響を定量化しました。
彼らはノアチアン期の粘土が有機炭素を蓄える能力を算出しました。その計算（後述する数値部分）は、長期ミッションのエネルギー源として使用される貯蔵庫の体積を算出するのに役立つ可能性があります。研究結果はまた、水と岩石の反応が惑星の大気進化を制御することを示しました。
これらは一般の人にとっては難解に聞こえるかもしれませんが、科学者たちが研究で提案したことは、火星の失われた大気の多くが惑星の粘土で覆われた地殻に閉じ込められている可能性があるということです。現象の起源をさらに詳しく説明すると、科学者たちは、かつて惑星に存在した水が特定の岩石を通過し、ゆっくりとした一連の反応を引き起こし、二酸化炭素を大気から取り除いてメタンに変換した可能性を指摘しました。
メタンは、惑星の粘土表面に何億年も蓄積できる炭素形態でした。この研究が火星に関心のある科学コミュニティにもたらした最も有用な成果は、蓄積された火星の炭素を回収し、将来の火星と地球間ミッションの推進剤に変換できる可能性です。
研究著者でMIT地球・大気・惑星科学部（EAPS）の地質学教授であるオリバー・ジャゴウツによれば:
「このメタンは依然として存在し、将来的に火星でエネルギー源として利用できる可能性があります。」
惑星の歴史を知る重要性
研究とその成果は将来に大きな可能性をもたらすものですが、科学者たちが惑星の歴史と組成を研究しなければ、この突破口に到達することはできなかったでしょう。
この歴史を解明する取り組みは、いくつかの重要な洞察につながりました。例えば、火星表面の遠隔測定の一部は、惑星の地殻の少なくとも一部に超マフィック火成岩が含まれていることを示唆しました。これらの岩石が形成される過程は、地球でスメクタイトが生成される過程と類似しています。
スメクタイトは表層粘土鉱物の一種で、炭素を非常に効果的に捕捉することが知られています。単一のスメクタイト粒子は多数の折りたたみ構造を持ち、炭素が何十億年もの間安定して存在できるようになっています。
火星における超マフィック変成の影響も同様でした。この変成により形成されたノアチアン期の粘土は有機炭素を蓄えることができました。粘土表面では最大で1.7バールのCO2が吸収可能と考えられます。無生物的メタン生成と火星のδ13C歴史の最良推定値を組み合わせた結果、科学者たちは0.6〜1.3バールのCO2相当の貯蔵庫を予測しました。
科学者たちは超マフィック岩石の現象をさらに掘り下げました。火星の深部にある超マフィック岩石が水と反応し、今日の表面を覆う粘土を生成する可能性を探求しました。その研究により、岩石が鉱物オリビンに豊富であると考えるに至りました。
彼らはさらに、オリビンが豊富な岩石が炭素を貯蔵する可能性と見通しを検討し、オリビンが水と反応して水中の酸素と結合し、結果として水素を放出し、赤く酸化した鉄を形成することを主張しました。この酸化鉄が惑星に赤い色を与えています。
最後に、水中の自由水素が水中の二酸化炭素と結合してメタンを生成したと考えられます。
この研究は米国国立科学財団（NSF）の一部支援を受けており、関与した科学者たちが複数の重要な主張を行ったことから、ゲームチェンジャーとなり得ます。
「現在の火星の歴史において、CO2は至る所に存在し、岩石の隅々まで浸透している水もCO2で満たされていると考えています。」
– ジョシュア・マレー
研究の重要性を詳述すると、コロラド大学の名誉地質学教授であり、2014年から火星上層大気を軌道で観測・研究しているMAVENミッションの主任研究者であるブルース・ジャコスキーは次のように述べました:
「マレーとジャゴウツは、岩石と大気の化学的相互作用を調査し、CO2を除去する手段として検討しています。我々のCO2風化の上限推定では、これは火星初期大気からCO2を除去する主要なプロセスになる可能性があります。」
要約すると、この研究は赤い惑星の歴史を掘り下げ、初期の厚い大気からCO2がどこへ行ったかを理解しようとしています。この問いは火星の大気、気候、微生物の居住可能性を理解する上で根本的に重要です。
研究機関に加えて、火星探査に関心を持つ企業もあります。その一つがSpaceXです。
#1. SpaceX
SpaceXのミッション・マーズ は人類を多惑星種にする道を切り開くというビジョンで取り組んでいます。イーロン・マスク、SpaceXの創設者であり、宇宙探査分野で世界的に議論される人物は、同社の火星ミッションに対して非常に野心的です。
「朝起きて未来が素晴らしいと考える――それが宇宙文明であることの本質です。未来を信じ、過去よりも良いと考えることです。そして、そこへ出て星々の中にいることほどワクワクすることは思いつきません。」
– マスク、ビジョンを語る際に
SpaceXの火星ソリューション: Starship
StarshipはSpaceXの宇宙船とSuper Heavyロケットを組み合わせたものです。この組み合わせは、乗員と貨物の両方を地球軌道、月、火星、そしてその先へ運ぶことができる完全に再利用可能な輸送システムとして位置付けられています。世界で最も強力な打ち上げ機としての評判を得ており、最大で150メトリックトンの完全再利用可能、250メトリックトンの使い捨て輸送が可能です。
SpaceXの公式発表によれば、火星への到達に6か月かかり、火星大気に時速7.5キロメートルで突入するとされています。空力的に減速し、軌道上での再給油が可能で、最大100トンを火星へ輸送できるとしています。
高い再利用性が組み込まれているため、タンカー船はミッションコストを削減できる可能性があります。主なコストは酸素とメタンだけとなり、全体的に低コストで済みます。
SpaceXが火星に関心を持つ理由は多面的です。同社は火星を、十分な日光を持つ地球に最も近い居住可能な隣人の一つと見なしています。惑星の寒さを認識しつつも、温めることに自信を持っています。
しかし、マスク自身の認識によれば、火星ミッションは依然として高コストです。今月上半期の自身のX投稿によると:
「現在、火星表面へ有用なペイロード1トンあたり約10億ドルかかっています。これを10万ドル/トンに改善し、自己持続可能な都市を築く必要があります。そのためには技術を1万倍向上させなければなりません。極めて困難ですが不可能ではありません。」
SpaceXはNASAと協力しています。2024年9月26日、NASAは一般公衆をバーチャルゲストとして参加させることを招待し、SpaceX Crew-9ミッションの打ち上げにおいて、NASA宇宙飛行士ニック・ヘイジ、司令官、ロスコスモスのコスモノート・アレクサンドル・ゴルブノフがSpaceX Dragon宇宙船に搭乗し、フロリダ州ケープ・カナベラル宇宙軍基地のスペース・ローンチ・コンプレックス-40から、東部夏時間午後1時17分以降に打ち上げられる予定です。
SpaceXは、最も重要かつ機密性の高い民間企業の一つと見なされており、赤字の20億ドルの収益から、報道によれば2023年に90億ドル、2024年に150億ドルの収益、30億ドルの利益を見込んで成長しました。
#2. Blue Origin
SpaceXと同じ市場で有名に活動しているもう一つの企業は、ジェフ・ベゾスのBlue Originです。同社は「子どもたちが未来を築くための宇宙への道を作る」というミッションで活動しています。
何百万人もの人々が宇宙で生活・働くことを可能にし、地球の利益になることを目的に設立されたBlue Originは、人類が宇宙の無限の資源を活用し、有害な産業を地球外へ移転して地球を保護する未来を描いています。
同社のビジョンは、再利用可能ロケットによる宇宙へのアクセス拡大など、実現可能なミッション要素に分割されています。将来の宇宙車両を開発し、再利用可能な打ち上げ機と宇宙内システムを安全で低コストに提供し、民間、商業、国防のすべての顧客のニーズに応えることを目指しています。
同社は2012年からNew Shepardロケットと冗長安全システムの飛行試験を行っており、これまでに22回の連続成功ミッションを達成し、3回の成功した脱出テストも実施しています。運用上の再利用性が宇宙へのアクセスコストを下げる唯一の方法であると考えており、New ShepardとNew Glennの両ソリューションは最初から再利用性を前提に設計されています。
ここで言及すべきは、NASAの打上げサービスプログラム（LSP）がNew Glennに対し、Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers（ESCAPADE）契約を授与したことです。これはNASAの小型革新的惑星探査ミッション（SIMPLEx）プログラムの一環で、火星の磁気圏を研究する二機体ミッションです。
最新の報告によれば、Blue Originはこれまでに8回のラウンドで総額5億9640万ドルを調達しており、最新の資金調達は2023年7月25日の第7ラウンドで3,470万ドルの助成金です。
結論的考察
世界で最も先見的なビジネスリーダーが火星探査に取り組んでいることは疑いようがありません。同時に、多くの国々の優れた研究機関や宇宙機関も参加しています。その目標は、安全でコスト効果の高い火星へのルートを確立することです。
しかし、各ステークホルダーは、成功が惑星の過去の出来事を効果的に理解することに依存していることを十分に認識しています。NASAの公式見解によれば、同機関は長年にわたり『火星の初期史を解明し、居住可能な世界（地球を含む）の形成と進化を理解するための体系的な取り組みを行ってきた』と述べています。
しかし、このような取り組みには財政的および知的リソースのさらなる投入が必要です。例えば、NASAが立ち上げたサンプル・リターン・プログラムは、火星から貴重なサンプルを地球に持ち帰るための革新的設計を求めており、予算は110億米ドルに上ります。
NASA管理者ビル・ネルソンによれば:
「サンプルを安全に着陸・収集し、別の惑星のサンプルを搭載したロケットを打ち上げる—これはこれまでに行われたことがありません—そして、3300万マイル以上離れた地球へ安全に輸送することは容易な仕事ではありません。費用対効果が高く、合理的な期間でサンプルを返す方法を見つけるために、枠にとらわれない発想が必要です。」
これらの巨大ミッションが進行する中で、暫定的な宇宙プログラムへの資金配分が、地球を持続可能にする取り組みへのリソース不足を招く可能性があることも忘れてはなりません。宇宙ミッションが地球とその住民、人類文明、動物界、そして私たちが暮らす豊かな自然に利益をもたらすよう、バランスを取る必要があります。
