日時計がどのようにして火星を生き生きとした色彩で見ることに成功したか

カリフォルニア州パサデナ — 火星のゲイル・クレーターのフルカラー環境の短いサンプルを目にしたが、火星探査車キュリオシティがフルサイズのバージョンを送信する前に、カメラの点検が必要だ。科学者たちは、火星の本当の姿、つまり本物の黄土色を観測していることを確認したいので、カメラの調整が必要だ。そのために、キュリオシティは天文学の最も古い道具の 1 つである日時計を利用する。

火星の画像は見るだけでも衝撃的だが、科学的な価値も提供している。なぜなら、キュリオシティの科学チームは、その画像を火星の目として使うからだ。キュリオシティが捉えたゲイル・クレーターの縁と中心のシャープ山の眺めは、探査車が最初にどこへ向かうべきか、そしてその後、どの岩石をケムカムのレーザーで照射するか、ロボットアームで掘削するかを決めるのに役立つだろう。岩石の面白さは、主に見るだけで決まるため、その眺めは正確でなければならない、とカリフォルニア州レッドランズ大学の物理学准教授タイラー・ノードグレン氏は説明する。

「[画像]を見れば、地形や岩石が何でできているかが分かります。岩石が何でできているかを知るには、その色を調べることが一つの方法です」と彼は言う。「火星の歴史を知ることができるのです。」

火星探査機キュリオシティは、本日遅く（あるいは火星まで？）火星上で高解像度の3Dカラーカメラの調整を続ける予定であると、NASAの幹部らは火曜日朝の記者会見で述べた。

火星の大気は地球と大きく異なっている。はるかに薄く、二酸化炭素で満たされており、地球の空を青くするレイリー散乱効果に寄与する微小なエアロゾルがない。太陽も地球より5000万マイルも遠く、はるかに暗い。火星のうなり声のような風によって巻き上げられた塵が空を満たし、風の強い日にはそれがさらに激しくなり、その結果、火星の大気はわずかにピンク色に見える。これにより、キュリオシティの周囲にあるあらゆるものがバラ色に染まる可能性がある。

どのカメラも、画像が現実を映し出していることを確認するために、色の手がかりを必要とします。地球上の木々が画像で青く見えたら、色のバランスが崩れていることはすぐにわかります。しかし、キュリオシティは火星に自然な色の手がかりを持っていません。すべてがほぼ赤です。「すべてがテーマのバリエーションです」とノードグレン氏は言います。「岩壁や崖を見て赤く見える場合、それがどれだけ岩によるもので、どれだけ照明によるものかを判断する必要があります。」

そのために、キュリオシティは、その背面近くに 4 インチ四方のプレートを取り付けています。これが、MastCam カメラの最初の被写体になります。プレートには、青、赤、緑、黄色の既知の色合いを表す 4 つの色のスライスがあります。中央の小さな柱とボールは、影を落とす日時計の役割を果たします。こうすることで、探査車は明るいときも影のときも、正しい色を判別できます。

キュリオシティのカメラは、フィルターセットを使って日時計を撮影する。その後、科学画像を撮影し、チームはその画像を使って探査の可能性のあるターゲットを決定する。その後、念のためカメラが日時計をもう一度撮影するかもしれない。

「これは、現在の照明条件下で、さまざまな画像を組み合わせて色のバランスを最適にするために、どのように微調整するかを示しています」とノードグレン氏は言います。

科学者は、その後、コントラストや色調を強調して岩石の特定の地形的特徴や形態的特徴を強調する擬似カラー画像を作成できます。空の赤みがかった輝きさえも消すことができるとノードグレン氏は言います。「火星のその部分を地球に持ち込み、実験室にいるかのように、そこに美しい黄白色の光を当てることができると想像してください。そうすれば、『ああ、この岩石はまだ赤いが、サーモン色ではなく、レンガ色に近い』とわかるでしょう。」

下の画像は、火星探査ローバー「スピリット」の同じキャリブレーション ターゲットを示しています。

キュリオシティの銘板は、ノードグレン氏とジェット推進研究所のミッション科学者が最新の銘板を追加したことを除いては同じです。キュリオシティの日時計は、実際には MER ミッションからの名残です。

「科学的であるために必要なのは、まさにこれだけです」とノードグレン氏は言う。「しかし、私たちは、この非常に無味乾燥で退屈な技術的装置を使って、美しく刺激的なものに変えてみてはどうかと考えました」

ターゲットの表面には、MARS という名前が 16 の異なる言語で表示されています。中央の日時計自体は太陽を表し、それを囲む同心円は地球と火星の軌道を表し、地球と火星の軌道は淡い青の点と赤の点で表されています。ホームプレートの各色のスライスには、このミッションが人類の探査にとって何を意味するかを説明するフレーズが書かれています。

「何千年もの間、火星は私たちの想像力を刺激してきました。最初、私たちは火星を、神々の住処から戦争をもたらす、さまよう赤い星として見ていました。
ここ数世紀、望遠鏡で見た火星の姿が変化したことにより、火星の気候は地球と似ていると考えられるようになった。
宇宙時代の最初の観測では、クレーターだらけの月のような世界しか見えなかったが、その後の探査で火星にはかつて液体の水が豊富にあったことが判明した。
これまでずっと、私たちは疑問を抱いてきました。火星に生命は存在したのだろうか？その答えを見つけるために次のステップに踏み出す皆さんに、安全な旅と発見の喜びを祈っています。」

すべての日時計には日付も刻まれている（それが日時計の伝統だとノードグレン氏は説明する）ほか、標語も刻まれている。キュリオシティの日時計には「Mars 2012」と「To Mars to explore」と刻まれている。

「これは科学的プロセスを体現したものです。この新しい宇宙船で何を発見できるか誰にも分かりません」とノードグレン氏は言う。

ノードグレン氏は、コーネル大学の大学院生だったころ、スピリットとオポチュニティの主任研究員であるスティーブ・スクワイアズ氏に師事し、MER火星日時計の製作を始めた。同氏は日時計を製作、収集しており、日時計に魅了されていると語る。

「日時計は美しく、精密で、天文学と時間計測を結びつける素晴らしい工学と芸術の作品です」と彼は語った。「人々は何千年もの間、何らかの形で日時計を使ってきました。私は日時計が素晴らしいと思います。火星の表面で、21世紀の技術と古代の技術が見事に交差しているのです。」