火星で死ぬ方法

私たちは火星に向かっています。NASAは2030年代までに宇宙飛行士を火星表面に着陸させる計画を立てています。SpaceXなどの民間宇宙飛行会社も火星に独自のコロニーを設立することに関心を示しており、悪名高いMars Oneプロジェクトでは、2020年に私たちの隣の惑星への片道旅行に民間人をすでに募集しています。

多くの人が残りの人生を火星で過ごすことを夢見ているかもしれませんが、その日々は数えられるかもしれません。火星の環境は地球の生命にとって大きな課題であり、火星に居住地を確立するには、住民の安全を確保するために並外れたエンジニアリング能力と技術的ノウハウが必要になります。

火星で宇宙飛行士の生命を維持するために必要な技術はまだ整っておらず、完成するまでには何年もかかるかもしれない。

火星に人類を輸送するために必要な打ち上げロケットはもうすぐ完成するかもしれないが、宇宙飛行士を火星で生き延びさせるために必要な技術の多くはまだ準備が整っておらず、完成するまでには何年もかかるかもしれない。できるだけ早く火星に行きたいと切望している人は注意が必要だ。あまりに早く火星に向かうと、多くの悲劇的な結末が待ち受けている。

クラッシュするよ

深宇宙の旅に何ヶ月も費やし、ついに赤い惑星の周回軌道に到達したとしましょう。おめでとうございます! 次は地表に降りる必要がありますが、これは難しい作業です。

問題は火星の大気です。火星の周囲の空気は非常に薄く、地球の周囲の大気の約 100 倍の密度です。火星に帰還する宇宙船は、パラシュートと大気の抗力の組み合わせを利用して減速します。物体が重いほど、表面に激突するのを防ぐためにより大きな抗力が必要になります。

しかし、火星の周囲には大気がほとんどないため、大量の物体を静かに火星に着陸させるのは困難だろう。重い物体は降下中に速度が上がりすぎて、深い衝突を引き起こすことになる。

「大気圏を抜けて地表に到達する方法は重大な課題です」とNASA探査ミッション計画室副部長のブレット・ドレイク氏はポピュラーサイエンス誌に語った。「現在の着陸技術では、火星に着陸できるのは1トンだけです。これでは植民地を建設するには不十分です。もっと大きな能力が必要になります。」

ドレイク氏によると、NASA は、惑星居住に必要なすべての宇宙飛行士と物資を安全に地表に降ろすために、1 回の飛行で 20 ～ 30 トンの着陸を行う必要があるという。これを実現するために、NASA はユニークな着陸機の設計、特に膨張式低密度超音速減速機を考案している。象徴的な空飛ぶ円盤のような形をした LDSD の円盤形状と膨張式バルーンの追加により、着陸機の表面積が大きくなり、より薄い大気でも減速できるようになる。

LDSD は地球上でまだテスト中であり、6 月にはハワイでテストが予定されている。着陸機がこれほど重い積荷を火星の表面に着陸させることができるかどうかはまだ不明である。

Mars OneとSpaceXに関しては、火星に着陸する計画についてはまだ具体的な情報は発表されていない。

凍りつくよ

火星へようこそ！（無事に着陸できたと仮定します。）新しい家の気象条件を把握する時間です。

火星の平均気温は華氏マイナス81度程度だが、季節、時間帯、場所によって大きく変動し、赤道付近では華氏86度、極付近では華氏マイナス284度まで変化する。つまり、宇宙飛行士は厳しく厳しい寒さに耐えられる装備を身に着けなければならないということだ。

NASA は、国際宇宙ステーションで人間を長年居住させてきたおかげで、変動する気温から宇宙飛行士を守る方法について多くのことを学んできました。太陽にさらされると、ISS は 200 度を超える熱に耐え、その後、地球の夜側ではマイナス 200 度の温度に急降下します。ISS と宇宙飛行士の宇宙服は、特別な熱制御システムと昇華などのプロセスを使用して、余分な熱をはじき、人々を寒さから守ります。

しかし、これらの制御システムは真空中でうまく機能するように設計されている。火星の大気圏での宇宙服や居住空間にはまったく新しい方法が必要になる。火星の大気圏は薄いが、宇宙服との間で熱を対流させるガスを含んでいる（地球上で風が私たちを冷やすのと似ている）。そのため、宇宙飛行士は急激な温度変化をはるかに厳しく感じることになる。

「寒冷環境では断熱性を高め、高温環境では熱を逃がす別の方法を提供するソリューションが必要です」とドレイク氏は言う。「真空中の宇宙服は魔法瓶に非常に似ていますが、火星の宇宙服はキッチンカウンターに置かれたコーヒーカップに非常に似ています。カウンタートップの普通のカップに入れたコーヒーは、魔法瓶に入れたコーヒーよりもずっと早く冷めてしまいます。」

飢えてしまうよ

火星表面の居住地での生活は、南極の辺境の研究基地での生活に多少似ている。これらの基地に必要な食料や物資はすべて他の大陸から調達する必要があり、貨物の補給ミッションは頻繁に行われるわけではない。

火星は南極よりも主流の文明から少しだけ離れており、火星の居住地への補給ミッションは完了までに数か月から数年かかるでしょう。赤い惑星で植民地が生き残りたいと望むなら、食料に関しては何らかの形で自給自足できる必要があります。つまり、惑星間農業のスキルが必要になります。

マーズワンの計画は、人工照明の下で屋内で作物を育てることだ。プロジェクトのウェブサイトによると、居住区内の80平方メートルのスペースが植物の栽培に充てられ、火星の土壌にあると推定される水と、最初の4人の乗組員が排出する二酸化炭素を使って植物が維持される。

「人間が排出する_{二酸化炭素}だけで維持できる作物の量は、乗組員の半数を養うのに十分です。」

しかし、昨年MITの研究者らが行った分析では、これらの数字が合わないことが判明した。

「4 人を無期限に養うために必要な作物を栽培する場合、乗組員が排出する二酸化炭素は作物を生育させるのに不十分です」と、MIT の航空宇宙エンジニアでこのレポートの主執筆者であるシドニー・ドーは言う。「つまり、作物は 12 日から 18 日で急速に枯れてしまいます。」 人を増やしても問題は解決しない。なぜなら、それでは食べるものが足りなくなるからだ。「人によって排出される_{二酸化炭素}だけで維持できる作物の量は、乗組員の食事必要量の半分しか賄えないのです」とドーは言う。まさにジレンマだ。

では、この問題を解決するにはどうすればいいのでしょうか。作物の栽培量を減らすことはできますが、それは宇宙飛行士にとって重要な食料源がいずれ枯渇することを意味します。あるいは、二酸化炭素を余分に導入する方法、たとえば_CO2除去技術などを見つけることもできます。火星の薄い大気からガスを吸収するこのような革新は、地球ではまだ初期段階です。しかし、このような技術が火星の居住地向けに開発されれば、作物の栽培量を増やすために使用することで、乗組員の酸素供給に何らかの影響が出る可能性があります。

窒息する（あるいは爆発する）

火星で作物を育てるのは、空腹の宇宙飛行士に食料を与えるためだけではない。植物は居住地にとって再生可能な酸素の重要な供給源となる。火星に重い酸素タンクを継続的に送るよりは、はるかに良い選択肢だ。酸素タンクは補給ミッションで貴重なスペースをあまりにも多く占有し、輸送にも多額の費用がかかる。

研究によると、火星の土壌では植物が育つ可能性があるが、火星の重力環境で作物が栽培された例はまだなく、植物がそもそも生き残れるかどうかを調べるにはさらなるテストが必要だ。しかし、それがうまくいけば、複数人の乗組員を養うために必要な植物は大量の酸素を生成することになる。そして、それは必ずしも良いことではない。

Do の報告書によると、密閉された環境で酸素が多すぎると、乗組員の酸素中毒のリスクが高まり、さらに悪いことに自然爆発を引き起こす可能性がある。そのため、居住区から_酸素を排出する必要がある。これを行うには、宇宙飛行士はガス流から酸素を分離する特殊な方法が必要になる。地球上でこれを行う方法はいくつかある (極低温蒸留と圧力スイング吸着) が、これらの技術はいずれも火星環境でテストされておらず、これらの技術を他の惑星で実行可能にするには、かなりの研究開発が必要になる。

「現時点では技術が確立されていないため、大幅な技術開発が必要です」とドゥ氏は言う。「この居住施設に必要な技術は地球上でも機能しますが、多くの人間の手が必要であり、非常に大規模です。宇宙環境での実用化という点では、小型化、コスト削減、信頼性の向上が必要になります。」

最近、NASA は火星で「エコポイエーシス」を提案した。これは、生命を支える機能的な生態系を作るというものだ。NASA の考えは、地球の特定の生物、たとえばシアノバクテリアを火星に送り、火星の岩だらけの地形で酸素を生成できるようにするというものだ。NASA の声明によると、「最終的には、バクテリアや藻類による変換システムを通じてエコポイエーシスで生成された酸素を囲むバイオドームが火星に点在し、探検隊の住居となるかもしれない」という。しかし、NASA は、生物がどれだけの二酸化炭素を必要とするか、また、乗組員が作り出す空気で生物を維持できるかどうかについては何も語らなかった。

そして、MOXIE（火星酸素現地資源利用実験）は、植物由来の酸素への依存をなくす可能性がある。MITの研究者が開発したこの機械は、火星の大気から二酸化炭素を取り出し、それを酸素と一酸化炭素に分解する。MOXIEの小規模バージョンは、2020年に打ち上げが予定されているNASAの次期探査車に搭載されて火星に向かう。これが成功すれば、MOXIEは作物栽培の難題を回避して再生可能な酸素源を提供できる可能性がある。

そこにたどり着けないかもしれない

これらすべてのシナリオは、そもそも実際に火星にたどり着いた場合にのみ重大な問題になります。しかし悲しいことに、その旅で生き残れない可能性もあります。宇宙船のハードウェアに問題が生じたり、宇宙ゴミに偶然遭遇したりしない限り、宇宙には簡単には避けられない大きな脅威が潜んでいます。それは放射線です。

地球の低軌道を超えると、深宇宙環境は宇宙線（高エネルギー粒子）で満たされます。この宇宙放射線は宇宙船の壁を簡単に貫通し、長期間の曝露は人間の健康に奇妙な影響を及ぼす可能性があります。

マウスに関する最近の研究では、宇宙線への長期曝露が脳に何らかの異常な変化を引き起こす可能性があることが明らかになった。マウスを模擬宇宙線にさらした後、研究者はマウスが脳の重要なシナプスを多数失っていることに気づいた。その後のマウスの行動研究では、マウスの好奇心が減り、混乱しているように見えた。これは不気味な結果であり、将来の火星旅行に不安な影響を与える。

地球の低軌道を超えると、深宇宙環境は宇宙線で満たされます。

しかし、おそらくもっと憂慮すべきなのは、宇宙放射線ががんになる可能性を高めることが知られていることだ。現在、NASA は、宇宙飛行士の生涯にわたる宇宙放射線への曝露量を各自のキャリアを通じて監視している。宇宙放射線による致命的ながんのリスクが 3 パーセント増加した場合、NASA はその宇宙飛行士を永久に飛行禁止にする。

宇宙ステーションでは、地球の磁場のおかげで宇宙飛行士は宇宙線から部分的に保護されているため、3%の制限に達するまでにある程度の時間がかかります。しかし、何年にもわたる深宇宙の旅では、彼らを安全に保つ磁気圏はありません。さらに、宇宙飛行士の中には、他の宇宙飛行士よりも放射線被曝の影響を受けやすい人もいるかもしれません。

「NASA​​の予測モデルでは、女性は一般的に男性より長生きするため、同じ量の被爆でも生涯で男性よりがんを発症する可能性がはるかに高い」と、国立宇宙生物医学研究所（NSBRI）の副主任科学者ドリット・ドノビエル氏は言う。「計算によると、ミッション期間中の累積被爆量が生涯がんリスクの最大許容値である3％を超えるため、女性はおそらく火星に行くべきではない」

火星か破滅か？

これらすべては、非常に残念なことのように思えるかもしれないが、火星に向かう前にどれだけ多くの障害を乗り越えなければならないかを浮き彫りにしている。NASAもまだ準備が整っていないことを認めており、同宇宙機関は現在、火星の宇宙飛行士を安全に保つ方法について一般の人々からアイデアを募集している。「火星への旅チャレンジ」と名付けられたこのコンテストでは、赤い惑星で人類が生存するために必要な要素を開発する方法を考案した3人の優勝者に5,000ドルが授与される。

NASAは同チャレンジに関する声明で、「これには、避難場所、食料、水、呼吸可能な空気、コミュニケーション、運動、社会的交流、医薬品などが含まれる可能性があるが、参加者はこれらの例を超えた革新的かつ創造的な要素を考慮することが推奨される」と述べた。

スペースXの火星ミッション計画についてはほとんど知られていないが、CEOのイーロン・マスクは今年後半に詳細を発表したいと述べている。しかしNASAのチャールズ・ボールデン長官は、スペースX、マーズワン、そして太陽から4番目の岩石を訪れるという大きな夢を持つ他のすべての民間企業に、支援が必要になるだろうというメッセージを送っています。4月に宇宙とテクノロジーに焦点を当てた米国下院委員会の会議で、ボールデン長官は、困難にもかかわらず火星に到達しようとするNASAの努力に自信を示したが、すべての民間の取り組みにはそれほど自信がない。「NASA​​と政府の支援がなければ、民間企業は火星に到達できません。」

火星の居住地で長期にわたって生き延びることの難しさは、アンディ・ウィアーのデビュー小説『オデッセイ』でも取り上げられており、今年後半にハリウッド映画化される予定だ。この本は、乗組員に死んだと勘違いされて火星を去った後、一人で火星で生き延びようと奮闘する宇宙飛行士マーク・ワトニーを追う。ワトニーは、自家栽培の食料や水の賢い調達方法など、大きな障害を乗り越えなければならない。ウィアーは、NASAが共有している考えに同調している。「適切な技術がすべて揃っていても、完璧に遂行されるミッションのために準備するだけではだめだ」。「火星旅行で主にしなければならないのは、失敗を考慮することです」と彼は言う。「ミッション計画であれこれ考慮に入れるにはどうしたらいいのでしょうか。本のために、『なあ、何が壊れる可能性があるんだ？』と想像力を働かせていました。しかし、まだ解決していないこと、問題がいくつもあるのです。」

ウィアー氏の本は最悪のシナリオに焦点を当てているが、彼は人類がいつかは隣の惑星に到達できると確信している。ただ、それには多くの時間と多額の資金がかかるだろう。「火星に行くのは途方もない仕事であり、現在の技術では実現できないと思います」とウィアー氏は言う。「しかし、それは可能です。それは実現するでしょう。」