第10章地球に似た惑星――金星と火星Earthlike Planets: Venus and Mars

The evidence about ancient rivers and lakes of water on Mars discussed so far suggests that, billions of years ago, martian temperatures must have been warmer and the atmosphere must have been more substantial than it is today. But what could have changed the climate on Mars so dramatically?

ここまで述べてきた、火星の古い川や湖の証拠は、数十億年前には、気温が今より高く、大気も今より厚かったに違いないことを示唆する。では、何が火星の気候を、これほど劇的に変えたのだろうか。

We presume that, like Earth and Venus, Mars probably formed with a higher surface temperature thanks to the greenhouse effect. But Mars is a smaller planet, and its lower gravity means that atmospheric gases could escape more easily than from Earth and Venus. As more and more of the atmosphere escaped into space, the temperature on the surface gradually fell.

火星も地球や金星と同じく、温室効果によって、おそらく高い表面温度で誕生したと考えられている。しかし火星は小さな惑星であり、重力が弱いため、大気の気体は、地球や金星より容易に逃げ出せた。大気が次々と宇宙へ逃げるにつれて、表面温度はしだいに下がっていった。

Eventually Mars became so cold that most of the water froze out of the atmosphere, further reducing its ability to retain heat. The planet experienced a sort of runaway refrigerator effect, just the opposite of the runaway greenhouse effect that occurred on Venus. Probably, this loss of atmosphere took place within less than a billion years after Mars formed. The result is the cold, dry Mars we see today.

やがて火星は、水の大部分が凍って大気から取り除かれるほど寒くなった。そのため、大気が熱を保持する能力は、さらに低下した。火星は、一種の暴走する冷却効果を経験したのである。金星で起きた暴走温室効果とは、ちょうど逆だ。おそらく、この大気の喪失は、火星の形成後、10億年未満のうちに起きた。その結果が、今日私たちが見る、冷たく乾いた火星である。

Conditions a few meters below the martian surface, however, may be much different. There, liquid water (especially salty water) might persist, kept warm by the internal heat of Mars or the insulating layers of soil and rock. Even on the surface, there may be ways to change the martian atmosphere temporarily.

しかし、火星の表面から数m下の条件は、大きく異なるかもしれない。そこでは、火星内部の熱や、土壌と岩石からなる断熱層によって温かさが保たれ、液体の水、特に塩水が、存在し続ける可能性がある。表面についても、火星の大気を一時的に変える方法が、あるかもしれない。

Mars is likely to experience long-term climate cycles, which may be caused by the changing orbit and tilt of the planet. At times, one or both of the polar caps might melt, releasing a great deal of water vapor into the atmosphere. Perhaps an occasional impact by a comet might produce a temporary atmosphere that is thick enough to permit liquid water on the surface for a few weeks or months. Some have even suggested that future technology might allow us to terraform Mars—that is, to engineer its atmosphere and climate in ways that might make the planet more hospitable for long-term human habitation.

火星では、軌道や自転軸の傾きの変化により、長期的な気候の周期変動が起きる可能性が高い。ときには、片方または両方の極冠が融け、大量の水蒸気を大気へ放出するかもしれない。たまに彗星が衝突すれば、数週間から数か月の間、地表に液体の水を存在させられるほど厚い、一時的な大気をつくる可能性もある。将来の技術なら、火星をテラフォーミングできるかもしれないと提案する人さえいる。つまり、長期にわたる人間の居住に、もっと適した惑星になるよう、大気と気候を人為的につくり変えるのである。

If there was running water on Mars in the past, perhaps there was life as well. Could life, in some form, remain in the martian soil today? Testing this possibility, however unlikely, was one of the primary objectives of the Viking landers in 1976. These landers carried miniature biological laboratories to test for microorganisms in the martian soil. Martian soil was scooped up by the spacecraft’s long arm and placed into the experimental chambers, where it was isolated and incubated in contact with a variety of gases, radioactive isotopes, and nutrients to see what would happen. The experiments looked for evidence of respiration by living animals, absorption of nutrients offered to organisms that might be present, and an exchange of gases between the soil and its surroundings for any reason whatsoever. A fourth instrument pulverized the soil and analyzed it carefully to determine what organic (carbon-bearing) material it contained.

過去の火星に流水があったなら、生命もいたかもしれない。現在も、何らかの形の生命が、火星の土壌に残っているのだろうか。可能性がどれほど低くても、それを調べることは、1976年のバイキング着陸機の主要目標の一つだった。着陸機には、土壌中の微生物を調べる小型の生物実験室が搭載されていた。長いアームですくい上げた土壌を実験室に入れ、外部から隔離したうえで、さまざまな気体、放射性同位体、栄養分に触れさせ、培養して何が起こるかを調べた。実験では、生きた動物の呼吸の証拠、存在するかもしれない生物へ与えた栄養分の取り込み、そして理由を問わず、土壌と周囲との間に起こる気体の交換を探した。第四の装置では、土壌を粉砕し、どのような有機物、つまり炭素を含む物質があるかを、詳しく分析した。

The Viking experiments were so sensitive that, had one of the spacecraft landed anywhere on Earth (with the possible exception of Antarctica), it would easily have detected life. But, to the disappointment of many scientists and members of the public, no life was detected on Mars. The soil tests for absorption of nutrients and gas exchange did show some activity, but this was most likely caused by chemical reactions that began as water was added to the soil and had nothing to do with life. In fact, these experiments showed that martian soil seems much more chemically active than terrestrial soils because of its exposure to solar ultraviolet radiation (since Mars has no ozone layer).

バイキングの実験は非常に高感度だった。仮に探査機が、南極という例外の可能性を除き、地球のどこかへ着陸していたなら、容易に生命を検出しただろう。しかし、多くの科学者と一般の人々の期待に反し、火星では生命が検出されなかった。土壌による栄養分の取り込みと気体の交換の実験では、確かに何らかの活動が見られた。しかし、おそらくそれは、土壌に水を加えたことで始まった化学反応によるもので、生命とは無関係だった。実際、これらの実験は、火星の土壌が、太陽の紫外線にさらされるため、地球の土壌より化学的にはるかに活発らしいことを示した。火星にはオゾン層がないからである。

The organic chemistry experiment showed no trace of organic material, which is apparently destroyed on the martian surface by the sterilizing effect of this ultraviolet light. While the possibility of life on the surface has not been eliminated, most experts consider it negligible. Although Mars has the most earthlike environment of any planet in the solar system, the sad fact is that nobody seems to be home today, at least on the surface.

有機化学の実験では、有機物の痕跡は見つからなかった。有機物は、どうやら火星の表面では、この紫外線の殺菌作用によって破壊されるらしい。地表に生命がいる可能性が排除されたわけではないが、大部分の専門家は、その可能性をきわめて小さいと考えている。太陽系の惑星の中で、火星の環境が最も地球に似ているとはいえ、残念ながら、少なくとも地表には、今は誰も住んでいないようである。

However, there is no reason to think that life could not have begun on Mars about 4 billion years ago, at the same time it started on Earth. The two planets had very similar surface conditions then. Thus, the attention of scientists has shifted to the search for fossil life on Mars. One of the primary questions to be addressed by future spacecraft is whether Mars once supported its own life forms and, if so, how this martian life compared with that on our own planet. Future missions will include the return of martian samples selected from sedimentary rocks at sites that once held water and thus perhaps ancient life. The most powerful searches for martian life (past or present) will thus be carried out in our laboratories here on Earth.

しかし、約40億年前、地球で生命が始まったのと同時期に、火星でも生命が始まりえなかったと考える理由はない。当時、二つの惑星の表面条件は、とてもよく似ていた。そのため、科学者の関心は、火星の生命の化石を探すことへ移っている。将来の探査機が取り組む主要な問いの一つは、火星にかつて独自の生命が存在したか、そして、もし存在したなら、地球の生命と比べてどうだったか、ということである。将来のミッションには、かつて水があり、したがって古い生命もいたかもしれない場所の堆積岩から、試料を選んで持ち帰ることも含まれる。火星の過去または現在の生命を、最も強力な手段で探す作業は、こうして、ここ地球の実験室で行われることになる。

While the Perseverance rover is carefully collecting samples on Mars, we have no way at present to return them to Earth. Facing budget cuts, NASA has not yet designed the complex mission we will need to collect the tubes containing these samples, launch them into Mars' orbit, and transfer them to another rocket for the return voyage to Earth. Another challenge is to build a sample analysis facility that protects life on Earth from contamination by any martian organisms (as discussed further in the following Making Connections). Sterilization of the samples from Mars is not an option, since the primary objective of a Mars sample return is a search for evidence of life.

パーサヴィアランス探査車は、火星で慎重に試料を集めているが、現在のところ、それを地球へ持ち帰る手段はない。予算削減に直面するNASAは、必要な複雑なミッションを、まだ設計し終えていない。そのミッションでは、試料の入ったチューブを回収して火星の周回軌道へ打ち上げ、地球への帰路につく別のロケットへ移さなければならない。もう一つの課題は、火星の生物がいた場合の汚染から、地球の生命を守れる試料分析施設を建設することだ。これについては、続く「つながりを考える」で、さらに論じる。火星からの試料を滅菌することは、選択肢にはならない。サンプルリターンの主要な目的そのものが、生命の証拠を探すことだからである。