月・火星を訪ねる旅行
2023年刊
寺薗淳也監修
監修者の経歴
寺薗淳也は1967年、東京都に生まれた惑星科学者である。名古屋大学理学部地球科学科を卒業し、東京大学大学院で地球惑星物理学を研究した。宇宙開発事業団、JAXA、日本宇宙フォーラムなどを経て、合同会社ムーン・アンド・プラネッツの代表となった。月探査機かぐやや小惑星探査機はやぶさに関連する活動に携わり、月・惑星探査の情報システムや科学広報を専門としてきた。月探査情報ステーションの編集長を務め、宇宙探査の成果を一般社会に伝える活動にも力を注いでいる。
本書の内容
1.宇宙旅行を計画する
本書は、高額宝くじに当選した家族が宇宙旅行を計画するという、親しみやすい漫画から始まる。普通の家族が突然大きな資金を手にし、せっかくなら宇宙へ行ってみたいと考える設定によって、読者は宇宙旅行を自分自身の問題として想像できるようになる。地球上の旅行であれば、目的地までの交通手段、宿泊先、観光名所、旅行費用などを調べることになるが、宇宙旅行ではそれに加えて、宇宙船の性能、無重量状態、放射線、酸素や水の確保、帰還方法などを考えなければならない。特に月や火星への旅行は、地球周回軌道への旅行とは異なり、目的地までの距離がはるかに長く、宇宙船の中で過ごす時間も増える。そのため、旅行の計画を立てるという身近な発想から出発しながらも、自然に宇宙科学や宇宙工学の基本的な問題へと理解が広がっていく。本書は、宇宙旅行を実際に予約できる商品として扱うのではなく、将来実現するかもしれない旅行を想像し、そのために必要な科学技術を学ぶ教材として構成されている。
2.月はどんな天体か
月は地球から平均約38万4400キロメートル離れた天体であり、人類が地球以外で実際に足を踏み入れた唯一の天体である。直径は約3474キロメートルで、地球の約4分の1に相当し、表面重力は地球の約6分の1である。月には地球のような厚い大気が存在せず、昼夜の温度差が非常に大きいため、人間が宇宙服なしで活動することはできない。また、月面には隕石の衝突によって形成された多数のクレーターがあり、地球から暗く見える平坦な地域は、過去の火山活動によって形成された玄武岩質の平原である。月の昼と夜はそれぞれ約2週間続くため、月面で生活する場合には、長い夜の間も電力や熱を確保する必要がある。本書は、月を夜空に浮かぶ身近な天体として見るだけでなく、実際に訪問する旅行先として考えた場合、どのような自然環境に直面するのかを紹介している。月は地球に最も近い本格的な宇宙探査の目的地であるが、人間が安全に滞在するためには、高度な生命維持技術と設備が必要である。
3.月周遊ツアーの魅力
月旅行の中でも、月面へ着陸するより先に実現する可能性があるものとして、本書は月の周囲を飛行して地球へ帰還する月周遊旅行を紹介している。月周遊旅行では、宇宙船が地球を出発し、数日間かけて月へ向かい、月の近くを通過するか周囲を回った後、再び地球へ戻る。月面へ着陸しないため、着陸船や月面での活動設備は必要ないが、地球周回軌道から遠く離れるため、宇宙船には長期間の生命維持能力や正確な航法技術が求められる。旅行者にとって最大の魅力は、地球上では決して見ることのできない角度から月の地形を観察し、遠く離れた地球を眺められることである。月の裏側は地球から直接見ることができないため、月の周囲を飛行することによって初めて観察できる景色もある。また、地球が宇宙の暗黒の中に浮かぶ姿は、人間が暮らす惑星を新しい視点から理解する経験となる。
4.アポロ計画の遺産
人類が月面へ到達した歴史を理解することは、将来の月旅行を考えるうえで欠かせない。1960年代、米国はソ連との宇宙開発競争の中でアポロ計画を進め、1969年7月にはアポロ11号によって人類初の月面着陸を実現した。その後、1972年までに合計6回の有人月面着陸が成功し、12人の宇宙飛行士が月面を歩いた。宇宙飛行士たちは月の岩石や土壌を採取し、科学観測装置を設置し、月の地質や形成過程について重要な情報を地球へ持ち帰った。しかし、アポロ計画は国家的な威信をかけた巨大事業であり、非常に大きな費用を必要としたため、その後は長期間にわたり有人月面探査が実施されなかった。本書は、月への旅行を未来の夢として紹介する一方で、既に人類が月面へ到達したという歴史的な事実にも目を向けさせる。将来の月旅行は、まったく未知の技術を一から発明するだけの挑戦ではなく、アポロ計画で蓄積された経験を現代の技術によって発展させる試みでもある。
5.アルテミス計画
本書で紹介される月面再進出の中心的な計画が、NASAのアルテミス計画である。アポロ計画が月面への到達を大きな目標としていたのに対し、アルテミス計画では、月面での継続的な探査と将来の長期滞在を視野に入れている。そのため、大型ロケットSLS、有人宇宙船オリオン、月着陸船、新しい宇宙服など、様々な技術の開発が進められている。2022年には無人のオリオン宇宙船を月の周囲へ飛行させるアルテミスIが実施され、月へ向かう宇宙船と地球への帰還技術が試験された。アルテミス計画には米国だけでなく、日本や欧州などの国際的なパートナーも参加しており、将来の月面活動を共同で支えることが想定されている。本書は、この計画を通じて、月への有人飛行が一度限りの探検ではなく、科学研究や資源利用を継続的に行う活動へと変わりつつあることを紹介している。
6.月周回拠点ゲートウェイ
月への継続的な探査を支える施設として、本書では月周回拠点ゲートウェイの構想が紹介されている。ゲートウェイは、地球の周囲を回る国際宇宙ステーションとは異なり、月の近くを周回する軌道に設置することが計画されている小規模な宇宙ステーションである。月へ向かう宇宙船が利用する拠点として、乗組員の滞在、科学実験、物資の保管、月面への移動支援などの役割が検討されてきた。月面での活動を継続するためには、宇宙飛行士や物資を繰り返し送り込む必要があり、そのための輸送体系を整えることが重要になる。ゲートウェイのような施設が整備されれば、月面探査を複数の任務に分けて計画し、国際的な協力によって進めることが可能になると期待される。一方、月周回拠点を建設することには費用と運用上の複雑さが伴い、月面へ直接向かう方式との比較も必要である。本書は、月への旅行を実現するためには、宇宙船だけでなく、目的地の周辺にどのような交通と滞在の仕組を整えるかが重要であることを示している。
7.月面基地はできるのか
月面基地は、人間が月へ一度訪れて帰還する段階から、長期間にわたり滞在し、科学研究や資源利用を継続する段階へ進むための重要な施設である。月面には呼吸できる大気がなく、昼夜の温度差が大きく、宇宙放射線や微小隕石の危険も存在するため、基地には密閉された居住施設、空気や水の循環装置、安定した電力供給設備、通信施設などが必要になる。特に注目されているのが月の南極付近であり、永久に太陽光が届かないクレーターの内部には水の氷が存在すると考えられている。水を現地で採取できれば、飲料水や酸素の供給に利用できるだけでなく、将来はロケット推進剤の製造にも応用できる可能性がある。また、月面の砂や岩石を建築材料として利用できれば、地球から輸送する物資を減らすことも期待できる。しかし、月面の資源を実際に採掘し、安定的に利用するためには、まだ多くの技術的な課題が残されている。本書は、月面基地の建設を、宇宙飛行士が生活する場所をつくるだけの計画ではなく、人間が地球以外の天体で持続的に活動するための技術を確立する挑戦として紹介している。
8.月から地球へ帰る
月旅行では、目的地へ到達することだけでなく、安全に地球へ帰還することが極めて重要である。月の周囲を飛行する旅行では、宇宙船の軌道を適切に設定し、月の重力を利用するなどして地球へ向かう経路を確保する必要がある。月面に着陸する旅行では、更に月面から宇宙船を打ち上げ、必要に応じて月周回軌道上の母船と合流し、地球へ向かわなければならない。月には地球のような厚い大気がないため、月面からの離陸は地球からの打ち上げとは異なる条件で行われるが、宇宙船の推進装置や誘導装置が正確に作動することは不可欠である。地球へ帰還する際には、宇宙船が非常に大きな速度で大気圏へ突入するため、機体を高温から守る耐熱技術が必要になる。また、地球から月までの距離は比較的近いとはいえ、緊急時に直ぐに帰還できる訳ではなく、乗組員は一定期間、自分たちで生命を維持しなければならない。本書は、月旅行を往路だけの冒険としてではなく、出発から帰還までを一体として考えることの重要性を示している。
9.日本企業と月開発
月への旅行や探査が発展するためには、国家の宇宙機関だけでなく、民間企業による技術開発も重要になる。本書では、日本の民間企業が宇宙開発にどのように関わっているのかを紹介するコラムが設けられている。宇宙産業にはロケットや宇宙船の製造だけでなく、通信、精密機器、電子部品、ロボット、材料、情報処理など、多くの分野が関係している。月面で活動するためには、宇宙飛行士を輸送する宇宙船のほかにも、無人探査車、物資運搬装置、発電設備、通信装置、居住施設などが必要になるため、様々な企業が技術を提供する余地がある。日本には精密機械やロボット、材料技術などの産業基盤があり、それらを宇宙開発に応用することが期待されている。月面への輸送サービスを目指す民間企業の活動も、宇宙産業の新しい可能性を示している。
10.火星はどんな惑星か
本書の第二のガイドでは、月よりもはるかに遠い火星への旅行と探査が取り上げられる。火星は太陽系の第四惑星であり、地球と同じ岩石惑星である。直径は地球の約半分、一日の長さは約24時間37分で、地軸が傾いているため季節の変化も存在する。しかし、火星の大気は非常に薄く、主成分は二酸化炭素であり、平均気温は地球より大幅に低い。地表には巨大な火山や峡谷、隕石の衝突によるクレーターがあり、かつて液体の水が流れていたことを示す地形も見つかっている。また、極地や地下には水の氷が存在し、将来の有人探査や資源利用にとって重要な対象となっている。火星が人類の移住先として注目されるのは、地球に比較的似た性質を持つ岩石惑星であり、水などの現地資源を利用できる可能性があるためである。しかし、地球と同じように生活できる環境が整っている訳ではなく、人間が滞在するためには宇宙服や密閉された居住施設が不可欠である。本書は、火星を単に赤く見える遠い惑星としてではなく、将来人間が実際に訪れる可能性のある世界として紹介している。
11.火星への長い航海
火星旅行が月旅行と大きく異なるのは、目的地までの距離と移動時間である。月へは数日間で到達できるが、火星へ向かう場合には、地球と火星の位置関係や宇宙船の推進方式によって、一般に数か月程度の航行が必要になる。地球と火星は太陽の周囲を異なる周期で公転しているため、いつでも同じ条件で出発できる訳ではなく、効率的な航行に適した時期が約26か月ごとに訪れる。更に、火星へ到達した後も、地球へ帰還するために惑星の位置関係が適切になるまで待つ必要がある。そのため、火星への有人探査は、月旅行のように短期間で往復する計画とは異なり、長期間の宇宙航行と現地滞在を組み合わせた事業になる。乗組員は、その間に必要な食料、水、酸素、医療用品などを確保し、宇宙放射線や機器の故障にも対応しなければならない。また、地球との通信には距離に応じた時間の遅れが発生するため、緊急時に地上から即座に指示を受けることはできない。本書は、火星への旅が単にロケットを遠くまで飛ばす問題ではなく、人間が長期間にわたって地球から離れて生活する能力を試す挑戦であることを示している。
12.火星への有人着陸
火星への有人着陸は、現代の宇宙開発が目指す最も大きな目標の一つである。火星へ人間を送り込むためには、大型宇宙船の開発だけでなく、火星の大気圏への突入、地表への安全な着陸、居住施設の設置、地球への帰還など、多くの技術的課題を解決する必要がある。火星には薄い大気が存在するため、着陸時には空気抵抗を利用して減速することができるが、その大気は地球ほど厚くないため、パラシュートだけで大型の有人宇宙船を安全に着陸させることは難しい。また、火星の重力は地球の約38％であり、長期間滞在した人間の身体にどのような影響が生じるかについても、十分な実証データがない。火星へ到着した宇宙飛行士は、地表の地質や水の痕跡を調査し、生命の存在可能性を探るとともに、将来の基地建設に必要な情報を集めることになる。本書は、火星への有人着陸を科学技術の大きな目標として紹介しながら、それが単に月面着陸を繰り返すものではなく、はるかに長い距離と時間、複雑な環境条件に挑む計画であることを説明している。
13.極地生活から学ぶ
本書では、火星での生活を想定した極地での活動経験を持つ村上祐資へのインタビューが紹介されている。南極などの極地は、低温で厳しい自然環境にあり、外部との移動や物資の補給にも制約が生じるため、将来の宇宙基地での生活を考える上で参考になる。火星では、少人数の乗組員が長期間にわたって限られた居住施設の中で生活し、互いに協力しながら科学研究や設備の保守を行わなければならない。その際には、食料や水、電力を計画的に利用する能力に加え、人間関係を良好に保ち、精神的な負担を管理することが重要になる。極地での生活経験は、厳しい環境での共同生活や危機対応を考えるための有益な手がかりとなる。ただし、南極には呼吸できる大気があり、地球との物理的な連絡も可能であるため、火星の環境を完全に再現できる訳ではない。本書は、火星への有人探査を実現するためには、宇宙船やロケットの技術だけでなく、人間が孤立した環境でどのように暮らし、協力するかを理解する必要があることを示している。
14.地球外生命を探す
火星やほかの惑星を探査する大きな目的の一つは、地球以外にも生命が存在するのかを明らかにすることである。地球上の生命は水を必要としており、太陽系のほかの天体でも、液体の水が存在する場所は生命探査の重要な候補となる。火星には過去に川や湖が存在したと考えられる地形があり、古代の火星が現在よりも温暖で湿潤な環境を持っていた可能性がある。そのため、かつて微生物のような生命が存在していたのではないかという仮説が研究されている。また、木星の衛星エウロパや土星の衛星エンケラドスには、氷の下に液体の水が存在すると考えられており、地球外生命を探す上で注目されている。本書は、宇宙人という言葉から連想される知的生命体だけでなく、微生物のような単純な生命も重要な研究対象であることを理解させる。もし地球とは独立に誕生した生命が発見されれば、生命は宇宙の中でどれほど一般的な現象なのかという根本的な問いに、大きな手がかりが得られることになる
15.火星移住は可能か
火星への有人探査が成功したとしても、それが直ぐに人間の移住を可能にする訳ではない。火星で長期間生活するためには、呼吸に必要な酸素、飲料水、食料、電力、医療設備、通信手段などを安定して確保しなければならない。地球から全ての物資を輸送し続けることは費用面で難しいため、将来の火星基地では現地資源の利用が重要になる。例えば、火星の地下に存在する氷から水を取り出し、それを飲料水や酸素の製造に利用することが考えられる。また、火星の大気に含まれる二酸化炭素を利用して酸素や燃料を製造する技術も研究されている。食料については、密閉された温室や人工的な栽培施設で植物を育てる方法が検討されている。しかし、火星では宇宙放射線、低温、薄い大気、砂嵐などの問題が存在し、地球のように自由に屋外で生活することはできない。更に、長期間の低重力環境が人間の健康や次世代の成長に与える影響についても、多くの疑問が残されている。本書は、火星移住を単なる空想として片づけるのではなく、どのような条件を満たせば人間が生活できるのかを具体的に考える機会を与えている。
16.金星と彗星の探査
本書は月や火星だけでなく、金星や彗星などの探査についても紹介している。金星は地球に近い大きさを持つ岩石惑星であるが、非常に厚い二酸化炭素の大気に覆われ、地表の温度は約460度に達するため、人間が訪れる場所としては極めて厳しい環境にある。一方、金星の大気や気象を調べることは、惑星の気候がどのように変化するのかを理解する上で重要であり、日本の探査機あかつきも金星の大気観測に取り組んできた。彗星は氷や塵などを含む小天体であり、太陽に近づくとガスや塵を放出して特徴的な尾を形成する。彗星には太陽系が形成された初期の物質が比較的よく残されていると考えられており、その成分を調べることで太陽系の起源について知ることができる。宇宙探査は人間が旅行できる場所を探すだけの活動ではなく、様々な天体を比較することで、地球や太陽系の成り立ちを明らかにする科学研究でもある。本書は、月や火星への旅行という身近なテーマから出発しながら、太陽系全体へと読者の関心を広げている。
17.はやぶさ2の成果
日本の小惑星探査機はやぶさ2は、地球から遠く離れた小惑星リュウグウを探査し、地表の試料を採取して地球へ持ち帰ることに成功した。リュウグウのような小惑星には、太陽系が形成された初期の物質が残されていると考えられており、その成分を詳しく分析することで、地球や惑星の形成過程、水や有機物の起源について理解を深めることができる。はやぶさ2は2014年に打ち上げられ、2018年にリュウグウへ到着し、2019年には地表への着陸と試料採取を行った。そして2020年、試料を収めたカプセルを地球へ帰還させた。回収された試料からは水を含む鉱物や多様な有機物などが確認され、太陽系初期の物質を研究するための貴重な情報が得られている。本書は、こうした成果を通じて、宇宙探査が生命の起源に迫る研究でもあることを紹介している。小惑星の試料を地球へ持ち帰る技術は、将来の月や火星からの試料回収、宇宙資源の利用などにもつながる可能性がある。日本の無人探査技術は、人類が更に遠い宇宙へ進出するための重要な基盤の一つとなっている。
18.初代はやぶさの挑戦
初代はやぶさは、世界で初めて小惑星への着陸と試料回収を実現した探査機として、日本の宇宙開発史に大きな足跡を残した。2003年に打ち上げられたはやぶさは、2005年に小惑星イトカワへ到着し、その形状や表面の様子を詳しく観測した。その後、地表へ接触して試料の採取を試みたが、探査機は様々な機器の故障や通信の問題に直面した。燃料漏れや姿勢制御の異常などによって地球への帰還が危ぶまれたものの、地上の技術者たちは限られた機能を利用して運用を続け、2010年に試料カプセルを地球へ帰還させることに成功した。この成果は、小さな天体へ接近し、精密な位置制御を行い、試料を持ち帰るという高度な技術が実現可能であることを示した。はやぶさの挑戦は、宇宙探査では予期しない問題が発生しても、科学者や技術者が知恵を集めることで困難を克服できる場合があることを示している。本書は、こうした日本の探査機の成果を紹介することで、宇宙開発を海外の大規模な有人計画だけのものではなく、日本も独自の技術によって貢献できる分野として描いている。
19.宇宙に関わる仕事
本書の第三のガイドでは、宇宙に関わる仕事と、宇宙を身近に体験できる施設が紹介されている。宇宙開発というと、宇宙飛行士やロケットの設計者を思い浮かべる人が多いが、実際には非常に幅広い職業によって支えられている。ロケットや宇宙船を開発する機械技術者、電子機器や通信装置を設計する技術者、宇宙船の飛行経路を計算する研究者、人工衛星のデータを分析する専門家、宇宙飛行士の健康を管理する医師など、多くの人々が協力して宇宙開発を進めている。また、宇宙旅行が発展すれば、乗客の訓練、旅行計画の作成、宇宙港の運営、宿泊施設の管理、保険、観光サービスなど、従来の宇宙開発とは異なる仕事も増える可能性がある。更に、宇宙に関する知識を社会へ伝える教育者、作家、映像制作者、科学館の職員なども重要な役割を担っている。本書は、宇宙へ行くことだけが宇宙に関わる方法ではなく、様々な専門分野から宇宙開発に参加できることを示し、読者が将来の進路を考えるきっかけを与えている。
宇宙旅行が開く未来
本書は、月や火星への旅行を紹介するだけでなく、人類が将来どのように宇宙と関わっていくのかを考えさせる内容となっている。これまで人間は、宇宙を地球から観測し、探査機を送り込み、限られた宇宙飛行士を宇宙へ派遣してきた。しかし、宇宙輸送技術や生命維持技術が発展すれば、宇宙を訪れる人々が増え、月面や火星で長期間生活する可能性も広がる。そのためには、宇宙船の安全性を高め、輸送費用を削減し、現地の資源を利用する技術を確立する必要がある。また、宇宙開発を持続的な活動とするためには、宇宙ごみの問題や天体環境の保護、国際的な協力なども考えなければならない。宇宙旅行が実現すれば、人間は地球を外側から眺め、月や火星の自然環境を直接体験することができるようになるかもしれない。しかし、その未来は自動的に訪れるものではなく、科学研究や技術開発に携わる多くの人々の努力によって形づくられる。本書は、宇宙旅行を夢見ることと、その実現に必要な現実的な課題を理解することを結びつけ、未来の宇宙社会を考えるための入り口を提供している。