[비즈한국] 火星で水を発見した！しかし、実際は…今となっては太陽系で地球以外の天体に水の存在を確認することなど、それほど驚くようなニュースには聞こえない。当たり前にあるべきものをただ確認しただけのように聞こえるからだ。だが今回は、驚いてもいい。火星の表面で水が見つかったのではなく、火星の深い地下に海があるかもしれないという発見だからだ！木星の氷衛星エウロパのように、火星の内部にも大量の水で満たされた地下貯水池が存在する可能性がある！
これまで人類の火星移住を懐疑的に見ていた多くの天文学者たちの考えが変わるかもしれない。最近話題となっている火星地下の巨大な海の存在可能性に加え、これまで火星で水の痕跡を探そうとしてきた天文学者たちの物語を振り返る。
水の存在可能性は、火星を語る上で欠かせない重要なテーマだ。興味深いことに、火星は天文学者たちが扱い始めた当初から、水を抱えた世界だと考えられていた。イタリアの天文学者スキアパレッリが火星を観測して書いた『火星』という本に触発された20世紀の米国の天文学者（兼大富豪の事業家）パーシヴァル・ローウェルは、火星の表面に直線状の運河が非常に複雑に絡み合った痕跡を発見したと主張した。彼はそれが、火星人が極地にある白い氷を溶かし、水不足の赤道付近へ引くために建設した巨大構造物の跡だと主張した。
少々誇張混じりのローウェルの主張は、科学界だけでなく大衆文化にも多大な影響を与えた。自然と、火星には何らかの形で生命体が住んでいるだろうという漠然とした期待が投影され始めた。一時期は「火星人」という表現自体が「宇宙人」全体を指す言葉として使われるほどだった。
しかし、探査機や軌道船が火星のそばを通り過ぎるフライバイ探査が始まると、ローウェルの話が単なる誇張であるという悲しい事実が確認された。探査ロボットがそばを通り過ぎて見た火星表面には、人工建築物の痕跡や緑豊かな森どころか、水の一滴さえなかった。火星は赤く冷たく乾ききった、荒涼とした砂漠の惑星だった。そうして火星の惨憺たる実体が明らかになると、SF作品の中の宇宙人たちの故郷は、こっそりと火星から太陽系の外の遠い星へと移された。
だが、ローウェルが完全に間違っていたわけではない。宇宙人たちの「火星水道局」は存在しなかったが、火星に水があるはずだという期待は的外れではなかった。ローウェルの無念が少しずつ晴れるきっかけとなったのは、1972年にマリナー9号が火星表面で興味深い地質学的痕跡を発見した時からだ。
なんと4000kmに及ぶマリネリス峡谷をはじめ、火星のあちこちで水が流れて削れたと思われる乾いた川筋の痕跡が見つかった。1975年に地球を離れ、火星表面への着陸に成功したバイキング探査機は、ロボットアームで火星の土を直接すくい上げ、搭載されたガスクロマトグラフ質量分析計で土壌サンプルを分析した。すべてのサンプルから毎回水が検出された。ただ、サンプルの取り扱い方法に若干の問題があり、正確な水の含有量を知ることは困難だった。ともあれ、少なくとも1％以上の水が火星の土壌や岩石に含まれているという兆候を示した。
特に火星の極地も地球の南極や北極のように冷たい環境を維持しており、多くの水が氷として存在する可能性が高いと思われた。2008年、フェニックス着陸機が火星の北極に直接着陸した。そして、膨大な量の水の氷の存在を確認した。フェニックス着陸機は、ロボットアームの先端にある掘削装置で火星の表面を軽くこすり、痕跡を残した。その中で非常に有名なものがある。2列の小さな長方形の形に土を掘った溝に、NASAはそれぞれ「ドド」と「ゴールディロックス」という名前を付けた。フェニックスがこの溝を撮影して写真を分析したところ、最初は溝の中に明るく白い物質が存在したが、4日の間に徐々に消えた。これは水の氷が昇華して消えたものと見られる。
フェニックス着陸機が火星の表面に着陸した瞬間に撮った自撮り写真に奇妙なものが写っており、天文学者たちの間で議論が起きたこともある。着陸機の金属製ロボット脚の表面に、小さなできもののような粒がいくつも現れたのだ。一部の天文学者たちは、着陸過程で塩分を含むガスを噴射したため、寒い夜の間に火星の大気にあった水蒸気が周囲に凝結して付着し、一種の霜のようにロボット脚の表面に水滴が付いたものだと推定した。
2012年、NASAのキュリオシティ・ローバーが、かつて火星に水があったことを示す反論不可能な証拠をようやく発見した。火星の表面で、非常に滑らかで丸く削られた砂利と砂の存在を確認したのだ。これは小川で見られる丸石と似ていた。今は水が枯れているが、確実に過去には水が存在し、石を転がしながら削ったことを示す地質学的な証拠だった。
地球の広大な海に比べれば、今の火星は水が圧倒的に不足した冷たい砂漠だが、少なくとも数億年前には火星も地球に劣らない水の惑星、さらには生命の宝庫だった可能性が真剣に議論され始めた。
こうして火星の至る所に今なおそれなりに水が存在しているのなら、人類が火星に入植する未来を夢見ることができるのではないか？それは次元の異なる問題だ。多くの天文学者が火星進出を懐疑的に考える最大の理由は、遠い昔に火星の磁場が消滅したからだ。火星は地球より1.5倍太陽から遠いが、太陽から飛来する太陽風は依然として危険だ。残念ながら、体の小さい火星は自身の磁場を長期間維持できなかった。磁場は、太陽風から惑星の表面を保護する日焼け止めのような役割を果たす。火星の日焼け止めはすぐに干からびてしまい、その下に隠れていた大気や海も急速に消えてしまった。
磁場の不在は、火星の表面で生命体の痕跡を期待することを難しくする。ただ一つ、代替案がある。火星の厚い地殻そのものを、太陽風の脅威を防ぐ防空壕として使い、完全に地下へ入ることだ。自然と、天文学者たちの関心は火星の表面から、火星の地下世界へと向かい始めた。
火星はどうして磁場を失ったのか？火星表面の岩石の一部に残る痕跡を見ると、最初から磁場がなかったわけではなさそうだ。かつて火星にも磁場はあった。しかし、ある瞬間、地質学的に死亡宣告を受け、もはや強力な磁場を維持できなくなったのだ。その答えを知るには、火星の地中、内部を見なければならない。もちろん、火星をリンゴのように真っ二つに割って内部を見ることは不可能だ。その代わりに、火星に地震波が伝わる様相を調査すれば、火星内部の密度の異なる層がどのような規模でどのように分布しているかを把握できる。スイカをわざわざ切らなくても、指で叩いてどれくらい熟しているかを判断するのと似ている。
このために天文学者たちは、火星で初めて発生する地震（Earthquake）、いや「火星震（Marsquake）」を感知する地震計探査のためのインサイトミッションを行った。2018年11月に火星表面に着陸したインサイトは、2022年12月、太陽電池パネルに厚すぎる火星の塵が積もって電源が切れるまで、計4年にわたり火星の表面で1300回に及ぶ大地の揺れを感知した。もちろん、火星は地質学的に死んだ惑星なので、地球のように地殻プレートがぶつかり合って大地が揺れるわけではない。その代わりに、時折火星の表面に隕石が衝突する際、振動が四方八方に広がり火星震が発生する。
天文学者たちは、大地の密度、内部構造のサイズなど複数の変数を変えながら多様なモデルを作成した。その中には地下の貯水池という変数もあった。どのモデルを適用した時に、実際に感知された火星震データを最もよく再現できるかを確認した。今回の研究によると、火星の表面下10〜20kmの深さに水で満たされた巨大貯水池が存在すると仮定したモデルが、実際に観測された火星震データをほぼ100％に近い確率で最もよく説明した。
一見すると退屈な発見に聞こえるかもしれない。地球のように火星の表面に巨大な太平洋を発見したわけではないからだ。表面ではなく、火星の地下深くに隠れている貯水池の存在可能性が高いという発見だが、これがそれほどすごいことなのだろうか？そうではない。むしろ火星の表面ではなく地下であるため、より特別なのだ。
前述の通り、火星の表面は磁場の不在により、危険な太陽風にそのままさらされる。そもそも、これまで火星の表面で海や湖が無事だろうと期待すること自体ができない。仮に数億年前まで火星の表面の海や湖に低レベルで進化した微生物生態系が存在していたとしても、その痕跡さえも数億年にわたる太陽風のシャワーにさらされ、すべてきれいに殺菌されてしまった可能性がある。しかし、地下であれば話は変わる。火星の厚い地殻そのものが太陽風を防ぐ防御壁となり、その中に太陽風の妨害を受けることなく水、さらには生態系までもが今も残っている可能性を期待できるからだ！
今年10月、木星の周りを回る氷衛星エウロパの地下の海の成分をより間近で確認するため、エウロパ・クリッパー探査機が地球を離れる。厚い氷の下に隠れている海の中から、ひょっとすると宇宙生命体の痕跡を探す最初の一歩となる予定だ。50年前まで、火星は太陽系で宇宙生命体の痕跡が見つかる主人公として最も有力視されていた。しかし、相次ぐ探査でも直接的な証拠は出ず、天文学者たちは徐々にエウロパやタイタンといった他の場所へと目を向けた。だが、最近の発見で再び火星が注目されている。火星とエウロパ、どちらで先に宇宙生命体の痕跡を発見することになるだろうか？果たして太陽系で宇宙生命体の痕跡を見つけることはできるのだろうか？
参考
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2409983121
筆者のチ・ウンベは？猫と宇宙を愛する。幼い頃『銀河鉄道999』を見て、宇宙の美しさを広める夢を持つようになった。現在は延世大学銀河進化研究センターおよび近宇宙論研究室にて、銀河の相互作用による進化を研究し、講演や執筆など多様な科学コミュニケーション活動を行っている。『サムに乗る天文台』、『一日中宇宙を考える』、『星、光の科学』などの著書がある。