火星の表面のすぐ下に、「きれいな氷」が発見される──米探査機のデータ分析から明らかに

火星の地中には大量の氷が存在する。しかし、それは純粋な氷なのか、地表からの深さはどのくらいなのか、どのような形状をしているのかといったことは、地質学者たちにとって謎のままだった。

こうした情報は宇宙計画の策定においても重要だ。未来に滞在型のミッションや火星への移民が実現すると仮定して、地中の氷を掘って飲み水や農業用水にしたり、あるいは燃料用の水素をつくるのであれば、その特質を理解する必要があるからだ。

問題は土や石、またそのほかの地表にある物質が探査の障害になっていることだった。探査機の掘削能力は地表から数センチで、レーダーを使えば地中のはるか深くに何があるかを調べることはできる。しかし、そのちょうど中間である地表から約20mの位置にある氷の組成は、ほとんど解析されていなかった。

幸いなことに、地表では侵食という作用が起きる。レーダーや掘削ロボットがなくても、時とともにむき出しになった場所を見つければ、火星の地下層とそこに含まれる氷を調べることができるのだ。そして、アメリカ航空宇宙局（NASA）の多目的探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」に搭載された高解像度カメラ「HiRISE」のおかげで、そうした地点が数カ所発見された。

不純物がなく採掘可能な氷の存在

アメリカ地質調査所（USGS）の惑星地質学者コリン・ダンダスが率いるチームは、侵食によって生じた急勾配の大きな斜面に氷の層が露出している地点8カ所で調査を行った。『サイエンス』誌の1月12日号に掲載された論文では、その量だけでなく（火星の特定の地域に大量の氷が存在するという事実は驚くべきことではない）採掘が可能であるという事実が明らかになった。

氷床は地下1m辺りから見られ、最大で地下100m以上の深さまで広がる。氷の推定埋蔵量は不明だが、調査チームは地表近くに存在する氷は実際に露出している面積よりさらに広範囲に及ぶと推測している。また、氷には不純物などは混じっていないように見えるという。

NASAは深宇宙での人類の生存において「現地資源の活用（In-Situ Resource Utilization=ISRU）」が不可欠との考えを示している。ISRU計画において重要となるのは、氷が地表からどれだけの深さにあるのか、そして純粋な氷と土とが混ざった部分の割合だ。氷の純度が高く、また地表の近くに存在するのであれば、採掘して利用するのに必要な労力が少なくて済む。

今回発見された氷は完全に純粋ではない。これまでの調査から、氷は固体から気体に変化することで（この変化は昇華と呼ばれる）、水蒸気として火星の大気中に徐々に放出されていることがわかっている。昇華の過程で、異物のうち大きな塊や堆積物は取り除かれるようだったが、細かいものは残ると考えられている。

ダンダスの調査チームは、この氷は元は雪であり、何百万年もかけて降り積もったものだと推測する。混じっている岩のような物質は降雪と降雪の合間に混じり込んだもので、それ以外の部分は比較的綺麗なのではないかという。

NASAの無人探査機などの研究開発と運用を行うジェット推進研究所で火星プログラム部門の主任研究員を務めるリチャード・ズレックは、「火星で何か明るいものを見つけたら、たいていは氷です」と話す。火星の物質のほとんどは光を反射しないからだ。

ズレックは今回の調査には関わっていないが、次のように分析している。「調査対象となった地点のアルベド測定値は、露出部分がかなり明るい物質であることを示しています。また分光器を使った測定で、これが氷に覆われた土壌ではなく、氷床であることが裏付けられました。氷に覆われた土壌だった場合、水として資源活用するのは難しくなります」

地中の氷まで調査する計画

ただし、火星旅行の荷造りにはまだ早い。ダンダスのチームが調べた8地点はすべて、火星の赤道から南北55〜60度の中緯度地帯に位置し、気温が極端に下がることがある。また今後の有人探査においてもそうなるだろうが、火星へのミッションは大半が着陸地点を緯度30度以内に制限している。ズレックは「暖かくしていたいなら、アラスカよりはハワイがいいでしょう」と言う。

しかし赤道近くは気温が高いため、氷の層は採掘が困難な地中深くに位置する。ズレックによれば、基地を置く前にこうしたことに関して調査する必要がある。

そして、こうした調査は実際に計画されている。ダンダスは「現時点で地表に露出した氷をすべて発見したわけではありません」とし、赤道近くにも露出した氷が存在する可能性を示唆した。

NASAの探査機「マーズ2020」は地中探査レーダーを搭載し、謎に包まれた火星の地層の上部を調べることが可能だ。欧州宇宙機関（ESA）の火星探査計画エクソマーズでも、地表から2mまでの土壌を採掘できるドリルを備えた探査機の2020年の打ち上げを予定する。

もうひとつの選択肢は人工の隕石である。探査機をより大きな乗り物に乗せて火星の大気圏に送り込み、低高度で切り離して地表に着陸する方法が提案されている。

着陸の衝撃で地下数メートルまで潜ることができれば、探査機への付着物を分析し、調査結果は火星の軌道を周回する人工衛星経由で地球に送れるだろう。ズレックは「この方法に関してはまだ技術が追いついていませんが、急速に進歩はしています」と話す。

幸いなことに、科学者たちには火星の氷の貯蔵庫の位置を特定するのに、まだ時間が残されている。人類は深宇宙に足を踏み入れる前に、月へのミッションに再び取り組むだろう。

赤い惑星への到着は、楽観的なスケジュールでも2030年代になると見られている。着陸場所や滞在期間、何をもって行くかは、惑星に存在する資源とそれを得るのにどれだけの労力が必要かにかかっている。

深宇宙にたどり着いたカメラが送ってきた、1,000枚の写真

TEXT BY ROBBIE GONZALEZ

EDITED BY CHIHIRO OKA