人類はまもなく月に帰還し、火星へのミッションにも取り組んでいます。
元NASA主任科学者であり、現在はスミソニアン協会の科学研究担当次官を務めるエレン・ストファン氏が、宇宙探査が人類にとってなぜこれほど重要なのかを説明します。
そして、宇宙探査が私たちの「淡い青い点」である惑星を守るうえで、なぜ役立つのかについても語ります。
エレン・ストファンはスミソニアン協会の科学研究担当次官であり、元NASA主任科学者として、人類を火星に送るための長期計画の策定に尽力しました。
ストファン氏は、宇宙分野の取り組みを主導するWorld Economic Forumのニコライ・フリストフ氏との対話の中で、なぜ火星に行くべきなのか、太陽系のどの領域をより詳しく探査すべきなのか、そしてジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が、宇宙誕生のごく初期を見つめるタイムマシンのような存在である理由について説明しました。
この議論は、宇宙での生活が実際にどのようなものになるのか、そして探査が地球上の課題にどう取り組む助けになるのかを深く掘り下げた、非常に興味深い内容です。宇宙好きの方も、宇宙についてほとんど知識がない方も、エレン氏は専門家だけの話題に思われがちなテーマについて、「人間らしい」視点で語ります。読みやすさのために編集した書き起こしを以下に掲載します。
書き起こし：元NASA主任科学者が語る、宇宙探査が人類にとって重要な理由
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ニコライ・フリストフ：では、エレン、1960年代と70年代は宇宙にとって本当にわくわくする時代でしたね。そもそも人類が宇宙に到達したのがこの時代です。私たちは月に行き、太陽系の隅々まで探査機を送りました。そしてそれ以来、国際宇宙ステーションで20年以上にわたり、継続的に地球低軌道で暮らしてきました。当時の計算能力は、今日私たちが知っているものとはまったく違いましたが、初期の数十年間にこれらのミッションをすべて成し遂げることができました。その時代の熱気は年月とともにある程度薄れましたが、もちろん今、状況は変わりつつあり、多くのことが起きています。
今年2022年のお気に入りのミッションについて、そして次の1〜2年で特に楽しみにしていることを少し教えていただけますか。
エレン・ストファン：アポロ計画の時代を振り返ると、当時の人々が成し遂げたことは本当に素晴らしいものでした。米国では、アポロ計画の実現に40万人以上が携わったのです。当時の挑戦を考えると、実に驚くべきことです。コンピュータはほとんどなく、宇宙服が何かもわからず、宇宙遊泳のやり方も知らず、宇宙飛行士を宇宙で生き延びさせる方法さえ、まったくわかっていませんでした。当時の技術水準と、ケネディ大統領が月への挑戦を掲げてから、1969年の夏に月面着陸を果たすまでの9年間で成し遂げなければならなかったことを考えると、まさに驚異的でした。
そして、私は地質学者なので、個人的に最もわくわくする点の一つは、アポロから非常に多くのことを学べたという事実です。それは単に大きな技術的発展だっただけでなく、例えば月がかつて地球の一部だったという理解を大きく前進させました。こうして科学的に得られた膨大な知識と、この驚くべき技術的成果が重なったのです。今日の対話を振り返ると、特に今日とても貴重だと思う、この「インスピレーション」の側面についても強調したいと思います。一般の人々にとって、あまりにも多くのことが起きていて、率直に言って圧倒されるように感じられる時期です。人類は目の前の課題を本当に乗り越えられるのか、と感じるかもしれません。気候変動であれ、世界的なパンデミックへの対応であれ、アポロは人類が何かに本気で取り組めば成し遂げられることを示しました。繰り返しになりますが、あの8年間に何を成し遂げなければならなかったのかを思い出してください。人々は「ムーンショット」について話しますが、ムーンショットは本当にムーンショットでした。その言葉が何を意味するのかを振り返り、慎重に使うべきです。しかし、それをインスピレーションとして活かしましょう。世界中で企業を経営している多くの人々に会ってきましたが、なぜその道に進んだのかと尋ねると、アポロに刺激を受けたからだと答えるのです。そのインスピレーションの要素は、本当に重要だと思います。
STEM分野で私たちが持つ最も知られていない秘密の一つは、すべての楽しみを独占できることです。世界がどう動いているのかを問い、それを解き明かしていけるのですから。
エレン・ストファン、元NASA主任科学者、現スミソニアン協会科学研究担当次官
ニコライ・フリストフ：アポロは本当に素晴らしい成果でした。もちろん、他国のミッションも月で研究を行っていましたし、ソビエト連邦も当然ながら無人探査ミッションを送っていました。しかし今、私たちは月に戻ろうとしています。今後3〜4年の間に、再び人類を月へ送る予定です。月に行かなくなってから50年以上が経ちました。そのことについてどう感じていますか。
半世紀ぶりの月への帰還
エレン・ストファン：とても楽しみにしています。実は先月、アルテミス1号に搭載されるSLS［Space Launch System］の初打ち上げを見ようと、フロリダへ2回行きました。月に戻ると言うと、50年前にもやったことではないか、何が大事なのかと思われるかもしれません。しかし実際には、多くのことを一から再び解明しなければならないのです。まず、非常に大きなロケットを造らなければなりませんでした。SLSは巨大なロケットです。私は人生でこれまで多くのロケット打ち上げを見てきましたが、アルテミス1号に向けたSLSの1回目と2回目の打ち上げ試行に立ち会った時、そのロケットの大きさに本当に圧倒されました。現在、打ち上げは11月14日に予定されていますが、実際に打ち上げられ、地面から離れる時の衝撃波が体に伝わってくると、それは素晴らしい体験になるはずです。
私にとって、月への帰還は非常に重要だと思います。あなたがおっしゃったように、私たちは20年以上にわたり地球低軌道にいます。国際宇宙ステーションからは素晴らしい成果を学んできました。宇宙での生活のしかたを学んできたのです。「本当に？それほど大事なことなのか？」と思う人もいるかもしれません。しかし、それは非常に大きな意味を持ちます。長期間にわたって人々の食事をどう確保するのか、という観点から考えてみてください。例えば、いつも問題なく使えて、壊れないトイレを用意できるかどうかといった、ごく日常的なことです。火星へ行くとなれば、片道8か月、往復で16か月もかかります。壊れたトイレを抱えてそんな旅はしたくありません。生命維持システムも重要です。空気をどう清浄に保つのか。宇宙飛行士の健康に適した二酸化炭素濃度をどう維持するのか。太陽フレアから彼らをどう守るのか。これらはすべて、国際宇宙ステーションで学んできたことであり、長期間にわたって宇宙飛行士を健康に保ち、宇宙で生きていく方法です。これは本当に大きな意味を持つのです。
そして今、私たちは次の一歩を踏み出す準備ができています。再び月へ行き、「さあ、今度は地球からより遠くへ行く練習をしよう」と言える段階に来ています。では、なぜそれが大事なのでしょうか。現在、私たちはミッションコントロールに大きく依存しています。「ヒューストン、問題が発生した」と言うような状況を思い浮かべてください。地上の管制室は常にすぐそばにあります。通信の遅れは小さく、問題が起きれば宇宙飛行士は迅速かつ容易に帰還できます。しかし、月へ行くには3日以上の旅が必要です。月は空に見えると近く感じますが、実際にはとても遠いのです。では、その地球との結びつきを断ち切ることができるでしょうか。月へ行き、地球から離れた場所での遠隔的な生活を実践する。そして、火星へ向かう準備を整える。私にとって、この次のステップは非常に重要です。私は「人類を火星へ」という考えを強く持つ人間なので、とても刺激的です。火星へ行くためには、この段階を経る必要があり、その実現が目前に迫っています。
ニコライ・フリストフ：エレン、その話は火星のために取っておきましょう。必ずその話題に触れますから。もちろん、火星の話になると、課題の多くは飛躍的に増えますね。ところで、水のろ過システムについてはお話しいただけましたか。過去数十年間で多くを学んできましたし、その技術は地球上のろ過にも使われていますよね。
エレン・ストファン：ええ、その通りです。水は本当に重いですからね。人類の宇宙探査、そして探査全般における難しさの一つは、地球から飛び立つことそのものが非常に困難だという点です。地球は大きく、強い重力を持っています。そのため、探査で最も大きなコストは、地上から宇宙へ物資を運ぶことなのです。地球の重力を振り切らなければ宇宙へ行けないからです。このことから、商業打ち上げ産業の台頭が重要になります。これはまた別の大きな話題ですが、それがとても重要な理由なのです。彼らは地球から飛び立つコストを引き下げようとしています。水は本当に重いものです。宇宙飛行士が飲むための水を宇宙へ打ち上げるとなれば、それは大きな費用がかかります。ならば、なぜ水を再利用しないのでしょうか。現在、宇宙ステーションでは、水の再利用率が80%台後半、場合によっては90%台前半に達していると思います。そうです。つまり、尿を浄化して飲んでいるのです。それは厄介な問題でしたが、いくつかの難しさもあります。水を浄化すると、濃縮塩水が残ります。これはかなり扱いにくいものです。そのため、そのシステムをうまく機能させることは、学習の過程でした。しかし、水の再利用率を90%台半ばまで高めたいと考えています。そうなれば、地球から持ち込む水の量を減らせます。また、水は宇宙放射線に対する有望な遮蔽材としても非常に重要です。宇宙放射線とは、深宇宙から降り注ぐ高エネルギーの宇宙線で、人体に大きな損傷を与えることがあります。結局のところ、水は優れた遮蔽材なのです。
ニコライ・フリストフ：月では、人類としてどのようなことをすることになると思いますか。どのような可能性があるでしょうか。3〜4年後には到着するでしょう。おそらく帰還もするでしょう。すぐに滞在を続けるわけではありません。しかし、2030年代初頭から後半にかけて、恒久的な拠点、たとえば小さな「ムーン・ビレッジ」のようなものが生まれるのでしょうか。国際的にも、そのような計画がいくつか進められていますよね。
エレン・ストファン：非常に興味深いコンセプトだと思います。そして、ほかの政府や、民間企業、民間部門が月で何かを建設したいと考えているかどうかも重要です。例えば今、私たちは民間人が地球低軌道へ行く計画を見ています。では、民間人が月へ行くようになるのでしょうか。月にホテルができるのでしょうか。そこに商業的な価値はあるのでしょうか。利益の動機はあるのでしょうか。企業は、そこで利益を上げられる可能性がある、あるいは確実に利益を上げられると考えなければ、何かを行うことはありません。
ですから、これから先、政府が投資を振り向けたいと考える先や、NASAの基本的な役割が注目されると思います。その役割は、事業開発ではなく、探査の部分にあります。今、政府は事業開発を支援し、それを前進させたいと考えています。しかしその後は、より深宇宙の探査へと次の段階に進みたいと考えているのです。今後10〜15年の間にどのような展開があるのか、非常に興味深く見ていきたいと思います。月にどれほどの政府インフラへの投資が必要なのか、そして現在、地球低軌道や、さらに中軌道や高軌道で多くの民間投資が行われているように、民間部門がNASAの後を追ってどこまで本格的に参入してくるのか。政府投資と民間投資のこの均衡が、月の開発をどのように進め、その後NASAが火星へ向かう中で、どのように影響するのか。私はそれが非常に興味深いものになると思います。
次の目的地：火星
ニコライ・フリストフ：では、もちろんはるかに遠い火星へ行きましょう。月の話でも少し触れていただいた、宇宙放射線などの課題についても、少し共有していただけますか。ただ、距離そのものや通信の問題もあります。火星の周回軌道に行くだけでなく、実際に着陸するための、そのほかの課題にはどのようなものがあるでしょうか。
エレン・ストファン：火星の課題は非常に多岐にわたります。そのため、「それは難しすぎて無理だ」と言う人もいます。しかし、私はまたアポロの時代に立ち返ってみたいと思います。宇宙服の作り方もわからず、宇宙飛行士を生かし続ける方法さえわからなかったのです。
まず、火星までは長い道のりです。到着までには約8か月から1年の移動時間が必要です。そこに少なくとも数か月滞在した後、今度は約8か月から1年かけて地球へ戻る移動時間が必要になります。つまり、最低でも2〜3年のミッションになるでしょう。これは非常に長い期間です。無重力状態に置かれ、そして火星の低重力環境にも置かれることになります。それは人体にとって大きな負担です。ですから、人類がそれに備えられるよう、私たちは今も取り組みを続けています。月で実践することが、そのために重要になるでしょう。火星への着陸は非常に複雑で、NASAがパーサヴィアランス・ローバーを着陸させるために用いた、非常に複雑なシステムを見ればわかります。表面に着陸させる必要のある質量は約5倍にもなります。これほど大型のローバーを火星に着陸させるのは非常に複雑で、とてつもない質量を扱うことになります。月と違って、火星には大気があります。その大気は、宇宙機が突入時に加熱される助けにはなりますが、非常に非常に薄い大気のため、実際にはそれほど減速させてはくれません。火星は、大気を持つ惑星であるという点で、私たちにとってずっと馴染みのある場所です。しかし、その表面に着陸するのは本当に困難です。そのためには、超音速逆噴射推進と呼ばれるものが必要です。これは、イーロン・マスク氏とSpaceXが取り組んできたものです。繰り返しになりますが、突入してくる機体は高温になるため、非常に速やかに減速させなければなりません。極めて大きな技術的課題です。
さらに、火星への片道の光の伝達時間もあります。地球から火星へ信号を届けるには、約20分かかります。これは単に距離と光の速度の問題です。そのため、「ヒューストン、問題が発生した」と言ったとしても、返事が戻ってくるまでに40分から1時間かかるのです。では、それは何を意味するのでしょうか。私たちにはコンピューティングが必要ですし、人工知能も必要です。宇宙飛行士への支援も必要です。なぜなら、率直に言えば、8か月も宇宙にいると反応速度が落ちるからです。そのため、判断を助けるコンピューターの支援が必要になるでしょう。これらは技術的な課題のごく一部にすぎません。火星の表面で生活し、食料を栽培することも、現在練習しているところですが、それも含めて多くの課題があります。非常に素晴らしい技術です。火星の大気から酸素を取り出し、ロケット燃料にしたり、火星の水を使って表面でロケット燃料を製造したりすることを学んでいます。つまり、火星の表面で物資を作り出せば、地球から持ち込む量を減らせるのです。私たちはこれを現地資源活用（ISRU）と呼んでいます。これも大きな技術的課題であり、月でも練習を行う予定です。
ニコライ・フリストフ：科学的な理由を別にすると、あなたの考えでは、私たちが実際に人間として現地へ行くべき理由は何でしょうか。火星は私たちの故郷の惑星に少し近いものだと言われていましたね。もし私たちが実際に火星に足を踏み入れ、やがて人々がそこに留まることを決めたら、それは人類にとってどのような意味を持つのでしょうか。
エレン・ストファン：私は、それがとても大きなインスピレーションになると思います。ただ、はっきりさせておきたいのですが、報道では「地球が本当にひどい状態になったら、火星に住めばいい」といった話が出ることがあります。しかし、それは違います。火星は非常に過酷な環境です。地球とは異なり、宇宙放射線から守ってくれる磁場がないため、銀河宇宙線や太陽放射線にさらされています。土壌には人体に有害な化学物質も含まれています。火星は本当に厳しい場所です。確かに、人類の科学拠点は必要ですが、大規模な人数を火星へ移住させることはありません。それはあまりにも現実離れしています。
私は、人類が火星で科学を行い、過去の生命の痕跡を探す拠点を持つ日を、本当に楽しみにしています。そして、アポロを振り返ってみると、人類が本気で取り組めば何を成し遂げられるかがわかります。この火星への旅で私が好きなのは、アポロが行った月への旅とは非常に異なる点です。突然、一つの宇宙機関だけが主導するわけではなくなり、世界中の宇宙機関が協力して火星を目指すことになるからです。乗組員も、単に2〜3人の白人男性ではなく、私たちのように多様な人々になるでしょう。真の国際協力と、官民パートナーシップも生まれます。だからこそ、非常に異なり、非常にわくわくし、大きなインスピレーションを与えるものになると思います。私たち全員が一緒に月や火星へ行くというこの考えは、次世代の技術者や、この惑星をより持続可能にする人々に、本当にインスピレーションを与えるでしょう。
生命の探求
ニコライ・フリストフ：ところで、人類が月や火星へ行くことについてはすでにお話ししました。しかし、現在ほかにも多くのミッションが進行中で、計画も進められています。太陽系での距離という地平線を少し押し広げるものです。火星の先にも、さらにいくつかの惑星があります。中でも非常に興味深い惑星が一つあります。土星です。もちろん、土星には興味深い衛星もいくつかあります。そして、そのうちの一つ、タイタンについてはよくご存じですよね。タイタンについて少し教えていただけますか。なぜそれをよくご存じなのか、そして今後数年間にタイタンについてどのような計画があるのかを。
エレン・ストファン：はい。私はタイタンへのカッシーニ・ミッションに携わりました。本当に素晴らしい経験でした。現在は「Dragonfly」というミッションの共同研究者を務めています。2020年代後半、2027年頃に打ち上げられ、2030年代初頭にタイタンに到着する予定です。8つのローターを備えたドローン（オクトコプター）で、タイタンの赤道付近、つまり赤道近くに着陸し、赤道域を飛び回ります。着陸、再上昇、再着陸を繰り返しながら、表面を採取して、その組成を解明します。
では、なぜこれが興味深いのでしょうか。タイタンは、太陽系で大気を実質的に持つ唯一の衛星です。その大気は私たちと同じように、主に窒素でできています。また、地球以外の太陽系の天体で、大きな液体の湖があり、川がその海へ流れ込んでいるのは、タイタンだけです。つまり、表面では地球に似た、驚くべき過程が起きています。それによって地球をよりよく理解でき、そのために私たちは惑星を探査しているのです。しかし、私にとっては、ある意味で本当に魔法のようなものでもあります。私はタイタンのいずれかの海へ小型船を送る提案に5年間取り組みましたが、その計画は実現しませんでした。しかし今は、非常にわくわくしているDragonflyがあります。
地球以外で生命を探すとき、本当に自問しなければなりません。いったい自分は何を探しているのか、と。
エレン・ストファン、元NASA主任科学者、現スミソニアン協会科学研究担当次官
なぜタイタンの川や海が重要なのでしょうか。そして、ちょっと待ってください、土星ではどうやって成り立っているのでしょうか。太陽系の外側は非常に寒く、タイタンの表面は約90ケルビンです。その温度では、水は液体ではありません。タイタンの岩石は実際には水の氷でできています。空から降って川や海を形成している流体は、実は液体のメタンと液体のエタンです。要するに液体のガソリンです。太陽系の外側の温度では、それが流体になるのです。川がどのように流れるのか、そして異なる重力や異なる流体の下で、海の波がどのように生まれるのか。こうした問いは本当に興味深いものです。川や海の仕組みの基本的な振る舞い、それらがどのように大気とガスを交換し、タイタンの気候が時間とともにどのように影響を受けるのかについても、さらに学ぶことができます。多くの、非常に多くの科学的レベルで、本当に興味深いのです。
もう一つ、非常に興味をそそられることがあります。私たちは太陽系の生命について、非常に多くのことを考えてきました。現在、手元にあるデータは地球の一つだけです。地球では、生命が非常に速やかに誕生したことがわかっています。地球が形成された後、すべての惑星が約45億年前に形成されました。39億年前までには、地球上の環境が安定しました。すると、生命はほぼすぐに進化し、海で単細胞の単純な生物が生まれました。そのため、水が絶対に必要だと考えられています。有機分子は、小惑星や彗星によってもたらされたと考えられています。どちらにもアミノ酸が含まれており、アミノ酸は星間雲でも見つかっています。エネルギー、水、有機化合物という組み合わせがあり、そこから生命が進化したのです。タイタンへ行くと、同じような有機物があります。メタンとエタンは有機的な流体です。エネルギー源もあります。タイタンには火山があり、雨も降ることがわかっています。ただし、覚えておいてください。そこには水がないのです。では、生命の進化にとって水はどれほど重要なのでしょうか。その答えは私たちにもわかりません。だからこそ、タイタンは生命の限界とは何かを本当に理解するための、非常に興味深い場所なのです。タイタンには、奇妙な生命が存在しうるでしょうか。私たちにはわかりません。それを見つけに行くのです。太陽系、そして宇宙における生命についてのこの問いは、非常に重要なのです。
ニコライ・フリストフ：では、そのことについて少し話しましょう。もう一つの大規模な科学ミッション、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡。いくつか詳細を紹介していただけますか。多くの方がその名前を耳にしたことがあるかもしれませんが、まだご存じない方もいるでしょう。この数十年にわたり膨大な知見をもたらしてきた、もう一つの望遠鏡がハッブルです。ハッブルとジェームズ・ウェッブの違いを説明し、ジェームズ・ウェッブについても少しお話しいただけますか。何か劇的に新しい発見はあったでしょうか。稼働してからまだ数か月ですよね。打ち上げ前には知らなかったことが、今わかっているのでしょうか。
エレン・ストファン：ハッブルは本当に素晴らしい望遠鏡でした。今もなお運用されています。正確な年数を間違えてしまうかもしれませんが、28年ほどになると思います。宇宙飛行士が何度も修理を行ったこともあり、本来の寿命をはるかに超えて運用されてきました。ジェームズ・ウェッブよりも低い軌道を周回しており、ハッブルは文字通り、宇宙に関する私たちの理解を書き換えました。ジェームズ・ウェッブはハッブルの後継機にあたります。両者は「グレート・オブザバトリー（大型天文台）」と呼ばれています。ほかにも大型天文台はあります。ハッブルとの違いは、主に可視光の範囲を観測するという点です。
電磁スペクトルを考えてみてください。エネルギーのさまざまな帯域がそれぞれ異なる情報をもたらします。宇宙で起きている現象は非常にエネルギーが大きいため、異なる種類のメガネをかけるように、宇宙とその仕組みの異なる側面を見ることができるのです。チャンドラX線天文台のようにX線で観測すれば、何かを学ぶことができます。ハッブルのように可視光で観測しても、やはり学ぶことができます。ジェームズ・ウェッブの素晴らしい点は、赤外線で観測することです。つまり、これまで宇宙に配備されてきた他の大型天文台で得られた知見とは異なる情報を、非常に相補的に提供してくれるのです。
ウェッブのもう一つの非常に大きく新しい点は、非常に大きな鏡が必要だということです。遠方からの光を集めることが目的だからです。ジェームズ・ウェッブの鏡は、これまで宇宙に打ち上げられたどの鏡よりもはるかに大きいのです。実際、その大きさゆえに、ロケットのフェアリング（ロケット上部の先端部分）に収まらず、折りたたんでおく必要がありました。では、鏡をどうやって折りたたむのか、と思うでしょう。通常はそのようなことはしませんよね。つまり、これは非常に複雑で高度な技術を要する鏡であり、折りたたんだ状態で欧州宇宙機関のアリアンロケットによって打ち上げられ、「L2」と呼ばれる場所、つまり第2ラグランジュ点へと送られました。そこは基本的に安定した軌道であるため、後から軌道を上げる必要はありません。一度そこに配置すれば、状態は良好です。その後、ウェッブの展開には約1か月を要しました。単一故障点が驚くほど多く、どれか一つでも不具合が起きれば、ミッションは成功しなかったでしょう。すべての鏡を展開しなければなりませんでした。また、光を遮る大きな遮光板を広げる必要もありました。これにより、ウェッブは宇宙の非常に深い領域を観測し、必要な光を集めることができるのです。正直に言うと、本当に怖かったです。
ご存じのとおり、私はNASAに在籍していた頃、ウェッブに少しだけ関わっていました。こうしたミッションには、技術者や科学者たちの情熱と魂が注がれています。そして私は、ウェッブから得られる科学的成果がどのようなものになるかを知っていました。まさにハッブルの再来になるはずでした。何年にもわたって教科書を書き換え続けることになるでしょう。ですから、地球を離れ、展開のプロセスを経て遠ざかっていく宇宙船を見たときは、本当に感動しました。その春の展開段階で試験画像が届くたびに、その仕組みがうまく機能しているのを見ることは、本当にこの上なくワクワクすることでした。展開はほぼ完璧に進み、届いている画像について、素晴らしいかとお尋ねでしたね。ええ、今のところ私たちは基本的に試験段階にあります。他の恒星の周りで二酸化炭素を含む惑星を検出しました。「創造の柱」を再撮影した画像も得られました。星の海の中で、惑星が形成されつつある領域を捉えており、これはハッブルを大いに補完し、こうした惑星の育成場を見ることを可能にしてくれています。これらの領域がどのように機能しているのか、どのようなエネルギー過程が起きているのか。ハッブルの可視光とジェームズ・ウェッブの赤外線を組み合わせることで、こうした領域の仕組みについて、新しいアイデアが得られつつあります。繰り返しになりますが、これらの画像は数週間前のものです。ですから、今もなお、すべてが私たちの度肝を抜いている状態なのです。
打ち上げ前に、この望遠鏡で撮影された最初の深宇宙画像が公開されました。ハッブルも深宇宙画像を撮影しています。方法は、夜空の最も暗い部分を見つめ、望遠鏡をそのまま向けておいて、光を集めるのです。その光は非常に遠方から届いています。これはいつも人々を大いに混乱させるのですが、光は遠方から来ているため、基本的に過去を見ていることになるのです。その光は非常に昔に発せられ、ようやく望遠鏡に届いたのです。ハッブルは、ビッグバンからおよそ1億年ほど前までを観測できました。一方、ウェッブのこの最初の画像は、ビッグバンからおよそ4000万年以内までを捉えることができました。（実際にはそれほど長くは観測していませんでした）。今後は、数千万年以内まで遡れるようになるでしょう。ビッグバンについては、大きな疑問が残っています。宇宙の歴史の非常に初期の時代はどのようなものだったのか。ハッブルは、太陽系の非常に初期の段階で、多くの銀河が形成されていたことを示してくれました。ウェッブが同じ領域を捉えた新しい画像を見ると、銀河の数は指数関数的に増えています。非常に多くの物質が、すでに銀河へと組織化されているのです。この新しい画像が、ビッグバン直後のこの数千万年の間に何が起きたのかについて、どのようなことを教えてくれるのかは非常に魅力的です。多くの人にとっては長い時間に思えるでしょうが、137億年の歴史を持つ宇宙の中では、実際にはそれほど長くはありません。宇宙はどのように形成されたのか。その理解のためには、初期の時代を知る必要があります。お分かりのとおり、私は今この話に熱中しすぎて、うまく話せないほどです。これらの画像は、私にとって文字通り驚異的であり、本当にワクワクしています。この望遠鏡は、これからも教科書を書き換え続けるでしょう。
Nikolai Khlystov: ええ、ジェームズ・ウェッブの話を始めただけで、鳥肌が立ちました。では、生命の探索という側面について少しお話しいただけますか。ジェームズ・ウェッブが炭素のシグナルを探していることについてはお話しいただきましたね。望遠鏡が生命の兆候をどのように探すのか、少し教えていただけますか。また、もう少し哲学的な質問になるかもしれませんが、何百、何千光年も離れた場所に生命が存在する可能性があるとどうしてわかるのでしょうか。
Ellen Stofan: とても良い質問ですね。地球に生命がどのように誕生したのかという話に戻ると、水、有機分子、そしてエネルギーの種類、つまりエネルギー源と有機分子、これらの部分は比較的簡単だと考えられています。難しいのは、惑星の表面で水が安定して存在できる条件、あるいはタイタンで何が見つかるかによっては、他の作動流体が安定して存在できる条件です。そして、その条件は持続しなければなりません。たとえば火星を見てみましょう。火星は、太陽系の中で、ほぼ同じ時期に地球とまったく同じ条件を持っていました。しかし、その条件が続いたのは、お². よそ10億年ほどにすぎませんでした。一方、地球では35億年です。まあ、ある程度は順調に続いてきたと言えるでしょう。その点についてはまた後ほど触れます。ただ、地球でも確かに浮き沈みはありました。大規模な小惑星衝突や、それほど大きくない出来事など、地球上の生命の長期的な存続を脅かすものがあったのです。この惑星の条件は、生命が進化するだけでなく、繁栄し、単細胞生物から私たちのような複雑な生命体へと発展することを可能にするほど安定していました。惑星において、そのような長期的な安定を保つことは、確かに難しいことですよね。
ですから、太陽系の中で外側へと目を向けると、火星を見て「ああ、ここが最も可能性の高い場所だ」と考えるのです。なぜなら、地球では10億年経っても、生命はまだ海の中にあり、単細胞や多細胞の生命体のままだったことが分かっているからです。しかし、生命は進化していたかもしれません。火星にはそのための十分な時間があったはずです。ですから、私たちは火星でまさにそれを探しているのです。私たちが問うているのは、「ああ、これは第二のデータポイントなのだろうか」ということです。繰り返しになりますが、地球では非常に容易だった条件が、もし火星でも同じであったなら、なぜそこでも生命が進化しなかったのでしょうか。もし進化していなかったのであれば、それは科学的に非常に驚くべきことでしょう。
次に、木星や土星の衛星のように、表面の下に水を持つ天体へと目を向けます。木星の衛星エウロパ、土星の衛星エンケラドゥス。氷の殻の下に広がる水の海。水。海。海ですよ。聞き覚えがあるでしょうか？ 現在、多くのミッションが進行中です。エウロパに戻り、その天体を調べる予定です。土星の衛星エンケラドゥスに再び向かうことも、多くのミッションとして提案されています。タイタンには、ドラゴンフライを送り込み、生命の限界とは何かを調べる予定です。もし、太陽系の複数の天体で生命が誕生したことを証明できれば、地球外生命の発見について、はるかに楽観的になれます。また、私たちが何を探しているのかについての認識も広がります。今のところ、私たちは「生命」を「私たちが知っている生命」として捉えています。信じられないかもしれませんが、この考え方を二つの頭字語にした人たちがいます。それが「私たちが知る生命（life as we know it）」と「私たちが知らない生命（life as we don't know it）」です。タイタンのことを考え、これまで見てきた、あらゆる科学的に突飛なSF映画、特に、さまざまな生命体が登場する『スタートレック』のことを考えてみてください。そうした生命が存在しない理由があるでしょうか。ですから、地球外で生命を探すとき、私たちは本当に自問しなければなりません。私が探しているものは、いったい何なのか、と。
地球上の生命については、非常に明確な考え方があります。代謝を行い、繁殖し、動く能力を持っています。RNAもDNAもあります。それが私たちの探しているものなのでしょうか。そこで、こうしたリスト全体を検討することになります。実はNASAには、天体生物学に関する素晴らしいサイトがあり、私たちが生命について考える際の論理的な流れが示されています。現在、地球を超えた場所を探すとき、私たちが探しているのは、いわば「地球2.0」です。他の恒星の周りの惑星を調べるとき、私たちは表面に安定した水が存在する場所を探しています。また、地球では生命と関連づけられる大気中のガス、たとえば二酸化炭素やメタンを探しています。ジェームズ・ウェッブが、他の恒星の周りの惑星の大気中に二酸化炭素を検出したことにまで遡る話です。大気中に二酸化炭素を見つけたからといって、その惑星に生命が存在するという証拠にはなりません。二酸化炭素は、さまざまな方法で生成されうるからです。しかし、それを見つけることは非常に興味深く、「よし、さらに詳しく調べたい」と思わせてくれるのです。
最終的には、メタンを検出したいと考えています。また、元素状の酸素も検出したいのです。そして、本当に見つけたいのは「非平衡」と呼ばれるものです。化学的な平衡から外れたガスを見つけたいのです。それは何らかのプロセスが進行していることを示します。何かが何かを消費し、何かを放出しているのです。それが代謝です。もし他の恒星から地球を観測できたなら、地球が季節を経ていく様子が見えるでしょう。大量の二酸化炭素を放出し、その後急激に減少するからです。ですから、何らかの活発なプロセスが進行していることが分かるのです。これから大型望遠鏡で観測していく中で、私たちが注目するのはそうしたことです。最終的には、他の恒星の周りの惑星を画像で捉えたいと考えており、その際には、たとえば色の変化のようなものを探すことになるでしょう。今、こちら北半球は秋です。窓の外には美しい色彩が広がっています。ですから、季節の移り変わりとともに地球の色が変化していくのを実際に見ることができるのです。それこそが、私たちが最終的に探そうとしているものです。ただし、そのためには、ジェームズ・ウェッブよりもはるかに大きな望遠鏡が必要です。おそらく、宇宙空間に建設しなければならないでしょう。
Nikolai Khlystov: 生命に関する最後の質問です。たとえば、火星やタイタンで生命の兆候が見つかった場合と、何百光年も離れた別の恒星系で何らかの生命のシグナルが見つかった場合では、違いがあると思いますか。
Ellen Stofan: あると思います。率直に言って、太陽系内で生命を見つけた場合、それは過去に生命が存在していた証拠か、あるいは、単細胞や多細胞のような形態のいずれかになるでしょう。それは科学者にとって非常にワクワクすることです。RNAはあるのか。DNAはあるのか。それらの問いは、どのような結果であっても、非常に重要だと思います。しかし、太陽系の外へと目を向けていくとき、私たちが本当に望んでいるのは、複雑な生命が存在していた場所を見つけられるかどうかなのです。私たちは、最近、フランク・ドレイクを失いました。Frank Drake 彼は素晴らしい科学者で、ドレイク方程式と呼ばれるものを考案しました。彼は、他の恒星の周りの惑星に、複雑な生命、つまり知的生命、私たちのような多少なりとも知的な生命が存在する可能性はどれほどあるのかを、数学的な言葉で表そうとしました。そして、それは本当に難しいことだと思います。私たちは、この太陽系の中では、それを成し遂げることはできないと分かっています。ですから、外へ向かい、より多くの惑星を見つけていくほど、知的生命を発見する可能性に少しずつ近づいていくのです。それこそが、人類が探求してきた、いわば聖杯だと私は思います。
小惑星の迎撃
Nikolai Khlystov: 本当に素晴らしいですね。実は、ほんの数週間前にニュースになったミッションがもう一つあります。それは、地球へと少しずつ戻ってくるための、もう一つの話題かもしれません。それはDART [二重小惑星方向転換試験]です。これは比較的小規模なミッションでしたが、潜在的には非常に大きな影響を持つものでした。そのミッションについて、もう少し教えていただけますか。
Ellen Stofan: 実際に大きな影響がありました。実は、今朝もそのニュースがあり、ハッブル宇宙望遠鏡が、ディディモスの衛星から生じた破片の軌跡を、今なお捉えていることが報じられました。ですから、DARTは、地球に向かってくる小惑星を検知したとき、地球を守れるかどうかを初めて本格的に試したミッションでした。太陽系の惑星の歴史は、衝突の歴史なのです。衝突は、太陽系の非常に初期の段階では、非常に頻繁に起きていました。夜、外に出て月を見上げるだけでも、そのことが分かります。月にある無数のクレーターのほとんどは、「後期重爆撃期」と呼ばれる時期に形成されました。それは太陽系の歴史の最初のおよそ5020億年にあたります。その後は、惑星へと取り込まれたり、太陽系の内側から除去されたりしたため、周囲の物質は大幅に減りました。しかし、今でもさまざまなことが起きています。チェリャビンスク隕石落下事件や、ツングースカ大爆発がありました。これらは、ある程度の大きさの岩石が地球の大気圏に突入し、木々をなぎ倒し、窓ガラスを割った出来事です。もし同じようなことがニューヨーク市で起きたらどうでしょう。もっと大きな岩だったら、と想像してみてください。さらに、もし本当に巨大なものだったら、白亜紀と古第三紀の境界で起きたような規模の出来事が起き、地球上の多くの生命が絶滅したことを考えてみてください。
ですから、私たちは飛来する小惑星から自らを守る手段を持つ必要があります。DARTは、まさにそのための試験でした。私たちは何かを小惑星に衝突させたのです。もちろん、それは単なる物理学だと言う人もいるでしょう。確かに、ある天体が別の天体にぶつかれば何が起きるかは、私たちにも理解できます。問題は、小惑星が複雑だということです。金属でできているものもあります。その場合は非常に密度が高く、衝突させても、あまり遠くへ動かないかもしれません。しかし、多くの小惑星、実のところ私たちが理解できたものの大多数は、実際には瓦礫の山です。今回衝突させた天体もそうでした。そのため、ハッブルによっても検出可能な、非常に大量の破片が放出されているのが見られました。非常に魅力的で、本当に楽しいミッションでした。
そして改めて、私たちが宇宙で多くのことを行う理由は、この惑星に立ち返ることにあります。カール・セーガンが、彼の淡い青い点 のスピーチで非常に雄弁に語ったように、ぜひ多くの人に見てほしいと常に勧めているのですが、地球こそが私たちの拠り所なのです。私たちがこれまで見てきたどの場所、研究してきたどの場所と比べても、この地球こそが、人類が実際に生き、繁栄できる唯一の場所であることが分かっています。彼は私よりもはるかに見事に語っていますが、そういうことです。
太陽系の惑星の歴史は衝突の歴史です……夜に外に出て月を見上げるだけで、そのことが分かります。月にある無数のクレーターを見てください。
エレン・ストファン、元NASA主任科学者、現スミソニアン協会科学研究担当次官
研究を地球へと引き戻す
Nikolai Khlystov: 惑星科学者として、あなたももちろんこのことに言及されていますよね。金星を研究し、タイタンも詳しく調べてきました。温室効果ガスが支配的になったら何が起きるかも、よくご存じですね。太陽系の他の場所で見てきたことを、例としていくつか教えていただけますか。特に今、私たちの惑星とどのように関連づけられるのでしょうか。
Ellen Stofan: 私は惑星の表面を研究しているので、火山のようなものを見ています。私たちがしようとしているのは、他の惑星を使って地球を理解することです。もしあなたが医師で、患者が一人しかいなければ、それが現状です。一つの惑星だけを研究していると、大きな制約を受けてしまいます。ですから、比較惑星学を通じて、たとえば火山が異なる条件、異なる重力、異なる岩石の種類のもとでどのように噴火するのかを、太陽系全体で見ることができます。これを天気や気候にも当てはめて考えてみてください。金星、火星、タイタンを見ると、異なる気候と、大気中に異なるガスを持つ惑星があることが分かります。もし他に何も学んでいないとしても、一つだけ学んだことがあります。温室効果ガスは惑星の表面を温めるということです。私たちはそれを理解しています。気候変動を否定する人と話すとき、私はよく、「見てください、火星もあり、金星もあります。温室効果ガスがどのように振る舞うのかは、私たちは理解しています」と伝えたくなります。もし私たちが、石油、ガス、石炭をすべて地球の大気中に放出したら、この惑星は文字通り住めなくなってしまうでしょう。そんなことにはなってはなりません。
火星もあり、金星もあります。温室効果ガスがどのように振る舞うのかは、私たちは理解しています。もし私たちが、石油、ガス、石炭をすべて地球の大気中に放出したら、この惑星は文字通り住めなくなってしまうでしょう。そんなことになってはなりません。
エレン・ストファン、NASA主任科学者
つまり、私たちには技術があり、知識もあります。現在の、人為的な気候変動によって悪化した状況から、前へ進む手段を持っているのです。そして、惑星は、惑星大気をどのようにモデル化し、理解するかについて、私たちに示唆を与えてくれました。また、私たちは、この惑星の大気を十分に理解できるところまで来ています。その一部は、再び宇宙データによるものです。NASAは、この惑星を観測するために20以上の衛星と機器を運用しています。欧州宇宙機関も同様です。世界中のすべての宇宙機関は、地球観測において非常に密接に協力しています。地球のために宇宙データをどのように活用して、この惑星を理解し、将来何が起きるかをモデル化し、人類がこの惑星を養い、水を確保できるようにするにはどうすればよいか。宇宙データは、その前進に本当に役立っています。
Nikolai Khlystov: ここまで、探査について少しお話ししてきました。そこで、事前に用意していた質問の一つは、今後予定されている探査ミッションに対して、他の分野や他の産業からどのような支援が必要になるのか、というものです。
Ellen Stofan: そうですね、どの産業を挙げても、宇宙探査、さらにはより重要な惑星の持続可能性を支える上で、何らかの役割を果たす必要があると思います。というのも、考えてみてください。もし火星への3年間のミッションや、月への長期間滞在をする場合、清浄な大気、健康的な食料、冷蔵を必要とせず、長期間安定した医薬品が必要です。そして、物資をできるだけ少なく抑える必要があります。たとえば衣類について考えています。素敵だと思いませんか。服を一着着て、それを何らかの装置に通すと、あるいは新しい服を印刷して着ることができる。3着の服を持って行く代わりに、1着だけ持って行き、それを何度も組み替えて使う。ここから先は私の専門外ですが、私は地質学者なので。このように、現在のような直線型の経済ではなく、循環型の方法で暮らすという考え方こそが、月や火星で生きるために必要なのです。そして率直に言えば、これは、この惑星で持続可能に暮らすために、私たちが取り組むべきことでもあります。ですから、「宇宙船地球号」という考え方を意識せず、宇宙船から月へ、宇宙船から火星へと利益をもたらす取り組みを考えていない産業は、ひとつもないと思います。
Nikolai Khlystov: エレン、会場からもう一つ質問があります。あなたの考えでは、人類はいつ火星に到達するでしょうか。
Ellen Stofan: そうですね、人類は5年から10年で容易に火星に到達できるでしょう。アポロ計画の時、何も分かっていなかった状態から、8年か9年で月に到達しましたよね。それは意思と資源の問題です。もし世界の政府がこれを重要だと判断すれば、5年から10年で到達できるでしょう。もし重要でないと判断すれば、私の予想では20年から40年かかるでしょう。その幅は非常に大きく、本当にこれを実行しようとする意思にかかっていると思います。そしてもう一つの不確定要素は民間セクターです。たとえば、政府が行きたいかどうかに関係なく、火星に行くと宣言しているSpaceXのような民間企業があります。そのため、それが不確定要素となっています。それによって、より10年程度の期間で到達できるのか。非常に興味深い展開になるでしょう。
Nikolai Khlystov: 国際協力の観点から、もう一つ続けて伺います。月に向けては、明らかに複数の国際ミッションがあります。アルテミスもその一つです。また、火星に到達した国も複数あります。火星に到達するうえで、国際協力はどれほど重要になるでしょうか。
Ellen Stofan: 私にとって、国際協力はすべてにとって鍵です。それは私のキャリアにおいて深く根付いてきた要素でもあります。私が関わってきた惑星ミッションで、国際的に行われなかったものはありません。私は博士論文を、旧ソ連の金星データを用いて執筆し、旧ソ連の科学者たちと非常に密接に協力しました。ですから、私にとって、これが私たちが活動する方法であり、最善の方法なのです。最も優秀な人材は世界中に散らばっています。そして、私たちは、一国のチームではなく、「チーム地球（Team Earth）」として物事を成し遂げてほしいのです。一緒に取り組めば、より早く、より良い結果に到達できるからです。
もう一つの課題は、これには非常に費用がかかるということですよね。そして、おそらくこれを一国だけで実現できる能力を持つ国はないと私は考えます。だからこそ、協力し合うことで、その費用を分担できるのです。しかし改めて言えば、政府が火星への有人飛行のような非常に困難な取り組みに資金を投じるとき、それは自国の経済への投資であり、技術への投資であり、経済を前進させることにつながります。ですから、これはお金を無駄に捨てているわけではありません。よく「なぜ宇宙ではなく地球のためにお金を使わないのか」と質問を受けることがありますが、宇宙に費やすお金は地球上での技術への投資であり、私たちを前進させるものなのです。そして先ほども述べたように、それは「惑星の持続可能性」という考え方を前進させる助けにもなっています。
Nikolai Khlystov: 先ほどの、この分野への関心を高める動機づけという点に戻りましょう。特に宇宙分野では、人材が不足しつつあります。さまざまな大学から、必要なスキルを備えた人材が出てきていません。ロケットや着陸機構、望遠鏡を開発するために必要な数学や理科などの分野で、若い世代をどう動機づけることが重要なのでしょうか。また、こうした内容をどう伝えれば、より効果的になるのでしょうか。
Ellen Stofan: 私たちスミソニアン博物館にとって、これは非常に重要な取り組みです。私にとって大切なのは、優れたストーリーテリングだからです。人々にインスピレーションを与えなければなりません。教師の方々を悪く言うつもりはありません。私の母も教師でしたし、祖父も教師でした。しかし、「二次方程式の解の公式を暗記しなさい」と言われると、「なぜ？ 将来これを使うことがあるの？ 何の役に立つの？」と思ってしまいますよね。スミソニアンでは、科学にはこんなに素晴らしいことがあるのだと伝えることに力を入れていると思います。惑星の探査や、太陽の仕組みの理解などです。こうした根本的な「なぜ」を解き明かす一員になれるのです。私たちは宇宙に他の生命がいるのか。地球はどのように機能しているのか。宇宙はどのように機能しているのか。子どもたちを引き込むのは、そうしたストーリーを語ることなのです。
もう一つ、私たちが特に力を入れていることがあります。ぜひ皆さんにお勧めしたいのですが、ナショナル・モールにある改修された航空宇宙博物館の半分を再開しました。20年前に訪れたものとはまったく異なる航空宇宙博物館を見ることになるでしょう。なぜなら、そこでは私たち皆と同じような人々の物語を目にすることができるからです。アポロ計画を支えたアフリカ系アメリカ人の方々、「ドリーム・チーム（Hidden Figures）」の女性たちのような人々です。チャック・イェーガーの飛行機だけでなく、音速の壁を初めて破った女性であるジャッキー・コクランの飛行機も展示されています。
私たちと同じような人々についての物語を伝えれば、子どもたちに「私にもできる。自分で調べてみよう」と思ってもらえます。STEMにおける最大の秘密の一つは、私たちが一番楽しい思いをできることだと思います。世界はどのように機能しているのかを問い、そして自分で解き明かしていけるのです。
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