まさにそのようにして、私たちは火星で酸素を作っている

NASA 探査機での小規模な実験で、宇宙人の大気をいじくり回しています。

何百万マイルも離れた火星の、赤道のすぐ北の不毛のクレーターで、探査機がトースターほどの大きさの金でコーティングされた機器を運んで歩き回っています。 この機械は火星の空気を吸い込み、汚染物質を取り除きます。 大気ガスを構成要素に分割し、必要なものを取り出し、それを再組み立てして、火星で非常に不足しているもの、つまり酸素を生成します。 本物の呼吸可能な酸素、あなたがこれらの文章を読んでいるときに摂取した種類のものです。

少し分析した後、機械は酸素を吐き出し、分子を火星の環境に無害に放出します。 この行為により、NASA の探査機パーサヴィアランスの腹部に設置されたこの非常に洗練されたトースターが、火星の小さな木に最も近いものとなった。

そして、この小さな機械の研究者によると、それはかなり立派な木だそうです。 火星酸素現地資源利用実験（MOXIE）は、ほぼすべて二酸化炭素でできている火星の空気を酸素ガスに変換することに毎回成功している。 「人類が生存できる速度で酸素を生成できるようになるまで、そう遠くはありません」と、このプロジェクトを率いるマサチューセッツ工科大学ヘイスタック天文台の惑星科学者マイケル・ヘクト氏は私に語った。 「私たちが生産するペースでは小型犬で十分でしょう。」

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MOXIE は賢い化学実験です。 これは宇宙探査の歴史においても注目すべき出来事です。 人類が火星に長期的な住居を建てたい場合は、必要なものをすべて地球から運ぶのではなく、火星の天然資源を利用する必要があります。 「私たちは陸地で生活できるようにならなければなりません」と、現場資源利用として知られるこの未来の分野で研究している NASA の科学者、ジェニファー・ヘルドマンは私に語った。 「私たちがそのためのテクノロジーをテストし、実証することができたのは今回が初めてです。」

そして酸素は驚くほど多用途です。 それは、肺が設計されていない惑星で人間を維持するだけでなく、他の化合物と組み合わせてロケット燃料を生成し、地球に帰還できるようにすることもできます。 火星では、私たちは宇宙人です。 将来の宇宙飛行士にそこで快適に暮らすことはおろか、そこで生き残るチャンスを与えるためには、あらゆる種類のものを発明する必要があるでしょう。 考えるのはほとんど SF のようですが、火星の大気をいじることによって、私たち人類と同様に、その取り組みの少なくとも 1 つの部分を解明することができました。

MOXIE実験は、パーサヴィアランスが着陸し、はるか昔に死んだ火星生命の痕跡が含まれている可能性のある岩石サンプルを収集するという主要な使命に向けて作業を開始した後、昨年2月に活発に活動を開始した。 MOXIE には独自の作品が用意されていました。 火星の大気は非常に薄いため、私たちの大気と比較すると、ほとんど真空です。 「私たちは、薄い空気から酸素を作り出していると言いたいのです」とヘクト氏は語った。 「もしあなたが火星人だったら、地球上の私たちは大気の濃厚なスープの中で泳ぎ回る魚だと思うでしょう。」

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火星では、大気条件のはるかに劇的な変化も経験します。 日中と夜間の気温は摂氏 100 度 (摂氏 100 度) も変化することがあります。 空気も同様に変化し、暖かい日中は薄くなり、寒い夜には濃くなります。 気圧の変動は季節によっても発生します。 火星の冬の間、大気の一部が凝結して霜になり、極の上に沈み、地球の残りの部分の気圧が低下します。 火星の夏には、気圧が上昇します。 これらすべての要因が、MOXIE の主なスナックである大気中の二酸化炭素の量に影響を与えます。

MOXIE がどのように機能するかを確認するために、エンジニアは、一日のさまざまな時間帯やさまざまな季節に機器の電源を入れました。 研究者らは、「二酸化炭素を収集するのが最も困難な時間帯は、暖かく気圧も低い真冬の日中である」ことを発見したとヘクト氏は語った。 「そして、最も楽な時間帯は、気圧が高く気温が低い真夏の深夜です。」 しかし、走行するたびに機械は作動し、酸素を大量に生産するのに1時間を費やした。

しかし、チームはまだ「空気の密度が変化し、気温が急速に変化する」夜明けや夕暮れ時にMOXIEを配備したことはない、とヘクト氏は語った。 技術者らは、二酸化炭素の存在が突然変化し、ガスを引き込む際に機器が損傷する可能性があることを懸念している。ヘクト氏は、まず実験室版の MOXIE を地球上で使用してテストを行うつもりだが、テストできると自信を持っていると述べている。このような状況でも、小さなお弁当箱が機能するようにしてください。

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他の科学者グループは、将来の火星ミッションのために酸素工場を作る方法を考えています。 あるチームは最近、プラズマを利用して二酸化炭素から酸素を生成する方法を考案しました。 また、火星の表面直下の氷堆積物など、火星の追加資源をどのように利用するかについて深く考えている研究者もいる。 将来の宇宙飛行士は、凍った水を採掘し、日常使用のために精製することができるでしょう。 また、水の水素分子を盗んで、家に帰るために利用することもできます。 「ロケット推進剤であるメタンは作ることができます」と、現場での資源利用を研究し、MOXIEプロジェクトには関与していないNASAの研究エンジニア、ジュリー・クラインヘンツ氏は私に語った。 「火星の資源を使用するだけで、十分に理解されているプロセスを介して、上昇船にメタンと酸素を完全に補給することができます。」 宇宙服やトイレなどの基本的な物品はここから持ってくる必要があります。 しかし、火星で何かを作ることができれば、地球から飛び立つのをより困難にする重い荷物を減らすことができます。

MOXIE の背後にあるチームは、数百本の木の働きを行うことができる拡大版が火星の表面で音を立てて 24 時間稼働する未来を想像しています。 この工場は有人ミッションに先立って打ち上げられ、宇宙飛行士が到着するまでに酸素が十分に蓄えられるようになる。 その未来はまだ何年も先です。 NASAは、宇宙飛行士を赤い惑星に着陸させることができるのは最も早くて2040年代初頭になるだろうと述べている。 イーロン・マスク氏はスペースX社との提携よりもずっと早い時期に行きたいと考えているが、宇宙億万長者でさえ火星旅行を困難にするのと同じ制約（資金、物理学、こことあそこの間の宇宙放射線）に直面するだろう。 メガサイズの MOXIE は、非常に長い梱包リストの 1 つの項目にすぎません。 しかしMOXIEにはある種の具体性があり、今見てもスリリングに感じられる。 これは、火星の人類基地を少しだけ現実的に見せる一種の詳細です。 今から数十年後、エンジニアがコンソールに座って、異質な大気から生じた空気を吸い込み、スタッフの 1 人にこう言ったところを想像してみてください。「おい、スティーブ、奇妙な MOXIE 測定値が出ているんだけど、調べてくれな​​い？」