バブルの中での生活: 火星の飢え、孤独、放射線とどう戦うか

デイブ・モッシャー著 | 2018 年 4 月 12 日

黒いつなぎ服を着た男性４人と女性４人が一人ずつ演台に上がり、最後の挨拶をした。

乗組員の一人、ジェーン・ポインターさんは「皆さんとは異なる雰囲気の中で息をすることになると覚悟しながら、私はこの大気の中で最後の呼吸をする。」と語った。

それから彼らはベルベットのロープの前に並び、カメラに手を振り、潜水艦の隔壁で作られたエアロックを通った。ドアは密閉されていました。それは 1991 年 9 月 26 日のことでした。グループは 1993 年まで脱退しませんでした。

彼らが入った気密施設はバイオスフィア2と呼ばれ、アリゾナ州オラクル近くのソノラ砂漠の丘の中腹に掘られていた。これは 6,500 枚の三角形のガラス板で作られた測地線の繭で、光り輝く宝石と広大なテラリウムを掛け合わせたような見た目です。内部には、青々とした緑の植物、数百万立方フィートの空気、そして波打つ675,000ガロンの海水があります。

ポインターは、これまでに構築された最大かつ最長実行時間のスペースコロニーシミュレーションに足を踏み入れていました。それは、火星で生き残るために必要なすべての食料、空気、水を再生するシステムを開拓するだけでなく、乗組員の肉体的および精神的な限界を試すことにもなるでしょう。ポインターはまた、別の乗組員であるテイバー・マッカラムとの気の遠くなるような感情的な試練に直面することになるが、彼らはその関係を何年も公の場から隠していた。

Biosphere 2 は、アリゾナ州オラクルのサンタカタリナ山脈の麓に位置しています。 (写真：バイオスフィア 2/アリゾナ大学)

「これは、宇宙基地のプロトタイプを構築するという、信じられないほど大胆で、多くの意味で信じられないほど成功した試みでした」と、現在高高度気球会社ワールドビュー社の共同経営者であるポインター氏は、地球から出てから約25年後に私に語った。生物圏。

人々はもはやバイオスフィア 2 内に閉じ込められることはありません。現在、それはアリゾナ大学によって運営されている科学研究施設です。しかし、地球の気候、そして最終的には人類に対する脅威的な変化が憂慮すべき形を呈するにつれて、バイオスフェリアンの本来の使命は新たな関連性を帯びてきました。

見通しが非常に暗くなったため、一部の人の目には、人類のバックアップドライブとして火星に植民地化するという考えが、避けられないにしても、適切であるように見えるようになりました。スティーブン・ホーキング博士らに加わるのは、億万長者のテクノロジー王イーロン・マスクであり、その壮大な野望により、彼の航空宇宙会社スペースXを使って赤い惑星に居住するという話題が日常会話の一部になっている。

マスク氏は、自身の起業家としての究極の目標は、地球上の全面的な大惨事に対する一種の保険として、火星にピザ店を備えた100万人の恒久的で自立した都市を建設することだと語った。

火星の植民地化を支援する SpaceX のビッグファルコンロケットのイラスト。 (写真：スペースX）

スペースXは、最大100人を赤い惑星に運ぶためにマスク氏が設計している再利用可能な宇宙船「Big F---ing Rocket」の打ち上げを望んでおり、最初の（無人だが）ミッションは2022年に開始される。

「これは願望ではあるが、タイプミスではない」とマスク氏は2017年10月のプレゼンテーションで述べた。

数か月にわたる火星旅行よりも大きな疑問が立ちはだかる。それは、乾燥し、放射線を浴び、ほとんど空気のない世界で、人はどうやって何年も生き延びるのだろうか？マスク氏はスペースX社が仮想の火星の大都市をどのように維持する計画なのかまだ説明しておらず、広報担当者を通じてこの話についてコメントすることを拒否した。

しかし、バイオスフィア 2 は、数十年前に行われ、憂慮すべき結果をもたらした遠征ですが、依然としてその疑問に対して最も明確な答えをいくつか提供しています。

Biosphere 2 の熱帯雨林バイオームには、葉で覆われた急な崖と滝が特徴です。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

1991 年から 1993 年の 2 年間、8 人がバイオスフィア 2 内に閉じこもりました。写真：AP通信)

バイオスフィア 2 の人間の生息地にあるのぞき窓により、ガラス越しに訪問することができました。 (写真：バイオスフィア 2/アリゾナ大学)

バイオスフィア 2 のそびえ立つ図書館は、乗組員に報道機関や一般の人々の好奇の目からの避難所を提供しました。 (写真：バイオスフィア 2/アリゾナ大学)

1993 年のバイオスフィア 2 の集約農業ゾーン。(写真：AP通信）

バイオスフィア 2 は、ガイア仮説へのオマージュとして部分的に構想されました。ガイア仮説とは、どんなに劣悪な環境であっても、生命はその環境に適応して居住可能な場所にするという考えです。

マッカラム、ポインター、その他のバイオスフェリアンは、封鎖された生息地の中で適応するガイアの労働力の特大メンバーでした。彼らは作物を栽培し、動物を飼育し、空気の供給を管理し、あらゆる廃棄物をリサイクルしました。彼らは米、ピーナッツ、豆、バナナ、小麦を栽培し、豚、ヤギ、鶏の世話をして、期間中の食料のほぼすべてを賄いました。

1991 年から 1993 年の 2 年間、8 人がバイオスフィア 2 内に閉じこもりました。写真：AP通信）

乗組員は、自分たちが育てたものを使って交代で食事を作りました。彼らはシステムの健全性を検査し、研究データを記録し、日常的に 12 時間の労働時間を埋めるその他の無数のタスクを完了しました。

「7時に夕食の鐘が鳴った後、私たちは疲れ果てて倒れましたが、6時半に起き上がって最初からやり直しました」とポインターは2006年の自伝的著書『人体実験：生物圏内部での2年20分』の中で書いている。 2.」

彼らのミッションは、宇宙飛行の専門家が生物再生的生命維持と呼ぶもの、つまり人々が必要とするすべての空気、食物、水をリサイクルして補充できる植物、微生物、動物の自己完結型システムを実証する、これまでで最も壮大な試みの1つである。このようなシステムは、地球から平均1億5,800万マイルの距離にあり、2年に1回しか近くを通過しない火星への長期旅行に必要です。

1993 年のバイオスフィア 2 の集約農業ゾーン。(写真：AP通信）

「『ザ・マーシャン』のシナリオは完全に実現可能だ」と、NASAの宇宙生命・物理科学部門の元ディレクターであるD・マーシャル・ポーターフィールド氏は、このSF本と映画に触れながら私に語った。しかし、そのシナリオは一時的な前哨基地に関するものであり、火星の恒久都市には生物再生による生命維持が絶対に必要になるだろうと同氏は述べた。

マッカラムとポインターがバイオスフィア 2 の中に閉じ込められたとき、砂漠、湿原、サバンナ、海洋、そびえ立つ熱帯雨林など、小さく多様な生物群系が連携して彼らを生かしていました。測地線ガラスを通して太陽光が差し込み、慎重に選ばれた植物集団の光合成を促進しました。植物は空気から二酸化炭素を取り込み、酸素を吐き出し、残った太陽エネルギーを食事用の砂糖やデンプンとして蓄えます。土壌中の微生物は有機物（糞便を含む）を分解し、植物のために堆肥と二酸化炭素を生成します。植物が吸い上げた水は蒸気となって濾過され、再利用されます。

荒野の地下に隠されたテクノスフィアと呼ばれる機械の地下室は、外部の発電所を使用して空気を循環させ、水を汲み上げ、通信機器を稼働させ続けるなどの働きをしていました。 (火星では、太陽エネルギーまたは原子力エネルギーがこのエネルギーを提供します。)

失敗は常に使命を脅かしていました。

エアロックが閉じられたほぼ直後に、酸素レベルが不可解にも低下し始め、一方、二酸化炭素の量は増加しました。主要な作物は蔓延と病気のために絶滅しました。次から次へと問題に取り組む乗組員たちは、疲労、空腹、フラストレーションに襲われました。取り組み開始から約 9 か月後、乗組員は 2 つの対立する派閥に分かれました。

アリゾナ州ツーソンにある火星の月面温室ユニットの内部。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

バイオスフェリアンが土を掘っている間、NASA は生物再生による生命維持のための独自の縮小された無菌アプローチ、つまり水耕温室を開発していました。

この土を使わない農法は、ミネラルを含んだ水を植物の根に与えます。しかし、NASAのバージョンでは、植物を単に食料として利用するのではなく、内部の植物を利用して二酸化炭素を酸素に変換し、水を浄化する予定だ。

前に「南極点基地」と刺繍されたボロボロの帽子をかぶった植物学者から機械工に転身したフィル・サドラーは、彼が設計と建設を手伝った火星の月面温室のいくつかのプロトタイプのうちの 1 つを私に見せてくれた。長さ18フィートのチューブの中では、サツマイモの葉の茂った茎がまばゆいLEDライトに向かって伸びていました。

サドラー氏によると、1台のユニットが計画の最大限の能力で動作すれば、火星または月で1人の宇宙飛行士が必要とする空気の100％、水の100％、食料の50％を提供できるという。このプロジェクトは、NASA が長期の月探査ミッションのアイデアを検討していた 2004 年頃に始まりました。

「アイデアは、『わかった、どれだけの食料を生産できるか、どれだけの水を収穫できるか、そして酸素を生成できるかを見せて、農業労働力に関する数値を教えてください』というものでした」とサドラー氏は語った。そこで彼は科学者やエンジニアと協力して、バイオスフィア 2 から車で 45 分南にあるアリゾナ大学の倉庫でそれらを組み立て、テストしました。

「ピンクハウス」内の植物はマゼンタ色の光で単独で成長することができ、エネルギー使用量を削減します。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

火星の月面温室の各チューブでは、プラスチック製のトラフがコンピューター制御の栄養分を含んだ液体を植物の根に運び、セメントミキサーのような堆肥化装置が水をろ過しながら人間と植物の排泄物を消化するのに役立ちます。チューブは、昆虫、ミルワーム、またはその他の節足動物のタンパク質源を成長させるように構成することもできます。

各ユニットは直径 7 フィートで、軽量アルミニウムフレームと照明器具を中心に構築されています。すべてを折りたたむと長さ 4 フィート (まともなサイズの宇宙船に収まるほど小さい) になり、組み立てには 2 人でわずか 10 分しかかかりません。

月や火星では、このシステムは有人ミッションに先立って着陸し、自律型探査車を展開して土壌に基礎を掘り、チューブを膨張させることになる。探査機は、危険な放射線レベルや微小隕石の衝突から植物を守るためにユニットを埋める予定だ。太陽光は、自然光を収集、集中、分配する大型の人工衛星のような皿であるひまわり装置を介して温室に入ります。

フィル・サドラーはひまわり装置を太陽に向けます。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

サドラー氏と彼の同僚らは、完全な効率を達成するにはまだ仕事が残っていると述べた。たとえば、酸素生産量は本来あるべき量の約半分にとどまっている。宇宙グレードのバージョンは、NASAが宇宙飛行士を月に送り返し、その後火星探査に向かうというドナルド・トランプ大統領の壮大な（しかし漠然とした）目標にとって恩恵となるだろう。

サドラー氏は「1つのミッションで6人を2年間サポートすることを検討している」と語った。「それができれば、私たちは成功するでしょう。」しかし、NASA の温室プロジェクトへの資金は 2017 年 8 月に枯渇し、サドラー氏と彼の同僚たちは設計を改良し完成させるためにさらに多くの資金を探し求めていました。さらなる資金がなければ、このプロジェクトは、バイオマス生産施設やBIO-Plexなど、同様に放棄されたNASAのプロジェクトに加わる可能性がある。

NASAの生物再生生命維持に関する研究が行き詰まっている一方で、中国は前を向いて進んでいる。サドラー氏によると、この国には宇宙計画に100万人が従事していると噂されている。 7月には4人の学生が気密性の高い「ルナーパレス1」システム内に閉じ込められ、200日間植物とミルワームを食べて生き延びた。

各ユニットの作物は、栄養豊富な水が供給されたプラスチックスリーブの中で成長します。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

フィル・サドラーはひまわり装置を太陽に向けます。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

有害なレベルの二酸化炭素を防ぐため、バイオスフィア 2 の乗組員は植物廃棄物を備蓄して乾燥させ、腐敗を防ぎガスの生成を遅らせ、閉鎖の前日にマッカラムが設置した化学スクラバーを稼働させました。

しかし、ミッション開始から約 17 か月後、酸素の消失はさらに悪化しました。植物は予測ほど速く酸素を生成できず、その濃度は地表では正常な20.9％から約14％に低下し、「パイロットや飛行機の乗客が酸素を摂取するレベルを超えた」とポインター氏は著書で書いている。

ポインターやマッカラムらは睡眠時無呼吸症候群に苦しんでいた。数分ごとに呼吸が止まり、息を切らしてガクガクと目が覚めるのです。階段を上るのは、簡単なタスクのリストを思い出すのと同様に、疲れ果てます。 1993年1月、マッカラムは乗組員の医務官ロイ・ウォルフォードが実験ノートにかがみ込み、簡単な計算ができないのを発見した。

ミッションコントローラーは、失われたものを補充するために、フィッティングを通じて14トンの液体酸素を注入しました。土壌中の酸素を必要とするバクテリアの過剰な存在に加え、生物圏の密閉されていないコンクリート基礎がこの問題の原因であることが後に判明した。

しかし、内部の状況が最悪だったとしても、バイオスフィア 2 は、実際の火星コロニーに対する 1 つの劇的なリスク、つまり放射線を回避しました。

宇宙には、太陽から放出される陽子線と宇宙線という 2 種類の放射線が人間に極めて有害です。小さな弾丸のように、これらの高エネルギー粒子とそれが生成する二次放射線は細胞の奥深くまで浸透し、癌などの慢性疾患、時には致命的な疾患を促進します。

地球の磁場と大気は、このエネルギーのほとんどを偏向して吸収することで私たちを守っています。

NASAジョンソン宇宙センターの放射線衛生担当官エドワード・セモーンズ氏は、「地上のバックグラウンド放射線率は、大気上の自由空間に比べて100分の1から1,000分の1である」と述べた。

深宇宙放射線は、がんのリスクの増加に加えて、白内障を促進し、視力を損なう可能性があります。高空飛行をする民間航空会社の従業員でさえ、大気が薄いためそのリスクに直面しています。動物を使った実験では、放射線が脳を含む神経系にダメージを与え、宇宙飛行士の集中力や記憶力を損なう可能性があることも示唆されている。

セモーネス氏は「どういうわけか認知能力を失っている」と述べ、長年にわたってこれが「ミッションの遂行に影響を与える可能性がある」と付け加えた。

人と真空の間にあるシールドが厚くて重いほど、より優れた効果が得られます。セモネス氏は、約20センチの水が宇宙放射線のほとんどを吸収できると述べた。しかし、水は密度が高く、地球から宇宙に打ち上げるには高価です。

サドラー氏によると、解決策の1つは、初期の火星往復植民地化ミッションで、火星最大の衛星であるフォボスをピットストップとして使用することだという。フォボスには、その赤い表面のすぐ下に水の氷がある可能性が高いからだ。フォボスに開けられた探査機は氷を加熱して溶かし、宇宙船を囲む弾性セルに水を送り込み、乗組員を放射線から守ることができる。

放射線に対するより根本的な解決策が提案されています。遺伝学者で生物医学研究者のクリストファー・メイソンは、宇宙に植民地を作るための10段階の「500年計画」の一環として、トランスジェニック人間を作り出すことを提案している。彼のコンセプトは、CRISPRのような技術を使って宇宙飛行士のゲノムを編集し、メイソン氏の言葉を借りれば、がんやその他の問題につながる領域を「邪魔しない」ように絶えず修復することだ。

「それをアイデアとして無視することはできませんが、現時点ではそのメカニズムはわかりません」とセモーネス氏は語った。

最終的には、入植者が火星のテラフォーミングを試みる可能性があります。これは意図的かつ前例のない気候変動行為です。火星の極地で凍った二酸化炭素は温室効果ガスに変わり、地表を断熱する放射線を吸収する大気を構築する可能性がある。植物は薄い空気を酸素に変換し、数百年かけて気温が上昇して隠れた水を溶かし、再び地表に流れ出すことができるかもしれない。そうすれば、宇宙服を着ずに旅行できるようになるかもしれない。

NASAの惑星科学部門の元責任者であるジム・グリーン氏は、火星に人工磁気シールドを構築して、宇宙に空気を吹き飛ばす可能性がある太陽の陽子線から仮想の初期大気を守ることを提案した。

Biosphere 2 の砂漠バイオームは温暖で乾燥しています。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

真実は、人類そのものが火星に住む最も基本的かつ重大な脅威であるということかもしれません。

ポインターさんがバイオスフィア 2 を離れる数カ月前、同僚の乗組員 2 人が彼女に近づき、顔に唾を吐きかけた。

外部の科学者をなだめ、実験の信頼性を納得させることを目的とした変更案に対して怒りが生じた。この闘争は乗組員に心理的緊張をもたらし、エアロック閉鎖からわずか9か月後に、以前は仲良しだったグループが激しく対立する勢力に分裂した――ポインターが書いたように「私たちと彼ら」――。

初期の数か月間楽しんでいた共同夕食の代わりに、乗組員はますます一人で、または 4 人のグループで食事をするようになりました。人々は無言で、無表情ですれ違います。些細な違反をめぐって、怒鳴り合いの喧嘩が勃発することもあった。 10年経った今でも、2つのグループのメンバー間の出会いは気まずいものだった。

ポインター氏は著書の中で、1994年の会議論文を引用しながら、「文献には、長期にわたる孤立した任務中に発展した社会問題の例が豊富にある」と述べた。研究著者のデブラ・ファクトール・レポー氏は、「1970年の南極探検では、トレーラーから取り出したワインを巡って乗組員の1人が口論になり、別の乗組員を射殺した」と書いている。

ハワイのHI-SEAS、ヒューストンのNASA隔離室、モスクワのMars500など、ボランティア乗組員を何か月も隔離し続けた他の実験も、これらおよびその他の人間レベルの課題を裏付けている。

現在、バイオスフィア 2 は、広大な科学研究研究所、教育センター、そして観光名所となっています。（ビデオ：バイオスフィア 2/アリゾナ大学; サウスウェストホバーワークス)

ポインターとマッカラムは、任務終了後の夏にバイオスフィア 2 の芝生で結婚した。施設の最後の住民である2人目の乗組員は、2人が誓いを交わす様子を生息地の中から見守った。

夫婦はバイオスフィア 2 内で直面した困難にも関わらず、仮想のバイオスフィア 3 内で生活し、火星への初の人類ミッションに参加することを志願すると述べた。

「私たちがそこに2年間滞在し、食料や水、その他あらゆるものをほぼすべて自分で作ったことで、人々が可能だと考えていたことが変わりました」とマッカラムさんは語った。「それは、『自立した環境を作り出すことはできるのか？生物圏は可能なのか？宇宙植民地化は本当に可能なのか？』ということについての私たちの理解を完全に再調整しました。」

アリゾナ州ツーソンのワールドビュー本社にてテイバー・マッカラム氏とジェーン・ポインター氏。 (写真：デイブ・モッシャー/ビジネス・インサイダー)

夫妻の歴史、技術的専門知識、絆、命を危険にさらす意欲があったことから、後に「インスピレーション・マーズ」と呼ばれるミッションの最終候補者に選ばれた。このミッションでは、往復500日の予定で赤い惑星を通過する小さな宇宙カプセルが飛行する予定だった。。アメリカの億万長者でエンジニアのデニス・ティト氏は2013年、このプロジェクトに3億ドルの資金を提供すると発表したが、必要なパートナーであるNASAは最終的に支援を拒否した。

ポインターさんは、今後も旅行の機会を受け入れるつもりだと語った。

「冗談ですか？火星に行って、カプセルの窓に赤い惑星が実際に見えるなんて？」ポインターは言った。「そして振り返って、小さな淡い青色の点として地球を振り返り、私たちが知っているすべての人類の歴史がその小さな点でどのように起こったかを考えてみてください。それは驚くべきことでしょう。」

しかし、私たちがいつどのようにして火星に到達するのかという疑問は未解決のままです。

バイオスフィア 2 の副所長であるジョン・アダムズ氏は、「バブルの中の地球」アプローチですら準備が整っていないと述べた。「これについてはまだ解明できていない」と同氏は語った。「しかし、元の生物圏とその使命から学んだ教訓は非常に大きく、二度目にはもっとうまく取り組むことができると思います。」

ポインター氏とマッカラム氏は、たとえ火星への旅行中はおろか、火星で冒険者を生かし続ける計画がまだないとしても、火星への植民地化というマスク氏の大胆な緊急性を称賛すると述べた。

「種として、私たちは常に高みを追求してきました」とポインター氏は語った。「私たちは常に山の頂上に行って、そこに何があるのかを見てきました。これが次のステップです。110％、これを行う必要があると思います。」

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