惑星探査と野外調査
これからの宇宙飛行士に必要なこと
2015.7.19

知識工学部 自然科学科（地球科学）
萩谷 宏

目次• アポロ計画：有人月面探査の成果• 惑星科学の進展 例：小惑星探査（はやぶさ）• 岩石や鉱物の証拠• 惑星探査で何をするのか －火星での期待• 野外調査と地球史アポロ15号着陸船ファルコンと月面車

アポロ計画での月面探査• 1969-1972 Apollo 11 – 17 (13号を除く)
合計６回の有人月面探査• テストパイロット出身の宇宙飛行士• 17号で唯一の科学者（地質学者）が探査小惑星イトカワ

出典：JAXAプレスリリース

火山灰中のかんらん石斜長石「はやぶさ」が持ち帰った小惑星イトカワの微粒子

モノクロ画像：JAXAプレスリリース

湘南海岸（七里ヶ浜）の砂
箱根・富士火山の火山灰由来の鉱物粒子

火星探査で期待されること（例）A)過去に“海”の存在 → 生命誕生の可能性• 堆積岩／石灰岩や熱水沈殿物の探索• バクテリアなどの微化石の探索• 炭素同位体比で生物活動の痕跡を探す

B)地球と異なる惑星・火星の進化を探る• 火山岩や深成岩などから、地殻の進化を読む• 地表風化の状況から、大気変遷を推測する

NASA's Curiosity Mars Rover Studies
Rock-Layer Contact Zone
Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Credits: NASA/JPL-Caltech/MSSS

スコットランド・アイラ島北端 6億年前の石灰岩の地層

6億年前のストロマトライト（光合成バクテリアが作った層状構造）

6億年前のストロマトライト（光合成バクテリアが作った層状構造）

惑星探査で求められるもの• 何を記録すればいいのか？
ロボットではできない観察を求められる• 何を採取すればいいのか？
持ち帰るべきサンプルを選ぶ能力・・・基礎知識が必要• どのように採取すればいいのか？
得られるデータを予測して、それに合った採取方法をとる• 限られた時間で最大限の成果を知識、判断力、推理力、体力、自制心、・・・惑星探査のために• 地球の岩石と鉱物の知識が基礎
氷も岩石であり、地層をつくる• 過去の地球の姿を知ることが重要なヒント
画像：NASA/JHUAPL/SWRI

地球史４６億年• 誰が４６億回も地球が太陽のまわりを回る数を数えたのか？

原始惑星系円盤
オリオン大星雲で見つかった惑星系形成の様子

46億年前の太陽系もこんな姿だった？
（ハッブル宇宙望遠鏡）

アエンデ隕石• 1969年メキシコに落下した小惑星の破片• 白い部分(CAI)が太陽系最古の物質→45.66億年前
全体は45.58億年前• 生命材料の炭素や水を含む隕石

惑星・地球の調査＜岩石（鉱物）を調べて何がわかるのか？＞• 地球史の事件が記録されている• 鉱物が形成されてからの時間がわかる（微量の放射性同位体の利用）・・・地球史に時間の物差しを入れる• 大陸の起源、大陸移動の記録• マントルの進化、プレートの変化、生物進化• 大気や海洋の記録は岩石に残る

地球史４６億年• 地球は特殊な惑星なのか？

世界最古の地層• グリーンランド南西部の氷河地帯・イスア地域に露出。３８億年前の地層。

• ３８億年前に、すでに地球に海が存在していたことがわかる。
• 化石は見つかっていないが、生物起源のものと思われる炭素は発見されている。

・・・火星でもこの段階の記録は残っているか？

チャートー縞状鉄鉱の地層に貫入した玄武岩質マグマ

38億年前の石灰質岩
海洋が二酸化炭素を吸収していた証拠

“枕状熔岩”

顕微鏡写真

“礫岩”

38億年前の縞状鉄鉱層
・生物起源の可能性がある炭素を含む地層・誰かが海中に酸素を供給した証拠

35億年前の大陸分裂の痕跡 ・・アメラリク岩脈群

28億年前の大陸衝突の境界
ー黒い岩石が “大陸”にはさまれた海洋地殻

グリーンランド・イスアの地層• ３８億年前に、すでに地球に海が存在していたことがわかる。
・・・れき岩、枕状熔岩、石灰岩など• 酸素を出す光合成生物がいた？？
• 当時、現在と同じような大陸と海洋の地殻ができていたことがわかる。
• プレート運動もあった･･･変成岩として保存• 37-35億年前には大陸が存在、衝突合体

地質学：地球の過去を探る→未来への手がかり• 地球科学（地質学）

地層や岩石、氷から、過去の地球の様子を読み取る• 地球の大気や海洋、表層環境の変化、 大陸の動き、生物の進化がわかる• 現在のわれわれの置かれた状況を知る
どうしたらよいのか？ヒントを過去に探る

生物がつくる地球環境• 地球の歴史の最近10%は、生物活動で表層の条件がコントロールされてきた• 石炭も石油も石灰岩も、酸素の多い大気も、みな生物の産物･･･地球が他の惑星と異なる最大の特徴

地質学発祥の地：スコットランド

“地質学の父” ジェームズ・ハットン(1726-1797)
著書：Theory of the Earth

聖書が絶対の権威を持っていた時代に、地球の歴史は聖書にある6000年ではなく、はるかに長い時間をかけてつくられていることを、地層や岩石の証拠から論証した（斉一説の提唱）

植物の陸上進出の意味
地球の大気の約20%は酸素・・・この酸素は誰がつくったのか？
• 現在の生物量：熱帯林で70kg／㎡• 現在の酸素量：大気圧から2000kg／㎡→全ての生物を燃やしても、酸素は1%くらいしか減らない （CO2は数倍に増えるが）

石炭紀（3.2億年前）の石炭と植物化石Arthropleura Hunterian Museum, Univ. Glasgow

石灰岩の役割・・・二酸化炭素の貯蔵庫• 地殻に存在する石灰岩をすべて分解すると、40気圧分の二酸化炭素が発生する• 石灰岩がつくられる量と、風化により分解する量のつりあい• マントル内部に持ち込まれる量と、火山ガスで放出される量のつりあい→このバランスが変化すると、気候に影響小笠原諸島• 「東洋のガラパゴス」• 固有の動植物、特殊な地質、岩石・・・世界自然遺産認定• 移入動植物の問題－固有の生態系保全の必要性• 海洋に孤立した生態系と進化のしくみ（2011.3, 2012.9, 2013.9に実施。参加20名）

小笠原諸島ー南島 約4000万年前の石灰岩

フィジー諸島
・・・サンゴ礁の役割を学ぶ• 南太平洋の島国。メラネシア。
• 熱帯、雨季と乾季の変化がある。
• 1000m級の山脈。330の島。
• 4000万年前からの地層が露出。
• 島弧の火山活動と島弧の衝突で形成。
‥日本に似た構造、地質。

1800万年前のサンゴ礁• フィジー諸島最大のビチレブ島内陸に露出石灰岩からわかること• 造礁生物の出現（約5.3億年前）が、新しい生態系をつくる• 大気の二酸化炭素を固定する役割･･･生物活動が気候に影響を与える生きている惑星・地球･･･つくられつつある大地

Hawaii島 Kilauea火山 Halemaumau火口地球はいまも変化し続けている

Hawaii島 Kilauea火山

野外調査の意義• 地球の歴史４６億年の90%の期間にあたる、約40億年の記録が地球の岩石に残っている• 地球という惑星の解析が惑星科学の基礎• 理論的推定と、地質学的証拠の両方が重要• ただサンプルを取ってくればいいのではなく、どのような状態で存在しているのか、周囲との関係はどうなっているのか、記録が必要。
• 採取する価値があるものを判断する能力