火星と宇宙生物学• 1.宮本正太郎と月・火星（ホイッグ史観と複雑系の科学の発展）• 2.火星の起源、歴史と生命存在可能性（40分＋5分議論）• 3.宇宙生物学の未来（40分＋5分議論）

2

3

4

5

MARS NEARING EARTH
In 2003, the Hubble Space Telescope snapped this photo of the red planet 11 hours before its closest approach to Earth in 60,000 years. How
close? It was a mere 34,648,840 miles (55,760,220 kilometers) away. The next closest approach will be in 2287.
PHOTOGRAPH COURTESY NASA

SULFUR-RICH ROCKS ON MARS
Sulfur-rich rocks in the Columbia Hills on Mars stand out in bright blue in this false-color image from the Spirit rover. Spirit used its rock abrasion
tool, or RAT, to grind a hole in the rock. The rock's high sulfur content and softness are probably evidence of past alteration by water.
PHOTOGRAPH COURTESY NASA/JPL/CORNELLMARS'S LOW RIDGE
The rover Spirit made this picture of the surface of Mars over 118 Martian days, or sols. (A sol lasts 24 hours, 39 minutes, and 35
seconds.) It was taken from a small hill known as Low Ridge—Spirit's wintering grounds.
PHOTOGRAPH COURTESY NASA/JPL/CORNELLOLYMPUS MONS ON MARS
Looming larger than any volcanic mountain in the solar system, Olympus Mons on Mars is taller than three Mount Everests and isabout as wide as the entire Hawaiian Islands chain. There's no dramatic summit, though—it's nearly as flat as a pancake.
PHOTOGRAPH COURTESY NASA/JPL/MALIN SPACE SCIENCE SYSTEMSNEW COLOR
This piece of rock, dubbed Tintina, was crushed under one of Curiosity's wheels to reveal a surprisingly white interior. Theminerals of the rock contain water, further suggesting the planet was once watery.
PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSSMARTIAN LAKE
Scientists believe that the even layers of this Martian rock were first deposited near the edge of an ancient lake, close to wherewater flowed into the basin. These formations are one of the many features that signal the planet's watery past.
PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSSWALKING THROUGH TIME
Scientists believe that the layers of rock on the lower flanks of Mount Sharp will help them untangle Mars' geologic history. Scientists will
examine the mountain layer by layer, as if leafing through the pages of a book.
PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSSSUNSET ON MARSThe rover caught this stunning view of the sun setting over the rim of Gale crater on April 15, 2015. Unlike our red-hued sunsets, Martian views are
tinted blue thanks to fine particles that allow more blue light into the atmosphere.
PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/MSSS/TEXAS A&M UNIVThis image from Gale crater in 2018 prompted speculation that some shapes were wormlike fossils, but they were geological formations probably formed under water. (Wikipedia)

Panorama of Gusev crater, where Spirit rover examined volcanic basalts火星の研究が地質学の対象になった• １ 観測で分かったこと→火星の起源と歴史のモデルを立てること（作業仮説１）が必要；そのモデルを提案した（丸山ほか、アリゾナ大学G）• ２ その前に、複雑系の科学の方法論と科学哲学の紹介（特に日本人はこの問題に無関心）→それをベースに宮本正太郎の貢献を評価しよう

複雑系科学の行方；串刺し科学と反証可能性• 目次• １近代科学の発展• ２疑似科学と串刺し科学• ３複雑系科学の研究の手法• ４反証可能性（falsifiability, Carl Popper）• ５結論

科学と技術の発展が加速度的に人類の理解を進めてきた●実験・観測できる空間の飛躍的な広がり→ 革命的な理解の飛躍を導いた。
・ゲノム科学・海洋地質・地球深部の観察
・宇宙深部観測・素粒子物理学●今世紀は超学際研究が更に加速する時代

その裏面に出てくる問題↓
疑似科学の横行ニュートリノ

疑似科学とは何か？
科学的に正しいものであるかのように説明している提案
あるいは反証可能性のないモデル

疑似科学の具体的な例
1. P/T境界の新説：洪水玄武岩起源CO2によって地球が温暖化。
その結果、90％を超える大型生物が絶滅した （古生物学）
地質記録によれば温暖化などしていない
2. 生命の起源に関する新説：毎日数万トンの有機物が地球に降り注ぎ、地球生命へと進化した（アストロバイオロジー）
有機物は宇宙から地球にほとんど降り注いでいない
3. エンスタタイトコンドライトは水を含んでいる（隕石学）
エンスタタイトコンドライトは水を含んでいない
4. IPCCによる過去の気温曲線（気候学）
中世の温暖期を完全に無視した気温曲線を採用
その他、枚挙にいとまがない疑似科学の手法：串刺し科学●自分のモデルを説明するために都合のよい観測事実だけを採用する●自分のモデルの反証となるデータは一切引用しない●たとえばP/T境界の新説（Wignall, 2007）の場合
なぜ古生代ー中生代境界で大量絶滅が起きたのか？疑似科学の手法：串刺し科学
P/T境界の理解（共通認識）：火山活動によるCO2の増加と酸素の現象がこの時代にあった →では大量絶滅の原因は？

Isozaki & Servais, (2018)

疑似科学の手法：串刺し科学
１）Wignall(2007)による提案：「洪水玄武岩によるCO2の増加が温暖化を引き起こしその結果大量絶滅」
P/T境界

現代の大量絶滅
人為起源CO2による地球温暖化が21世紀末に人類を含む大量絶滅を引き起こすと説明した

疑似科学の手法：串刺し科学２）Wignallが無視した事実：
P/T境界は寒冷な時代◇氷河の存在◇海水準最低時代◇ Sr同位体比→ 疑似科学の手法
P/T境界の大量絶滅は人為起源CO2による地球温暖化が21世紀末に人類を含む大量絶滅を引き起こすとする「現在の社会情勢」を巧みに利用し、科研費獲得を目指す。

海水準

Sr同位体比Isozaki & Servais, (2018)

社会が科学に重大な影響を与える時代
1. 近年の業績至上主義の結果、新しいモデルや斬新なアイデアを発表するために疑似科学や串刺し科学が横行
2. 科学者の思想の低下
大学や研究所の教授職についたあとは、研究活動などしない
3. 組織に埋没する組織の本来の目的を忘れ、自己の権利に執着し、自己主義的にふるまう→内部崩壊の始まり●研究者は真実に対して誠実であるか？
→ 幻想にすぎない

複雑系科学研究の進め方

複雑系科学の発展の法則●天文、惑星、地球科学、生物学、化学、物理学の全分野
１）記載の時代２）分類の時代
３）成因論や仮説を提案する時代●複雑系科学の方法論
数学
熱力学
電磁気学
統計学
ニュートン力学→方法論は物理学者が創った

複雑系科学の研究の方法と理論の構築
1. 記載→分類→成因論（理論）2. 作業仮説を立てて、実証/検証する。
3. 現実的には実証は不能だが反証は可能（科学哲学）
4. 反証可能性（Falsifiability, Karl R. Popper, 1902-1994）によって、科学は発展する。

反証可能性とは（Falsifiability, Karl Popper）●１００羽の黒いカラス；（１）経験則（実験式）の限界、（２）反証の重要●理論的背景を持つ新たな手法が導入されると作業仮説が「法則」に昇格する
例：遺伝子科学において、突然変異のメカニズムが解明される

総合化の時代のプロセス
１）モデル（作業仮説）が提案される。
２）モデルの検証が始まる。たった一つの反証によってモデルが否定される。
３）反証を包含する新たなモデルが提案されて、モデルは少しずつ真実に近づく

研究を前進させるには、新たな研究手法の提案と技術の開発が鍵

５結論
1. 現在は超学際研究の時代である。
2. 複雑系科学の研究では疑似科学や串刺し科学が横行している。
3. 反証可能性の重要性を改めて理解しよう
4. 反証可能性によって、複雑系科学のモデルは真実に近づく

（ホイッグ史観と複雑系の科学の発展）• １天動説と地動説• ●はじめに：我々後世の科学者は「天動説の提案者は悪玉で、地動説の提案者が善玉だ」と評価しがちである。この評価は間違っている。論争の時代に遡って、当時の観察事実に基づいた議論と評価が最も大事な視点で評価しなくてはならない＝ホイッグ史観。
• ●コペルニクス（地動説の提案者）は教会から批判されず、なぜガリレオ（Galileo）が激しく糾弾されたのか？当時の惑星の軌道を説明する上では天動説も地動説のどちらでも数学的に説明できた。
Galileoは高解像力の望遠鏡を創って観測して、惑星が周期的に大きくなったり小さくなったりするが太陽はそうならないことを説明できるのは地動説だといって論争に決着

1.宮本正太郎と月・火星●月の表層のクレータは火山起源か隕石衝突か？
●望遠鏡の観察（クレータが巨大すぎるが決定的証拠ではない）●アポロ計画で、決着（＋衝突実験、月の地質、年代他）●隕石衝突（サイズとプロセス）→惑星形成論が加速●我々はホイッグ史観に囚われていないか？
●ローウエルの火星運河と火星人説は疑似科学か？

火星
火星の起源と進化に関する新事実（火星の観測：地球物理学、地質学、隕石学）から火星の起源と進化のモデル＝検証可能な作業仮説を提案する

Maruyama & Ebisuzaki, (2016）

火山活動、海洋の安定性

Maruyama et al., 2013

Sparrow (2012) The Universe, Quercus Editions Ltd.

火星表層を覆った海水の総量• １ 現在の火星表層の水（極冠＋クレータ内部の氷河＋つらら）• ２ 厚い堆積岩層（＞9㎞、マリネリス峡谷の崖）• ３ オリンポス火山（卓状火山の崖、9㎞→9㎞の厚さの巨大氷床の存在）• ４ 北部低地の厚い堆積物中の間隙水を絞り出すと600m程度の海• ５ 論争（地中海の海洋質量程度 vs 9kmの厚さの海洋が火星表層の1/3-2/3を覆った（40億年前）→多くは後にマントルへ吸収された→太陽風で水素が宇宙に選択的に散逸Sparrow (2012) The Universe, Quercus Editions Ltd.

Diagnostic features: Sratigraphysuch as candidate olistostrome

Courtesy of the members ofMaruyama Lab, Tokyo Tech, Japan

Diagnostic features: Candidate accretionary complex

HRSC data courtesyof ESA and DLR

ShigenoriMaruyama
Bonita Cover, near
San Francisco

Modified from Wahrhaftig, 1984

付加体の存在と花崗岩の普遍的存在＝プレート運動の存在（＋海洋の存在）核の温度の歴史が分かる
マントルの温度の歴史が分かる

火星の大陸地殻は花崗岩；堆積岩の平均化学組成

Usui [2011], Chikyukagaku v45. 159-173

火山岩の起源マントルの温度と化学組成がわかる

Usui [2011], Chikyukagaku v45. 159-173

マリネリス峡谷の崖＝9㎞に達する堆積岩

火星は最初期の6億年間がプレート運動の活発な時代
スーパープルームがその時代に生まれ、現在でも活動中？

スーパープルームの存在

生物化石？
Q;小さすぎる
ホストの石＝深成岩、炭酸塩鉱物は脈？

70Ming et al 2014

簡単な有機物が確認されたがまだ、アミノ酸さえ見つからない
Cf. 隕石にはアミノ酸まで報告されている●硫黄と塩素に満ちている

Ming et al 2014

火星史要約火星史の作業仮説の改定• １ 火星の起源；太陽系惑星形成論の改定（次の講演）• ２ 大気・海洋の起源と進化（改定）• ３ 火星生命の議論（大幅改定）• ４ 火星の地質学の革新的な発展• ５ 超学際科学の必要性と危険性（カオスの時代）

ロゼッタ探査
欧州宇宙機構、
２０１４－２０１５

Sparrow (2012) The Universe, Quercus Editions Ltd.

Capture of Dymos and Fobos

１回目の全球凍結
スターバースト（外力）に対する地球システムの応答

Maruyama et al., 2013

540Ma260Maペルム紀末寒冷期

Chapter 1Research History2.火星の起源、歴史と生命存在可能性

3.宇宙生物学の未来

Chapter 2General characteristics on Mars

Chapter 3 Geologic Mappingof Mars

Surface geology

How to demonstrate the presence ofAccretionary complex(1) Layer-parallel thrust(2) Rock assemblages(3) Ocean-plate stratigraphy(1) How to determine OPS(2) Hemipelagite indicates the arrival
time of oceanic plate at trench.
(3) Thickness of chert (age difference)indicates how old is the oceanic plate(4) Chemical composition of cap turbidite
indicates the depositional environment,
continental margin or intra-oceanic.

Bottom of OPS:MORB work by Saito shows
the remnant of subducted slabs.

●構想的上位に太平洋型造山帯があるか？

●どれだけのＴＴＧ地殻が消失したか？

Maruyama et al., 2002)

Ophiolite and Alpineperidotite

Vertically-dipping duplex
geologic units of olistostomelike accretionary complex

Concept of suture defined by ophiolite belt or
Alpine-type peridotite• If necesaary, Dewey gram is attached.

Chapter 4Mantle and CoreMars vs Earth; If TTG is common
on Mars, no difference inbetween, what the difference inapparent Usui’s Figure? Simply
the difference of rock-types
AFM diagram is necessary

Petrogenesis of TTG magma• 臼井論文→火星内部の温度と組成を推定する。火星の起源隕石は地球に近い（地殻・マントル・コアの比がほぼ同じ：enstatitechondriteに近いが100％同じではない、アルカリが多いだろう、表層は硫黄に満ちている）• Blueberry minerals (List) and estimation for the host ponds toevaporate minerals enriched in S, salts (similar to the Archean ocean
on the Earth)• Petrogenesis of TTG (andesite) magma; point is the relative
abundance of basaltic (gabbroic) part, cf. Moon and Earth

Chapter 6
Tharsis SuperplumeSuperplume: Concept and origin• Difference from so-called plumes• Shape of plume as a function of T• Superplume and plume through time
• Example on Earth and Mars
• Origin: T and X, and role of SP through planetary evolution (+ heatsource)Chapter 6 History of Mars

Chapter 6-1 Early Mars; ABEL
model for the inner rockyplanetsアノーソサイト岩体の浮上
Density (g/cc)

0km

Chilled Margin

02.7

2.8
Basaltic melt

GabbroMg# = 0.4

Anorthsoite
Pressure (kbar)

120km

Mg# = 0.4

5An

fractionation

200km

10

新井(修論)

メルトがFe-richになり、密度大きくなる。密度逆転層が上昇。
月の地質記録から検証する必要がある。

Are there any facts remain on the Earth to support the ABEL Model? Yes!

mantleGravitational instability at trench inner wall
• Origin of huge-scale oliststrome

H2O=PT=TTG

(1) 古環境の解読(2) 化石からDNAを分離・増幅する (分子化石・タンパク質進化)

Chapter 8 Comparative planetology

Chapter 6 System
Movement?

xx
Maruyama et al., 2013

Maruyama et al., 2013

Maruyama et al., 2013Chapter 8 Origin and evolution of early MarsOxygen isotope fractionation
Ordinary
Mars

Enstatite
Carbonaceous
Vesta

Krot et al., in Treatise on Geochemistry 1.05, 83 (2005)
Clayton, in Treatise on Geochemistry 1.06 129 (2005)

Moon

Cloutier et al., 2015, Nesvorny, 2011
●この問題を解くカギはカイパーベルト天体

Escape speed of atmosphere
Jupiter
NeptuneEscape speed(Km/s)

EarthVenus
Mars
Titan Ganymede

Mercury
Io
Callisto Moon
Europa● (?)

Enceladus

Temperature (K)http://blogs.yahoo.co.jp/huriidorihi4sei/3005126.htmlより引用

プレートの沈み込みによってCO2をマントルに捨てるSequential formation ofplanets through time164

Diversified Eso-planets; how can we make them
Our solar system

Under weak geomagnetism
Dispersed planets with high ecc
can be formed
Hot Jupiters & Super Earths
under strong GCR

165

CO2 circulation

丸山、林、橋本、戎崎、2015Maruyama et al., 2013

Mantle transition zone
huge water tank=5 times
as large as total ocean mass

Huge water tank in MTZ (Inoue and others)

Komabayashi et al., 2008
Maruyama et al., 2013

Fate of water from MOR to deep subduction zone
Subduction zone geotherm = Top of descending slab

Huge water tank（hydrous silicates）
Maruyama et al., 2013

小惑星帯の領域に質量の大きな欠損がある→木星が内側に移動して吸収した

Smith (1982)

Chapter 7 Geotectonic
history of Mars

Mars History; 7 major events

Chapter 9 Debate on Mars

Mass depletion between Outer and Inner Planets?

Write et al. 2011, PASP, 123, 412-422, Eso-planets＞6,000 (2016)179

Hot Jupiter and Super-Earth■ Distribution of high-V anomaly of P-wave

H2O

Systematic compositional change within rocky planets
Planet density as a distance from the Sun (AU)
1st Step:
Bulk chemical composition ofSolar Rocky Planets（中心星からの距離の関数＝密度曲線）

2nd Step:
Bulk chemical composition of
Universal Rocky Planets
determined as a function ofCentral Star (chemistry and size)and distance (from CS)（中心星の組成とサイズで密度曲線が変化）
2.1

3rd Step:
The birth and evolution of
Habitable Trinity Planet
are determined byinternal dynamics of solid planet
惑星内部の初期進化でHTPへ

2.7

RH096

A way to establish Astrobiology
Planet

1st group（１）

Mercury×Venus

1st group（２）2nd group

3 rd group

4 th group(future)

×××××××××

Earth○○○○○

Moon×××××

Mars

○

△×××

Satellites ofJupiter and Saturn△××××

Europa○××××

Ganymede

○××××

Titan

△××××

Uranus

○××××

Neptune○××××Sparrow (2012) The Universe, Quercus Editions Ltd.

Paleogeography of the Earthsince 4.567Ga

Fig: If another earth was created in asteroid belt

Snowline

Maruyama et al., 2013

EarthAnother Earth
Ocean: 400km thickMade from 3H2O%
chondrite

Dry and naked planet earth

陸地がない→生命の誕生も進化もない丸山、林、橋本、戎崎、2015

History of Venus and Earth

丸山、林、橋本、戎崎、2015

CO2 circulation

丸山、林、橋本、戎崎、2015

Towards the establishment of Astrobiology→ Universal Formation Model of Habitable Trinity Planets
1st Step:
Bulk chemical composition ofSolar Rocky Planets（中心星からの距離の関数＝密度曲線）
2nd Step:
Bulk chemical composition of
Universal Rocky Planets
determined as a function ofCentral Star (chemistry and size)and distance (from CS)（中心星の組成とサイズで密度曲線が変化）
2.1

3rd Step:
The birth and evolution of
Habitable Trinity Planet
are determined byinternal dynamics of solid planet
惑星内部の初期進化でHTPへ

2.7

001 Ma

最近の寒冷化ピーク

惑星サイズ-bimodal地殻形成-水の総量
Moon

Venus

Mars

EarthMars

Northern HemisphereOcean?

Moon
Extension

Convection+

Thick (60km)
An crusts+++

asthenospherelithosphere

Iron coretion++++v ec
Con

Facing tothe Earth++++

MantleRadius 1750km+++アノーソサイト岩体の浮上
Density (g/cc)

0km

120km

02.8
Basaltic melt
Mg# = 0.4Anorthsoite

Mg# = 0.4

5An

fractionation

200km

2.7Gabbro

Pressure (kbar)

分ン化したＫＲＥＥＰ（玄武岩）、シル、岩脈、下部地殻）

Chilled Margin

10

新井(修論)

メルトがFe-richになり、密度大きくなる。密度逆転層が上昇。
月の地質記録から検証する必要がある。

Tectonics

Magma ocean

Stagnant lidtectonics

ABEL
Bombardment

Plate tectonics

Mantle overturn

Plate tectonics+
superplume

Plate tectonics+
superplumeElkins-Tanton (2011)mantleTectonics

Magma ocean

Stagnant lidtectonics

ABEL
Bombardment

Plate tectonics

Mantle overturn

Plate tectonics+
superplume

Plate tectonics+
superplumeThe basic study for Astrobiology
Unraveling of the Earth history

Maruyama et al., 1996; Maruyama and Liou, 2005

Maruyama et al., 2013Paleogeography of the Earthsince 4.567Ga

生命と地球の歴史
ー宇宙生命学の体系化ー
丸山茂徳（ELSI,東工大）

小惑星帯内部の小惑星のタイプ（化学組成）と太陽からの距離の関係←質量DeMeo and Carry (2014)

小惑星の地質学＋観測が鍵

Maruyama and Ebisuzaki, 2016

Maruyama and Ebisuzaki, 2016
水素ガスはいつ晴れたのか？

半径250㎞に規格化した密度

001 Ma

最近の寒冷化ピーク

Ming et al 2014

Ming et al 2014

Ming et al 2014

Ming et al 2014