地球は何十万年もの間、人類の故郷であり、私たちの役に立ってきました。しかし、世界人口が増え続け、人間が地球の限りある資源を汚染し、略奪し続けているため、地球はますます危険にさらされているように見えます.
2012 年の世界自然保護基金の報告によると、2030 年までに、私たちのライフスタイルを維持するには、地球 2 個分に相当する面積が必要になると推定されています。そして、太陽が明るさを増し、約 10 億年後に海を沸騰させると予測されているため、ある時点で移動しなければならないことはほぼ確実です。
そのため、科学者たちは星に目を向け始め、いつの日か他の場所に基地を設置する方法を考え出しています.私たちは資源をどのように活用し、集落を築き、食物を育て、赤ちゃんを作り、新しい家で健康を維持するかについて、最新の研究に注目しています。
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資源の収穫 - 小惑星は材料と燃料のために略奪されます
宇宙探査の新時代は、2018 年 1 月に比較的小さなファンファーレで始まりました。小さな人工衛星 Arkyd-6 が、インドのロケットに搭載されて軌道に打ち上げられました。米国のプラネタリー・リソーシズによって設計および構築された、採掘可能な可能性のある宇宙の岩石を探す任務を負った小惑星偵察機です。
宇宙探査とは、地球の重力の絶え間ない下向きの牽引力との絶え間ない戦いであるということです。最初から必要なものをすべて持っていくということは、私たちの惑星の引力を追い越さなければならないことを意味し、それは非常に高価です.イーロン マスクの SpaceX のような企業による最近のロケット技術の進歩にもかかわらず、1 キログラムを軌道に乗せるには数千ドルの費用がかかります。光を発射して、宇宙から必要なものを収穫する方がはるかに優れています。そして、小惑星ほど魅力的な場所はほとんどありません。
私たちの太陽系の形成からの残りのビルディングブロックとして、小惑星はプラチナ、タングステン、鉄などの貴重な商品が豊富です.彼らが提供する誘惑は、1800 年代半ばの有名なカリフォルニア ゴールド ラッシュに匹敵する宇宙を引き起こしました。昨年、ルクセンブルグは、国内の小惑星採掘会社が宇宙で見つけたものを保持することを許可する法律を可決した最初のヨーロッパの国になりました.
一方、英国では、スコットランドの航空宇宙企業である Asteroid Mining Corporation が現在、地球に近い小惑星のプラチナを識別できる衛星を構築するために 230 万ポンドを調達しようとしています。今後数年間で、企業は、経済的に到達するのに十分近いと見なされる17,000個の小惑星のいくつかを探索するために、概念実証プローブを送ることができます。価値がある。潜在的な報酬は莫大です。一部のコメンテーターは、小惑星の採掘が世界初の億万長者を生み出す可能性があると示唆しています.
しかし今のところ、小惑星は将来の宇宙飛行士にとってさらに重要なものを提供します。それは氷です。凍った水は、金に相当する空間です。それを溶かすと、飲んだり洗ったりする水ができます。しかし、それは氷の可能性のほんの一部にすぎません。氷の有名な化学構造である H2O を一目見れば、氷が水素と酸素の両方でできていることがわかります。氷から呼吸可能な空気を採取したり、水素を燃料として使用したりできます。これは、小惑星が将来の宇宙のガソリン スタンドになる可能性があることを意味します。ドッキングし、燃料を補給し、旅を続けます。氷河と極冠に豊富な氷がある火星も、貴重なピット ストップになる可能性があります。
移動方法
ソーラーセイル
私たちはいつか太陽系を一周するかもしれません。巨大な天蓋は、太陽から吹く荷電粒子の流れである太陽風を捉えることができます。この技術はミニチュアで実証されており、惑星協会の 32m の帆を持つ LightSail 2 ミッションは、今年の 11 月に打ち上げられる予定です。
反物質ロケット
粒子が反物質と同等のものに出会うと、粒子は消滅してエネルギーとなり、ロケットに動力を与えることができます。わずか10gの反物質で4週間で火星に行ける！しかし、作るのは安くはありません。CERN の粒子加速器が 1 年間反物質だけを作ったとしても、10 億分の 1 グラムしか作れないでしょう。
アルクビエール ドライブ
スタートレックに移動 、これは現実世界のワープドライブです。 NASA は、物理法則に違反することなく光速よりも速く移動できるように、宇宙そのものを操作することを検討しています。問題は、そのためには負の質量が必要であり、それが可能かどうかはまだわかりません.
宇宙エレベーター
赤道に固定されたエレベーター シャフトをゆっくりと登ることができれば、地球の自転は、頂上で宇宙に飛び立つのに十分な速さで惑星を周回していることを意味します。まだ長い道のりですが、最近の材料科学の進歩のおかげで、ケーブルを構築するための材料がすぐに手に入るかもしれません.
途中で満タン
将来のミッションでは、すべての燃料を携行するのではなく、火星、木星、土星最大の衛星であるタイタンなどの場所から、天然ガスの主成分であるメタンを採取することができます。昨年、ジェフ ベゾス氏の宇宙企業 Blue Origin は、液化天然ガスを燃料とする BE-4 ロケット エンジンの試験発射に成功しました。
家を建てる - 宇宙の村へようこそ
人間は壊れやすい動物であり、その繊細な生物学には多くの保護が必要です。これは、地球の大気と磁場の保護繭から離れた場所では特に当てはまります。したがって、他の場所に店舗を構える場合は、まともな宿泊施設を用意する必要があります.
建設キットを地球から輸送するには法外な費用がかかるため、現在話題になっている頭字語は ISRU – In Situ Resource Utilisation です。これは、「既にあるものを使用する」という気の利いた言い方です。
計画はすでに進行中です。今年 7 月、NASA は 100,000 ドルの「3D プリント ハビタット チャレンジ」の 5 人の勝者を発表しました。これは、人々が火星に住み、働くことができ、地元の材料と 3D プリント技術を使用して構築できる住居を設計するためのものです。第 1 位は、アーカンソー州ロジャーズのチーム Zopherus に授与されました。このチームは、火星の表面に着陸し、ローバーを展開して地元の材料を収集する無人ロボット プリンターを設計しました。また、欧州宇宙機関は現在、月の土を使用して将来の宇宙生息地のビルディング ブロックを 3D プリントする方法についても取り組んでいます。
生息地を作ることは良い出発点ですが、長期的に見て、新しい家を「テラフォーミング」して、より地球に似たものにしたいと思うかもしれません.この大規模な改造は、大気と温度を根本的に変えて、液体の水と生命がより受け入れやすい環境を作り出すことを意味します。
6月に発表された研究では、「シアノバクテリア」と呼ばれる微生物の古代グループが、非常に暗い環境で光合成を行うことができることがわかりました。これは、有毒な惑星の保護された地域に配置され、二酸化炭素を取り入れて酸素を排出するのを見ることができる恩恵です.火星は候補の 1 つですが、別の最近の研究では、火星には仕事をするのに十分な二酸化炭素がない可能性があることが示唆されています。
家を作ることは家を作ることと同じではありません。植民地が成功するためには、その住民が駆け出しの社会の一員として機能しなければなりません。これは実店舗と同じくらい人々に関するものです。
最初の入植者は、おそらくここ地球上の現在の法律に基づいて、法と秩序を維持するための法制度を策定する必要があります。雇用を創出し、適切なスキルを持つ人々に割り当てる必要があり、医療、教育、経済サービスを提供する機関を迅速に設立する必要があります。理想的には、宇宙旅行者が地球を離れる前にすべての計画を立てておくのが理想的です。機能する社会をすぐに作り上げなくても、私たちの新しい家について十分に考えることができるからです!
行き先 - 5 つの目的地
場所: 月
地球からの距離 :384,400 km (平均)
長所 ：緊急時に地球に避難することができます。新しいテクノロジーの優れた実験場です。言うまでもなく通信遅延はありません。
短所 :2 週間続く夜。保護のための雰囲気や磁場はありません。激しく変動する気温。
場所 :火星
地球からの距離 :2億2500万km (平均)
長所 :太陽系で唯一、熱すぎず、ガスでできていない惑星。たっぷりのウォーターアイス。比較的近い。
短所 :放射線から保護する磁場はありません。大陸ほどの大きさの悪質な砂塵嵐。地球との通信が 20 分遅れました。
場所 :エウロパ (木星の衛星)
地球からの距離 :6 億 2,800 万 km (平均)
長所 :地球上のすべての海、湖、川、海を合わせたよりも多くの液体の水。
短所 :木星の磁場によって生成された強力な放射線帯の発射線内。太陽系最大の惑星に引き寄せられた隕石に弱い。
場所 :惑星間空間
地球からの距離 :> 100万km
長所 ：可動。地球または他の惑星を周回する生息地を構築するための無制限のスペース - 地形に制限されません。地球の重力に合わせて重力を再現できます。
短所 :ランドスケープの助けを借りずに、すべてをゼロから構築して組み立てる必要があります。
場所 :ケプラー-438b
地球からの距離 :470 光年 (4.4 千兆 km)
長所 :これまでに見つかった最も地球に似た太陽系外惑星の 1 つ。星のハビタブル ゾーンの内側の端に位置します。
短所 :到達するのに人間の一生以上の時間がかかります。生命を破壊する可能性のある太陽フレアがあると考えられている赤色矮星を周回しています。
食べ物を育てる - メニューには何がありますか?
地球上では、菜食主義と完全菜食主義がますます盛んになっています。宇宙では、家畜を維持するのに十分な資源がありません。それは植物ですが、宇宙という過酷な舞台で最もよく育つ作物はどれでしょうか?
今年の初め、最初の緑色の新芽が、国際宇宙ステーションの高度な植物生息地 (APH) で見られました。これはミニ冷蔵庫ほどの大きさの成長室です。植物、矮性小麦とシロイヌナズナの小さなバッチ (開花ロッククレス) は、PHARMER と呼ばれるコンピューター ベースのシステムによって自動的に管理されます。PHARMER は、180 個のセンサーを使用して、温度、湿度、光レベルなどの変数を監視します。この技術は、サラダの材料を生産するように設計された ISS の野菜生産システム (「ベジ」として知られている) を補完します。
2015 年、宇宙飛行士は宇宙で栽培された最初のレタスを試食しました。ただし、プロジェクトに問題がないわけではありません。地球上と同じように、カビは大きな問題であり、科学者はトマトのようなより興味深い食品の栽培に移行することができませんでした.スペース ガーデニングは大変ですが、これらはすべて、最初の宇宙農業者にとって有益な教訓です。
一方、火星で植物を育てる可能性を研究している科学者もいます。ペンシルバニア州のビラノバ大学の研究者は、レッド サムズ マーズ ガーデン プロジェクトを実行しています。彼らは、地球上の火山から土を採取して火星の土壌をシミュレートし、ケール、ニンニク、ジャガイモなどのさまざまな作物の栽培を試みました。光のレベルは、太陽から離れた暗い惑星で見られるものと一致するように慎重に制御されました。
ケールは順調に育ちましたが、粘土質の土壌は密度が高すぎて、成長するジャガイモが大きく育ちませんでした。しかし、ペルーの国際ポテトセンターで行われた同様の実験では、より過酷な環境に耐えられるように特別に飼育されたスパッドを使用して、火星のような条件でジャガイモを栽培することに成功し、将来の宇宙飛行チップ愛好家に希望を与えています.
合成生物学の技術、つまり生物学的構造をゼロから設計、設計、構築する能力を習得すれば、真のブレークスルーが実現する可能性があります。火星で繁栄するように特別に設計された新しい植物を設計できるのに、なぜ地上の植物を火星で存続させようとするのでしょうか?バイオファウンドリーとして知られる自動化された小規模工場では、厳密に管理された条件下でさまざまな生物を実験室で培養することにより、数百万の異なる設計を一度にテストできます。そうすれば、研究者は生き残るのに十分丈夫な種を見つけることができます。 7 月、オーストラリアの科学者チームは、この分野へのより広範な投資を求める論文を発表し、それがわずか 10 年で現実になる可能性があることを示唆しました。
自分のうんちを食べてもいいですか?
ペンシルバニア州立大学の科学者たちは、食べ物を作るための斬新な方法を開発しました。これにより、すべての食べ物を宇宙に運ぶ必要がなくなります。昨日の人間の排泄物は、明日の昼食に変わります。
尿はすでに ISS で飲料水にリサイクルされていますが、糞便は貨物船に送られ、地球の大気圏で燃焼されます。学校の科学技師になる前にペンシルベニア州立大学で働いていたリサ・スタインバーグ博士は、これを無駄な機会と見なし、私たちの身体の発信をすべて再利用するシステムを開発しました.
「このシステムは 2 つの原子炉で構成されています」と彼女は言います。 「最初の反応器は尿と糞便を取り、（廃棄物中の）炭素の一部をメタンに変換します。メタンは、メタンを消費するバクテリア バイオマスを成長させる第 2 の反応器に供給されます。」その結果、高タンパク、高脂肪の栄養補助食品ができあがります。スタインバーグは、食品は数日以内に成長できると指摘しています。これは、大豆などの植物ベースのタンパク質源よりもはるかに速い.ただし、彼女は、「宇宙飛行士の食事に含まれる植物性物質を補完するものであり、置き換えるものではない可能性が高い」と警告しています.
安全ですか？ 「[リアクター] は、簡単にろ過して病原体を除去できるガス状の生成物のみを移送します」と彼女は言います。 「安全は重要な優先事項でした。」味に関しては、スタインバーグのチームは研究室のプロトコルのために食品を試食できませんでしたが、食感はマーマイトに似ていると説明されています.宇宙飛行士がそれを食べるように説得できるかどうかは別の問題です.
健康を維持する - スペース ジムで友達を作りましょう
私たちの体は宇宙の低重力環境にうまく反応しません。私たちの筋肉は一生懸命働く必要がないので、消耗し始めます。骨が弱くなり、心臓が血液を送り出す速度が遅くなります。これに対抗するために、宇宙飛行士は毎日 2 時間の運動を行い、筋肉と骨の減少を防ぎます。長期間のミッションでは、地球上と同じように体が動くように独自の人工重力を備えた宇宙船を発明できない限り、厳密な運動計画に従う必要があります.
過去の宇宙ミッションにより、宇宙の物理的影響について多くの洞察が得られましたが、最近まで無視されてきた主要な側面が 1 つあります。マイクロバイオームです。ここ数年、科学者たちは、がんや肥満からうつ病や糖尿病に至るまで、私たちの体の微生物群が私たちの健康に重要な役割を果たしていることにますます気づき始めています.では、マイクロバイオームは宇宙でどのように機能するのでしょうか?
2015 年 3 月、NASA の宇宙飛行士スコット ケリーは、宇宙飛行が体に及ぼす長期的な影響を研究する任務の一環として、ISS での 1 年間の滞在を開始しました。現在、研究者はデータを調べています。
「人を宇宙に送り込む場合、人を送るだけでなく、何兆もの微生物も送り込むことになります」と、ケリーのマイクロバイオームを研究している科学者の 1 人であるノースウェスタン大学のマーサ ヴィタテルナ博士は言います。
多様な腸内微生物叢は一般的に健康であると考えられていますが、食事とストレスの両方がそれをかなり急速に変える可能性があります. ISS でのケリーの食事は非常に制限されていたため、チームはケリーの腸内の微生物の多様性が大幅に減少することを期待していたが、予備的な結果はそうではなかったことを示している.さらに、起こった変化は、彼が地球に戻るとすぐに正常に戻りました.
もう 1 つの NASA プロジェクトは、宇宙のマイクロバイオームにさらに光を当てようとしています。今年初め、Rodent Research-7 実験では、マウスを ISS に送り、げっ歯類のマイクロバイオームの変化が、睡眠や概日リズムなどの健康の他の側面にどのように影響するかを調べました。結果は来年まで期待されていませんが、人間のマイクロバイオームと睡眠パターンが宇宙でどのように変化するかを理解するのに役立つはずです.彼らがスコット・ケリーの研究を支持するなら、それは朗報だろう.最終的に地球を完全に離れると、骨と筋肉量が失われる可能性がありますが、微生物を維持できる可能性があります。
正気を保つ方法
良好なコミュニケーション
火星に行くと、地球との衛星通信に最大 22 分の遅延が発生します。物理的な課題に加えて、これは精神的な課題を提示します。マーズ 500 ミッション (モスクワを拠点とする 17 か月間のシミュレートされた火星ミッション) では、乗組員はミッション コントロールとの衝突が、自分たちの間での衝突の 5 倍にもなりました。地球を離れる場合は、まだ家にいる人とのラグー接続に慣れる必要があります。
人工光
地球を離れ、24 時間の昼夜サイクルが失われると、体内時計が乱れる可能性があります。 Mars-500 では、乗組員の 6 人中 4 人が睡眠障害を患い、1 人は慢性的に睡眠不足になり、もう 1 人は睡眠スケジュールを他の全員と同期できなくなりました。宇宙船では、地球の自然光を模倣する人工光でこれを克服できます。エイリアンの惑星では、より困難な問題になる可能性があります.
最高のエンターテイメント
「私たちはまだそこにいますか？」宇宙を旅する何ヶ月にもわたる旅では、よくある質問になるでしょう。地球上の緑がストレスを軽減するのに役立つことはわかっているため、機内で食べ物や植物を育てることは、追加のメリットをもたらすレジャー活動の 1 つになる可能性があります。別のオプションは仮想現実です。 HI-SEAS は、NASA がハワイの火山に設置した模擬宇宙ミッションで、乗組員はヘッドセットを介して独自の特注の VR ワールドに逃げることができました。
サポート ネットワーク
宇宙飛行士はいつも、宇宙から地球を見ることは深遠な体験だと言います。しかし、地球がまったく見えなくなったらどうなるでしょうか。 「地球が見えない現象」は、特に家族や友人が置き去りにされた場合、不安、激しいホームシック、うつ病につながる可能性があると考えられています.宇宙の開拓者は、地球を離れる影響を感じている人々を助けるために、新しい家で強力な社会的および心理的サポート ネットワークを必要とします。
赤ちゃんを作る - 宇宙では少し難しい...
地球をうまく離れるには、宇宙で妊娠する方法を理解する必要があります。潜在的なハードルの 1 つは、精子に対する無重力状態の影響です。これは現在、NASA によって調査されています。
今年 4 月、マイクロ 11 プロジェクトは初めて人間の精子を ISS に送りました。研究者はまだ結果を待っていますが、同じチームによる以前の研究では、ウシとウニの精子が宇宙でうまく機能することが示されています。ウニの精子では、精子細胞が泳ぎ始めるための化学物質もより速く動きます。
「以前のデータからわかっていることを考えると、[人間の] 精子は微小重力下でより速く泳ぐことが判明するだろうというのが私たちの仮説です」と、マイクロ 11 プロジェクトのリーダーであるカンザス大学のジョセフ タッシュ博士は述べています。これが起こった場合、彼はプロジェクトがその理由を解明できることを望んでいます.
しかし、精子は方程式の半分にすぎません。メスのマウスを使ったスペースシャトルミッションに関する以前の実験は、微小重力が卵巣からの成熟卵の放出を遅らせることを示唆しています。 Tash は、これが長期的な影響であるかどうかをテストするための別の実験を行っています。もしそうなら、それは私たちが渡る必要がある別の橋になるでしょう.
スペース ベイビーを作る際のもう 1 つの障害は、高エネルギーの宇宙線と太陽から流れてくる荷電粒子です。 ISS の放射線レベルは地表の 10 倍ですが、偏向シールドとして機能する地球の磁場の保護範囲外のレベルとは比べ物になりません。放射線は、精子や卵子の生成を停止させたり、突然変異を引き起こしたりして、胎児に損傷を与える可能性があります。宇宙旅行者をこれらの影響から保護する方法を、耐放射線性の生息地や DNA 損傷の修復に役立つ薬で見つける必要があります。
これらの生物学的ハードルを乗り越えたら、遺伝子プールを健康に保ち、近親交配を避けるために、十分な数の人々を新しい家に送ることも確認する必要があります.近くの太陽系外惑星プロキシマ ケンタウリ b への 6,300 年の旅の 1 つの仮説的な計画では、近親交配を防ぐには 98 人程度で十分であると推定されています。壊滅的な出来事の可能性に対処し、乗組員を可能な限り健康に保つために、このような長期の任務には数千人のオーダーの乗組員がより良い賭けであると考える人もいます.
Q&A:宇宙で子供を育てる方法
宇宙の赤ちゃんが幸せに育つようにするにはどうすればよいでしょうか?ポートランド州立大学の人類学者であるキャメロン・スミス博士に話を聞きます
宇宙で子供を育てることは倫理的ですか?
哲学者はこの概念を「リスクへの同意」と呼んでいます。誰かを同意なしに危険にさらすことは道徳的に許容されますか?この場合はそうだと思います。
古代ポリネシアの人々と比較してください。三千年前、彼らは新しい島を求めて海を渡った。多くの場合、家族全員が一緒に行き、二度と連絡がありませんでした。しかし、最終的には太平洋全体を植民地化しました。それは容認できないと言えますか？私はそうは思いません – 彼らは探検家でした.
潜在的なリスクは何ですか?
課題は、生物学的および文化的なものです。すべての条件にすぐに適応する方法がわからないため、宇宙に最初に定住した人の乳児死亡率が高くなる時期があります。子供はまた、異なる重力の下で異なる方法で発達します。子供を宇宙に連れて行くには、こうしたリスクや不快感を受け入れる準備ができている文化が必要です。
彼らが幸せな子供時代を過ごせるようにするにはどうすればよいでしょうか?
私たちが地球上の子供の通常の生活と考えていることは、別の惑星では同じではありません。ある意味で、子供たちは自由を失います。 10歳までに、私は小川のそばに探検に出かけることができました.火星では、外に出て放浪するのははるかに危険です.
しかし、宇宙定住の初期段階は非常に慎重に計画されるため、宇宙で生まれた子供たちは、今日地球で生まれた平均的な人に比べて、幸せな生活に必要な食料、水、資源を手に入れる可能性がはるかに高くなります。それらが保証されることはめったにありません。
どのように準備すればよいですか?
私がやりたいことは、人間の適応能力について私たちが知っているすべてを宇宙の入植者に与え、彼らが自分たちの生活を形作るようにすることです.最終的に、すべてを予測することはできません。人類の適応力に頼る必要があります。
これは BBC Focus の第 327 号からの抜粋です。 雑誌。
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