砂丘は惑星アラキスの非公式な名前で、星系カノープスに位置し、物語の多くが展開される険しい砂漠の世界です。その 2 つの主な住人は、フレーメンと呼ばれるタフな人々のグループと、何千年も生き、体長が 2 km 以上に成長する巨大なサンドワームの種である先住民のシャイ フルードです。
シャイフルードの主食は砂で、砂プランクトンとして知られる小さな生物が補われています。彼らがこのやや当たり障りのない食べ物を消化するとき、彼らの代謝は酸素を放出します - 砂が単なる二酸化ケイ素（酸素の2つの原子に結合したケイ素の原子）であることを考えると、おそらくそれほど大げさではありません.これにより、Arrakis は人間が呼吸できる雰囲気になります。
地球上で私たちが呼吸できる大気は、植物やバクテリアによる光合成のおかげです。これらは二酸化炭素と水を取り込み、日光と組み合わせて糖の形で自分自身の食物を作り、途中で酸素を放出します.
20 億年から 24 億年前の大酸素化イベントがなければ、人類、そして一般的な動物生命は地球上で進化することはできませんでした。この時、地球の原始海洋に生息するシアノ バクテリアが光合成を行い、酸素が大気中に放出されました。
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「これは、約 5 億 4000 万年前に後生動物 [多細胞生物] をサポートできる大気で最高潮に達し、それから少し遅れて私たちをサポートすることができました」と、ルイジアナ州立大学の Gary King 教授は言います。
キング博士は、火星の大気に酸素を導入するために、光合成バクテリア (光栄養生物とも呼ばれる) を使用する可能性を研究しています。エイリアンの世界を私たちの世界のように設計し、人間が居住できるようにするこのプロセスは、「テラフォーミング」として知られることがあります。
2012 年、NASA のキュリオシティ ローバーは、光合成の重要な要素である水が火星に存在する直接的な証拠を発見しました。ただし、ほとんどの水は固く凍っています。キングのテラフォーミング計画がうまくいく方法の 1 つは、火星に自動化された工場を建設することです。この工場は、温室効果ガスを生成して地球を暖め、氷を溶かして使用可能な液体にします。
「おそらく、火星の温度は、光栄養生物をサポートするのに十分に上昇する可能性があります.しかし、それにはまだ課題が残っています」と King 氏は言います。
潜在的な問題の 1 つは、太陽から降り注ぐ高エネルギー放射線の流れです。地球上には、これらの粒子を追い払う磁場があります。しかし、火星にはそのような防御策がなく、これが約 35 億年前に火星の元の大気が吹き飛ばされた方法であると考えられています。これは「破砕」と呼ばれるプロセスです。
同じことが再び起こるのをどのように止めますか?
King 氏は、微生物が火星に活発な生物圏を確立すると、地球上の植物が動物やその他の好気性生物による酸素の消費に追いつくのとほぼ同じように、酸素の生成が破砕の損失に追いつくことができる可能性があると考えています。
私たちは水なしで生きていけるでしょうか?
砂漠は最も親切な場所ではありませんが、砂丘 のアラキスは特に酷い。この荒れ果てた惑星に雨が降ることはなく、その住民であるフレーメンは、生き残るためにいくつかの機知に富んだ戦術に頼らなければなりません.
彼らのイノベーションの 1 つは、人間が排出するすべての水分をリサイクルするように設計されたフルボディ スーツであるスティルスーツです。汗はスーツの多孔質の内層を通過し、ろ過されてポケットに集められ、そこからチューブを通して飲むことができます.尿と糞便は太もものパッドに行き、そこから水が同様に再生されます.スーツは、着用者の歩行動作によって駆動されます。 Fremen の指導者である Liet Kynes が言うように、「Fremen スーツが正常に機能していれば、1 日に指ぬき 1 杯分以上の水分が失われることはありません…」
今日の世界にはスティルスーツのようなものは存在しません。ただし、宇宙では話はまったく異なります。
国際宇宙ステーション (ISS) には、天然の水源はありません。ステーションに持ち込まれる新しい水は、地球からロケットで打ち上げる必要があり、1 リットルあたり数千ドルの費用がかかります。そのため、このステーションでは、フレーメンのスティルスーツに似たクローズド ループの浄水システムを採用していますが、個人的な規模はやや小さくなっています。
ISS システムは、宇宙飛行士が使用する水の最大 93% をリサイクルすることができます。これには、発汗や呼吸によって分泌される空気中の水分、廃洗浄水や尿が含まれます。これらは蒸留によって精製され、遠心分離されてさらに不純物が除去されます。すべての廃水は、毒素や微生物を除去するために、さらに処理およびろ過プロセスを通過します。その後、純度が電気的にテストされ、等級に達しない水は再度処理されます。
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嫌な要素もあるかもしれませんが、ISS の飲料水は、ほとんどの家庭用水道よりも純粋です。
同様の水保全対策が、使用可能な液体の水が不足する火星でも採用される可能性があります。火星でのその他の対策としては、大気から水を採取したり、凝縮器を使用して大気中の蒸気を飲用に適した液体の水に変えたりすることが考えられます。
2018 年にジャーナル Environmental Science &Technology に掲載された研究論文 、サウジアラビアでのそのようなシステムの試行について詳しく説明しました。 35 グラムの吸湿ゲルを使用して、湿度 60% で一晩 37 グラムの水を抽出しました。
「この技術は、乾燥した陸地に囲まれた遠隔地できれいな水を生産するための有望なソリューションを提供します」と研究の著者は報告しています。
- この記事は、BBC Science Focus Magazine の第 369 号に最初に掲載されました – 購読方法はこちら
