初めて火星への有人探査ミッションを試みるとき、それは可能な限り自給自足である必要がある。火星と地球が26ヵ月ごとに軌道上で最も接近する「オポジション」と呼ばれる時期でも、宇宙船が火星に向かうには6ヵ月から9ヵ月かかる。このため、宇宙船への物資補給は非常に非現実的であり、宇宙飛行士は旅に必要な物資をたくさん詰め込まなければならない。また、宇宙飛行士は、食料の一部を栽培し、現地の資源を活用してニーズを満たす必要がある。これは、ISRU（in situ resource utilization：原位置資源利用）と呼ばれるプロセスだ。

特に、火星のどこに水があるのかを知る必要があり、これは小さな挑戦ではない。そこで、欧州宇宙機関（ESA）は、水性鉱物（水によって化学変化した岩石）の位置を示す鉱物マップを作成した。この地図は、MOCAAS（Mars Orbital Catalog of Aqueous Alteration Signatures）というプロジェクトで、10年以上かけて作成されたものだ。火星への有人ミッションの着陸地点を選定するとき（今後10年以上）、このような地図は非常に役に立つだろう。

M3プロジェクトは、パリの宇宙物理学研究所（IAS）、エクス・マルセイユ大学のマルセイユ宇宙物理学研究所（LAM）、宇宙航空研究開発機構（JAXA）の宇宙科学研究所（ISAS）、スペイン・マドリッドの欧州宇宙天文センター（ESAC）の研究者を含む国際プロジェクトだ。このプロセスは、3月から8月にかけて科学雑誌「Icarus」に掲載された、Lucie Rui氏（JAXA宇宙科学研究所研究員、ESA-ESACのESA研究員）とJohn Carter氏（IAS、LAM）が中心となった一連の論文に詳述されている。

この地図は、ESAのマーズ・エクスプレスに搭載されたオメガ（OMEGA：Mineralogie, l’Eau, les Glaces et l’Activité Observatoire）とNASAのマーズ・リコネイサンス・オービター（MRO）のCRISMによって得られたデータによって作成されたものである。これらの観測装置は、かつて火星のどこに水が流れていたかを調べるために、2003年と2006年（それぞれ）から火星の鉱床のマッピングを行ってきた。具体的には、岩石が長い時間をかけて水と相互作用した結果、粘土や塩類が豊富に存在する場所を探した。

同じ波長帯で観測し、同じ種類の鉱物に感度があるため、この2つの観測装置のデータセットは非常によく補完される。CRISMが局所的な水性鉱物を高分解能で観測するのに対し、OMEGAはより高い波長分解能と優れたS/N比により天体全体をカバーする。また、CRISMがローバー着陸地点のような小さなエリアのマッピングに適しているのに対し、OMEGAは全球や地域のマッピングに適している。

地球上では、さまざまな条件下で岩石と水が相互作用することにより、さまざまな種類の粘土が生まれる。例えば、スメクタイトやバーミキュライトという粘土鉱物は、火山岩が比較的少量の水と相互作用することによって生じる。鉄やマグネシウムなどの化学元素を含んでいることから、この2つの鉱物を識別することができる。水が豊富な場所では、岩石がより変化し、可溶性の元素が取り除かれ、金属を多く含む粘土（アルミニウムを保持するカオリンなど）が残される。

研究チームが驚いたのは、これらの鉱物が多く存在することだった。10年前、科学者たちは、このような鉱物の鉱床は惑星全体でわずか1000個しか露出していない、異常なものだと考えてい。それに対して、今回の地図では、このような鉱物が惑星上で最も古い場所に何十万個もあることが明らかになった。「この研究は、古代の地形を詳細に研究しているとき、これらの鉱物を見ていないことが、実は奇妙であることを立証しています。”私たちは集団的に火星を単純化しすぎたと思います。」

これまでの鉱物のデータから、科学者たちは、水はその範囲と期間が限られているという一般的な意見を持っていた。この新しい地図は、水が火星にもっと多く存在し、その結果、この惑星の地質学的進化に大きな役割を果たしたことを示している。今後注目されるのは、水が長期間にわたって流れていたのか、それとも短時間の激しい洪水に限られていたのか、という点だ。この地図はその答えを明確にすることはできないが、その方向への一歩を踏み出したといえる。さらに、この地図は、火星に存在する鉱物粘土の種類が、これまで考えられていたよりも多様で複雑であることを明らかにしている。

かつて、惑星科学者は、火星が暖かく湿潤な場所にあったときに、数種類の粘土だけが作られたと考える傾向があった。そして、水が徐々に消えていくにつれて、塩の堆積物が表面全体に残されるようになったのだ。今回の地図では、多くの火星の塩のパッチは粘土の堆積の後に形成されたが、塩が早く形成された場所や、塩と粘土が混ざった場所があることが分かった。「このことは、火星が暖かい水のある場所から乾燥し凍結する場所に移行した歴史が、これまで考えられていたよりも複雑であることを示唆しています。」とCarter氏は語っている。

「水がたくさんあるところから水がないところへの進化は、私たちが考えていたほど明確ではなく、水は一晩で止まってしまったわけではありません。一晩で水がなくなったわけではありません。地質学的な背景は実に多様で、火星の鉱物の進化を説明できるプロセスや時間軸はひとつではありません。これが私たちの研究の第一の成果です。もうひとつは、地球上の生命現象を除くと、火星も地球と同じように地質学的に多様な鉱物学的状況を示すということです。」

何十万もの鉱物の位置がマッピングされたので、次のステップは、異なる種類の鉱物の量を決定することだった。火星にどのような水性鉱物が存在し、どこで見られるかを定量化することで、科学者は火星の進化の歴史を再構築することができるのだ。「それぞれの鉱物がどこに、どれくらいの割合で存在するかがわかれば、その鉱物がどのように形成されたかがわかるのです」と、Rui氏は言う。「このようなマッピング作業は、今後の研究の発展に役立つと思います。」

この地図は、火星への有人ミッションに役立つというだけでなく、大きな成果だ。短期的には、水性鉱物の位置は、ロボットミッションのための場所を選択しようとしているプランナーにも有益である。この地図は、探査機ペルセバンスが現在探査してサンプルを採取しているジェゼロ・クレーター（上図）の鉱床を示すだけでなく、オキシア平原（下図）にも粘土を多く含む場所があることを明らかにしている。この場所はスメクタイトやバーミキュライトなどの鉱物に富むことから、ESAの探査機「ロザリンド・フランクリン」の着陸地に選ばれている。

しかし、このようなマッピングが長期的に効果を発揮するのは、もちろん火星への有人ミッションが実現したときだ。NASAと中国が計画しているように、宇宙飛行士が火星に降り立つ（2033年開始）際には、水源に近い着陸地点を選ぶ必要がある。火星の赤道付近やその他の地域は、氷が存在するため着陸地点が極域に限定される可能性があるが、水性鉱物が存在すれば、探査の機会が生まれる。

大量の水があれば、宇宙飛行士はベースキャンプを設置し、そこで科学活動を行うことができる。飲料水だけでなく、水性鉱物は、食用や実験用の植物の灌漑や、酸素や水素ガスの生成にも利用できるかもしれない。これらのガスは、宇宙飛行士の酸素補給や燃料電池の駆動、液体酸素（LOX）や液体水素などの推進剤の製造に利用することができる。

最後に、粘土や塩類は、長期滞在型の住居を作るための建築材料として使用することができ、さらに放射線を遮蔽することができる。これは、ミッションプランナーが火星の同じ地域に複数の探査機を送ることを希望している場合、特に有用である。遮蔽が強化されれば、地表の居住区は1回のミッション（数ヶ月）よりも長く持ちこたえ、交代でクルーにサービスを提供できるようになる。水の供給量にもよるが、何年も持ちこたえることができるかもしれない。

10年以内に、2つの主要な宇宙機関が火星に宇宙飛行士を送り込み、人類は初めて他の惑星に足を踏み入れることになるのだ。やがて、他の宇宙機関や商業団体、そして移住者までもが加わるかもしれない。Elon Musk氏が思い通りにやれば、スターシップがクルーやペイロードを赤い惑星にもっと早く輸送できるようになるかもしれない。これは、ロジスティックや技術的なものから、ミッション中の宇宙飛行士の健康と安全の確保（3年間にも及ぶ可能性がある）まで、無数の課題を提示する。

エキサイティングなのは、必要な計画がまとまりつつある段階であることです。これには、火星の環境を調査し地図を作成するロボットミッション、火星に向かうロケットと宇宙船（SLSとオリオン）のテスト、そしてまもなく月軌道プラットフォームゲートウェイの中核となる要素の配備が含まれている。この10年が終わりに近づくと、アルテミス計画は、次の火星へのミッションを可能にするすべてのシステムとインフラを検証することで、物事を最終的に決定することになるのだ。

この記事は、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。