火星への植民地化を妨げるものは何ですか?

人類は長い間、地球から脱出し、他の惑星に飛び、そこに定住して生活することさえ夢見てきました。 私たちに最も近い惑星の つは火星ですが、「赤い惑星」に簡単に植民地化できるのでしょうか?

昨年の秋、有名な実験者で現代の天才であるイーロン・マスクは、彼の会社が 2024 年に最初の有人ミッションを火星に送るつもりであり、2050 年までに自給自足の都市の形で最初の人間の居住地を火星に作るべきであると発表しました。 . 簡単に言えば、人類は火星征服のパイオニアとなる入植者のコロニーを作ろうとします。 約千隻の艦隊 Starship 必要なインフラストラクチャーの建設に必要な人や物資を輸送するために使用する必要があります。

つまり、すべてが非常にシンプルでリアルに見えます。 私たちは船に乗り込み、数か月で「赤い惑星」に着陸して開発を開始し、将来の世代のために新しい基地を準備し、惑星を探索します。 しかし、火星を植民地化するという野心的な計画は、そう簡単に実行できるものではありません。

このような試みは、非常に困難で危険な場合があります。 そしてここでは、飛行の技術的側面、無生物状態での滞在、地球への着陸、船自体の建造に必要な時間、またはミッション全体の莫大な費用について話しているだけではありません。 ポイントは、地球と火星には多くの共通点があることを理解することですが、同時に多くの違いがあることを理解することです. これらは完全に異なる惑星であり、それぞれに独自の特徴があります。 すべてをより詳細に理解しようとしましょう。

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地球と火星は本当に遠い

別の惑星、この場合は火星への飛行に関して考慮すべき最初の基本的な問題は、旅そのものです。 火星の場合、これは単純でも迅速でもありません。 現在、人類が足を踏み入れた最も遠い物体は、私たちの衛星である月です。 それへの遠征は、人類に多くの時間と労力を費やし、多くの新しいソリューションとテクノロジーを必要とし、莫大な財政的コストと人命さえも犠牲にしました。 人類が変化したことは理解しています。過去 年間に私たちが成し遂げた技術的飛躍は本当に驚くべきものです。 しかし、これで十分ですか？

さらに、火星への旅行は時間と距離の点ではるかに長くなり、無生物状態の人なしでは困難になります。 月への飛行中、宇宙飛行士は睡眠状態にはなりませんでした。 この旅行ははるかに短く、エネルギー消費も少なくなりました。 また、火星は地球から約 56 万から 401 億 万 km 離れていることも考慮する必要があります。 もちろん、飛行は、宇宙で直接直線で行うのではなく、複雑な軌道に沿って行うことができます。 火星に向かう船は、実際には、火星が太陽の周りを周回する軌道をたどります。 つまり、最初に火星の軌道に入ってから、それを傍受するか追いつく必要がありますが、これまでのところ誰も正確な計算を行っていません。 これは、旅自体が非常に長くなることを意味します。

もちろん、火星が地球から最も遠いときに旅行することを考える人は誰もいませんが、距離が最も小さい場合でも、それでも巨大な距離です. もちろん、火星は私たちに最も近い惑星の つであるため、金星を除く太陽系の他のどの惑星よりも、単位質量あたりのエネルギーが少なくて済みます。 それでも、最も有利な期間（開始ウィンドウ）に開始する場合、旅行には約か月かかります。 そして、これはホーマンの移行操作、つまりつのエンジンを使用して円軌道を変更することの対象となります。 これは、火星への無人ミッションで現在すでに使用されている操作です。

理論的には、このフライトは ～ か月に短縮できますが、エネルギーと燃料の消費量を徐々に増やした場合に限ります。 火星への飛行時間のさらなる短縮は、現在利用可能な技術によって制限されています。 実際には、現在利用可能な化学ロケット エンジンで可能な量よりもはるかに多くの単位質量あたりのエネルギーが必要です。 ご覧のとおり、火星に移動する過程での問題は、惑星の軌道に入る瞬間にすでに始まっています。 火星への着陸も非常に難しいため、これは氷山の一角にすぎません。

無人ミッションの場合と同様に、大気が非常に希薄であるため、空気力学的安定性が低く、「赤い惑星」の大気のその他の特性が原因で、パラシュートを使用した解決策、膨張したバルーンタンクからなるクッション、またはフォームのサポート操縦エンジンの場合、人間の乗組員が搭乗しているミッションの場合、それらは失敗するだけでなく、壊滅的なものになる可能性もあります. 人体は、これまでに火星に送られた電子機器や機械機器よりもはるかに繊細で過負荷に敏感であることを覚えておく必要があります。 したがって、火星の着陸をはるかに穏やかに遅くするシステムを構築する必要がありますが、乗客が搭乗するため、それほど効果的ではありません。 火星への複雑で時間と費用がかかるミッションは、決して簡単なことではありません。非常に魅力的ですが、非常に危険な場合もあります。

246. これは、2016 年と 2018 年の地球からの火星の最小距離と見かけの大きさの違いの例です。 #火星の日17 写真twitter.com/g0sTPBh46Z

— 博士ターニャ・ハリソン (@tanyaofmars) ２０２２年７月１１日

何らかの理由で人間が火星から戻る必要がある場合、同様の状況が発生します。 この惑星への最初の有人ミッション中にそれが行われなければならないことは明らかです。誰もそこに永久に住むという考えですぐに別の惑星に飛ぶことはありません。 そのような提案がありますが。 しかし、マルシアドのイニシエーターは、それがどのように見えるべきか、そして火星の植民地化のプロセスがどのように行われるかについてまだ合意していないため、このオプションがありそうです.

火星からの帰還には、少なくともそこへの飛行と同じくらいの時間がかかります。 しかし、いつでも月から戻ることができれば、火星での滞在はおそらく何年も続くはずです。 その理由は、太陽の周りの軌道にあります。 比較的迅速に戻るには、つまり、少なくとも 24 か月を再び旅行に費やし、最新の方法を使用して、約 39 か月間、転送ウィンドウが再び開くまで待つ必要があります。つまり、地球までの距離は最小。 残念ながら、火星の 35,24 日、つまりソルは、地球の 668 日とほぼ同じ長さ、つまり 687 時間 1,88 分 秒続くため、しばらく待たなければなりませんが、火星の年、つまり、火星が太陽を周回する時間は、すでに ソル、つまり 地球日、つまり約 地球年続いています。

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火星は地球に似ていますが、地球とは異なります

一見すると、火星は地球と非常によく似ています。 特に私たちが一般的な問題の分野で動いているとき、太陽系では月の後の生命に最適な場所であると言っても過言ではありません（おそらく金星ですが、ここでは意見が分かれています）. 残念ながら、火星は宇宙規模では地球に似ていますが、非常に異なる惑星であるため、最善が完璧であることを意味するわけではありません。 40 つの惑星の類似性は、一般的な特徴にのみ存在します。 すでに述べたように、火星の 25,19 日は地球の 23,44 日と非常に似ています。つまり、火星に住んでいる人は概日リズムを大幅に変える必要はありません (違いはわずか 1,88 分です)。 火星の傾斜角も 度ですが、地球の傾斜角は 度で、地球とほぼ同じ季節になります。 ただし、それらはほぼ 倍の長さです (火星の年の方が長いため、平均で 倍)。

地球と火星の類似点は、NASA の火星探査ローバーと ESA のマーズ エクスプレスによる観測によって確認されたように、大気と水の存在にも及んでいます。 ただし、火星の大気は主に二酸化炭素 (95,32%) で構成されているのに対し、地球の大気は主に窒素 (78,084%) と酸素 (20,946%) で構成されているため、そこで終わります。 したがって、そのような大気では、生命に必要な酸素を受け取ることなく呼吸することは不可能であることは明らかです. 宇宙服などの個人用呼吸装置や酸素を生成するその他の装置など、特別な装置が必要になります。

ここでは、火星の生命に必要な構造に直接行くことができます。これは、火星の生命、つまり、火星の表面またはその下の生命について話しているのであって、軌道上の生命についてではなく、まったく別の話だからです。

火星の大気は、居住可能な構造を使用する必要があります。 地球上でのみ、避難所なしで生き残ることができますが（現代の基準では非常に不便ですが）、火星の状況では、何らかの建物が必要です。 ここでも、これらの建物に酸素を供給するという問題が発生します。 火星に住んでいる人は誰も宇宙服やその他の特別なスーツで残りの人生を過ごしたくないので、家はそれを作る機器で動作する必要があります. それらは常に快適で、平らな面でも移動するのに適しているとは限りません.

火星の建設も、現在地球で使用されているものよりもはるかに高度でなければなりません。 また、二酸化炭素を主成分とする大気の影響も心配しなければなりません。 建設に使用される材料に対する CO2 の影響も、まだ十分に研究されていません。 火星のさまざまな気象条件で、そのような建物はどのように動作するのでしょうか?

火星の建物の構造は、すでに述べたように、内部と外部の大気の組成が異なるため、気密性が必要なだけでなく、この惑星の非常に希薄な大気による圧力差にも耐えなければなりません。 非常に優れた断熱材も必要です。 私たちの基準では、火星は非常に寒い惑星です。 南極大陸で観測されたマイナス89,2度という地球の最低気温の記録は、「赤い惑星」での日常生活と同じです。 そのため、最も良好な条件下では、夏の日中の気温は 20 °C まで上がりますが、冬の夜の気温は -125 °C、極点では -170 °C に達することがあります。 つまり、火星の地球の記録的な最低気温はほぼ熱です。 嵐もよくあることです。

つまり、火星の大気には驚きがありますが、それだけではありません。 火星の重力は、地球の重力の約 70 分の 26 にすぎません。 したがって、たとえば、火星にいる 40 kg の人の体重は約 kg になります (極に近づくと最大 kg になります)。 これは、たとえば日常の活動において、おそらく彼女にとって大きなアドバンテージになるでしょう。 しかし、そのような一連の出来事にはつの側面があります。 はい、たとえば、そこにいる人は地球よりもはるかに強いと言えます。 彼女は、私たちの惑星では動かすことさえできなかった物体を簡単に持ち上げることができました。 残念ながら、このような低重力が人体に及ぼす長期的な影響は十分に研究されていません。 重力の減少が、とりわけ、骨密度の低下、筋ジストロフィー、筋肉量の減少、視覚障害、および心血管萎縮を引き起こすことはすでに知られています. 他に何が私たちを脅かしているのか、おそらくそのうちにわかるでしょう。 これらはポジティブな変化でしょうか？ 人体はそのような一連の出来事に耐えることができますか? 少なくとも今のところ、答えよりも多くの質問があります。

たとえば、コロニーが自己複製できるようになる前に、火星の重力下で十分な放射線防護を受けて、ヒト胚が健康な成人に成長できることを確認する必要があります。 おそらく、火星の人類は何らかの形で突然変異し、環境に適応しなければならないでしょう. そのような種がそこに生き残ることができるかどうかはまだわかっていません。 植民地化について話しているので、これを考慮する必要があります。 これは、はるかに複雑で物議を醸す問題です。 火星の建物に戻ると、重力が低いため、少なくとも部分的には、地球と同様の重力レベルを生成するゾーンの使用が強制されます。 現時点では、それがたとえば何らかのタイプの遠心分離機になるのか、それともまったく異なる解決策になるのかを言うのは難しいです。

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火星は私たちを何からも守ってくれません

火星の大気には、さらに危険な第 の側面もあります。 密度が低いため、宇宙線や太陽風からは実質的に保護されません。 地球では、磁気圏が太陽風から私たちを守ってくれますが、火星の磁気圏層は地球よりはるかに弱いため、問題はさらに大きくなります。 それだけではありません。

火星には十分に強い磁場がないため、すでに述べた大気の薄い層と相まって、世界的な問題が発生します-地球よりもはるかに多くの電離放射線が火星の表面に到達します。 マーズ オデッセイ プローブが MARIE 機器を使用して行った計算によると、火星の軌道でのみ、有害な放射線のレベルは、地球を周回する ISS 宇宙ステーションよりも約 2,5 倍高くなります。 これは、この放射線の影響下で（軌道上のみ）、NASAが承認した安全限界への危険な接近をわずか年で経験することを意味します。 そして、これも覚えておくことが重要です。 これまでのところ、それに対処する方法と使用する手段に関する情報はありません。

太陽嵐によって引き起こされる陽子爆発、いわゆる太陽フレアやコロナ質量放出は、火星の軌道だけでなく、地表に直接住む入植者自身にとっても特に危険です。 宇宙風の特に強い突風の間、曝露はわずか数時間で致命的になる可能性があります。

「地球とは異なり、火星には主要な地球規模の磁場を作り出す内部ダイナモがありません。 ただし、これは火星に磁気圏がないという意味ではありません。 単純に、地球よりも広範ではないということです。」 写真twitter.com/GSL5CUb8Xw

— Planet Mars – 人文科学の最後の希望 (@Mars_LastHope) 2018 年 3 月 30 日

したがって、火星で使用するすべての構造物は、気密性、圧力降下への耐性、内部の適切な圧力を維持するための酸素発生装置とポンプの装備だけでなく、そこに住む人々を効果的に保護する必要もあります。それらの中で、太陽風と電離放射線から。 つまり、人間の生活に必要な条件が維持されている、真にユニークな閉じた微小環境でなければなりません。 さらに、それらも正しく配置する必要があります。 そのため、火星の表面、自然シェルター、気温、天気、日光を事前に注意深くマッピングする必要があります。

設計者やエンジニアは、すでに多くの課題や問題に直面しています。 特に、明らかに、少なくとも最初の火星の構造物は地球上に構築され、その後、火星に運ばれるべきです。 より正確には、そのような構造、シェルター、研究所などの既製の部品を火星に輸送する必要があります。 このような輸送は、建物そのものではなく、主に別の惑星への輸送に関連する追加コストを発生させます。つまり、この巨大な問題の財政面も解決する必要があります。

火星の大気、磁気圏、磁場、またはそれらが実質的に存在しないことに関連するもう つの問題は、火星ミッション、ましてや植民地化、または少なくとも惑星への居住の試みに必要な電子機器の保護です。 以前のミッションでは、今日私たちが持っているものよりもはるかに洗練されていない電子機器を使用していました。

探査機で機能したシステムは、1990 年代の技術レベルでした。 しかし、20 つのミッションでの作業が何年も続き、その間に機器の設計が非常に古くなるからではなく、このタイプの電子機器が火星の条件 (特に放射線のレベル) に耐えることができるため、現代のより高度なよりもはるかに優れています。だけでなく、はるかに機密性の高いテクノロジーも含まれています。 また、テストと調整がはるかに優れているため、ミッションのパフォーマンスに必要なレベルの信頼性を保証できます。 しかし、人間の乗組員にとって、30 年または 年前の機器は、基本的な作業でさえ十分に快適ではない場合があります。 さらに、そのような機器は、地球を探索するのに必要な計算能力が少なすぎることは間違いありません。 火星での生活はそこに住むことだけに限定されないことを忘れてはなりません。研究、科学的および技術的実験を行うことも必要です。

十分に研究されていませんが、追加の脅威は火星自体の表面によっても表されます。 私たちは、粒子が非常に小さく、鋭く、粗い火星の塵について話しています。 静電気と相まって、ほとんど何にでもくっつくため、別の問題があります。 火星の粉塵は、たとえば、スーツの接続の場合、実際の問題になる可能性があります。 ちなみに、火星の塵ほど鋭くない月の塵は、すでにアポロの月面ミッションに深刻な問題を引き起こしています。 たとえば、これにより、器具の誤った読み取り、器具の目詰まり、一部の器具の温度制御の問題、シールの損傷などの原因となっています。 デバイスが完全に故障することもありました。 月の表面には、そのような損傷したデバイスからの大量の金属くずがあります。 これらすべてを修復することはもはや不可能であるため、それらは単に衛星の表面に残されました。

火星の表面に戻りましょう。 この惑星に存在する砂嵐は、火星の入植者自身の生命維持にも問題になる可能性があります。 まれではありますが、火星の表面全体を覆うことさえあります。 これは、太陽光発電設備などへの太陽光を遮断するだけでなく、電力供給に問題を引き起こす可能性があるだけでなく、通信の複雑化も引き起こします。

火星から地球に送信された信号は約 3,5 分で地球に到達するため、惑星が互いに最も接近している場合にのみ、最も良好な条件の下で尋ねられた質問に対する回答が 7 分で受信されます。 それらが互いに最大距離にある場合、プロセスには 倍の時間がかかります。 惑星が太陽の反対側にある場合はさらに悪化します。 その後、通信はまったく不可能になります。 たとえば、火星でのサンドブラストは、地球上の最も強い風やハリケーンよりもはるかに危険であるため、砂塵嵐は機械に直接的な脅威を与える可能性もあります。

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火星の生命は建物だけではない

火星で機能するために必要な機器についてすでに話し始めている場合、「そのような機器が壊れたらどうなるか」という疑問が生じます。 ここで、広く理解されているロジスティクスと供給の領域に再び入ります。 火星で効果的に機能するには、火星に出荷されるすべてのスペアパーツを運ぶ必要があり、非常に多くの機器があります。

また、十分な食料を摂取する必要があります。 ミッションの最短期間、つまり約 2 年間でさえ、これほど長い期間、地球から食料と水の供給を受けることは事実上不可能です。 これは、そのような旅行の費用が大幅に増加することを意味します。 私たち一人一人が 2 日に消費する食物の量を計算し、それに 年を掛けて...それに移動時間、つまりさらに 年半を追加するだけで十分です。フライト。

最後に、この数に再び乗組員の数を掛ける必要があります。 実際には、特別な知識やスキルを必要とするタスクがあるという単純な理由で、火星ミッションを単独で実行することはできません。 3,5 人がすべての専門家になることはできません。 高度な資格を持つパイロット、宇宙物理学者、宇宙生物学者、建設スペシャリストなどになることは不可能です。 心理的な理由からも、そのような使命を一人で果たすことはできません。 宇宙や異星の惑星で 年間一人でいると、最も回復力のある人でさえ精神に深刻な影響を与えます。 したがって、火星ミッションの成功を保証するのに十分な物資は、たとえそれが最短のものであっても、地球から簡単に持ち出すことはできません。

火星に飛ぶ船に食料と水を詰め込むことができない場合（そして、これだけで現時点で問題が発生していますが、プロジェクトは「Starship」、これは SpaceX によって実行され、その解決策に一定の希望をもたらします)、その場合、これらすべては植民地化者によって何らかの方法でローカルに製造される必要があります。 驚くべきことに、火星の大気の構成がこれを助けることができます。 これは単なる推測ですが、うまくいく可能性があります。 問題は、上で書いたように、火星の大気は主に二酸化炭素で構成されており、惑星の表面、つまり植物が成長する場所の分圧は地球の52倍であり、実際の栽培の成功を願っています。

水も同じ状況です。 火星に存在することは一般的に認められていますが、これまでのところ存在が検出されているだけです。 実際には、水は岩に閉じ込められているため、火星ミッションの参加者は水にアクセスできない場合があります。 はい、現代の知識と解決策は水を回復することを可能にしますが、火星に住むにはおそらく十分ではありません. はい、火星の生命のすべての側面をカバーする、一定の閉じたサイクルで水がそこになければならないことを心に留めておく必要があります。 そのように、入植者の生存のプロセスそのものを脅かすので、誰もそれを無意識に使う権利はありません. したがって、唯一の長期的な解決策は、火星にすでに存在する水を効率的に取得する方法と、入植者のニーズと機器のメンテナンスへの適切な適応です。

燃料に関しても同様の疑問が生じます。 地球と火星の間を常に移動したい場合は、必要な燃料をその場で入手する方法を学ばなければなりません。 これにより、ミッション自体の費用が節約され、必要に応じて地球に戻る可能性が高まります。 はい、火星の開発とその上での生活中に、何らかの方法で火星を移動する必要もあります。 地球から燃料を輸送することは、非常に高価な楽しみです。 これも、約 倍の燃料を使用する必要があるため、ミッション全体のコストが増加します。 ただし、SpaceX社は、この問題を解決すると同時に宇宙放射線から保護するためのアイデアをすでに持っています. 企業の科学者は、液体水素が優れた保護を提供できると信じています。 さらに、火星の大気から得られる二酸化炭素と組み合わせることで、火星からの帰還の燃料にもなります。

同じ機能を電力の生産と貯蔵にも使用する必要があります。これは、最も単純な火星のコロニーでさえも機能するために必要です。火星では、太陽からのエネルギーがはるかに少なくなります。 したがって、地球上の太陽電池の電力対重量比は約 40 W/kg ですが、地球ではその約半分で、約 17 W/kg にすぎません。 第二に、たとえば、すでに述べた砂嵐のために、帰還に時間がかかる場合があります。 火星では、地球の地熱エネルギーに相当する火星の放射性同位体熱電発電機と風力エネルギーを並行して使用する必要があります。 事実、砂嵐の間、風速は約 30 m/s に増加します。

実際、火星の生命に関連する疑問、疑問、障害のリストは、長い間考えられる可能性があります。 火星に関する新たな発見があるたびに、答えよりも多くの発見があります。 この資料では、おそらく氷山の一角にしか触れていません。 良いニュースは、世界中の科学者がそれらに答えるだけでなく、特定の質問を解決するために取り組んでいることです. これは、たとえば火星で水を得たり、植物を育てたりする場合に当てはまります。 さらに、最初の火星人入植者は、動物を連れてこないため、ビーガン食になる運命にあります。 ISSでの宇宙飛行士の経験に基づいて、食糧の問題が決定される可能性はありますが。 経管栄養は、この問題をしばらく解決することができます。

テラフォーミング マーズは、いくつかの疑問に対する答えかもしれませんが、現時点ではまだ理論上のものに過ぎません。 科学者たちは現在、このプロセスがより高い大気圧と液体の水を得るために惑星の温度の上昇から始めなければならないことにほぼ満場一致で同意しています。 火星の両極の氷冠に閉じ込められた温室効果ガスが役立つかもしれませんが、テラフォーミングの実践は慎重に計画されておらず、理論から実践までにはまだ長い道のりがあります.

一部の科学界で深刻な疑問が生じている急進的なアイデアで知られる SpaceX でさえ、テラフォーミングを SF 技術と呼んでいます。 しかし、あなたは試すことができます。 おそらく、火星をテラフォーミングするために、最初に有人ミッションを実行する必要はありませんが、たとえば、私たちのためにそれを行う自律型デバイスに置き換える必要があります. 人々は、到着の準備が整った惑星に行くことができます。 しかし、少なくとも今のところ、これは漠然とした憶測にすぎませんが、そのような考えが少なくとも何人かの人々の心にすでに芽生えていることは間違いありません。

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いずれにせよ、火星の飛行とそれに続く植民地化のアイデアは、すでに多くの科学者、エンジニア、研究者の心を征服しています。 作業は本格化しており、実験が進行中であり、計画が策定されており、火星の表面の探査が続いています。 毎日新しい発見があります。 今はSFのように思えることが、数年後には現実になるかもしれません。 そして、火星への飛行自体は一般的な現象になるでしょう。 あなたはただ信じなければならず、夢を見るのをやめず、実験し、一歩一歩目標に向かって進んでください。