火星は“攻撃的”な星だ。その大気は希薄で、もし人間が火星の表面に立てば、窒息と氷点下の気温のどちらで先に死ぬかという話になってしまう。

だが、そうした表現は火星を大雑把に捉えすぎているかもしれない。火星は決して、すべてが赤錆で覆われ、凍りついた地獄のような風景というわけではない。中緯度の地域では、ほんの数インチほど地面を掘れば二酸化炭素などの気体が凍った氷や、凍った水さえ見つかるのだ。

将来は火星に移住したいと考える人たちは、火星がもっと暖かくて雨が降り、酸素が多ければいいのに──と不満を言う。そして、火星を植民地にして人類の存在を宇宙に宣言する際に、地球の空気をわざわざ運んでいく必要がなければいいのに、と考えている。

そして人間のほとんどが、地球をますます住みにくくすることに忙しい。こうしたなか、火星を地球に似た環境にすることを提案している少数の人々がいる。それがテラフォーミング（惑星改造／惑星地球化）と呼ばれるアイデアだ。

火星に温室効果をもたらすアイデア

このアイデアは天文学者の故カール・セーガンがすでに1971年に提唱しているが、希薄な大気が問題になることは当時でさえ認識されていた。大気が希薄なことで紫外線の放射を大量に受ける一方で、赤外線は大量に出ていく。赤外線は火星の氷を熱して溶かし、生命体に適した水に変える可能性をもつにもかかわらずだ。

地球の大気において、二酸化炭素は断熱材として作用している。これに対して火星の二酸化炭素は、すでにすべて失われてしまったか、何らかのかたちで地下に封じ込められているかのどちらかだ。地球では温室効果が手に負えなくなりつつあるが、火星では大気の二酸化炭素はとっくの昔になくなっている。

それでも、「雪で覆われた地面に日光が数センチメートルでも入り込めば、それによって温度が大きく上昇して昇華が生じます」と、ハーヴァード大学で惑星科学を研究する准教授のロビン・ワーズワースは説明する。日光が地表にある半透明の氷を通過して色の黒い表層土に当たり、土の温度が上がって凍っていた二酸化炭素が気体になり、地中から噴出する現象が起きるのだ。

ほかのさまざまな天体の気候や進化、生物が住める可能性を研究しているワーズワースは、あることを思いついた。このプロセスを人工的につくれないだろうか。断熱材料を使えば、火星に生物が住める温度にするうえで必要な温室効果をつくりだせるのではないだろうか──。

ワーズワースは「温室効果をもつ大気を数センチメートルに圧縮したいと思ったら、何が必要になるでしょうか」と問いかける。「鍵になるのは、その材料の透明度、その中を光がどのように伝わるか、そして断熱効果の高さです」

赤外線を通し、紫外線を跳ね返す素材

ワーズワースは『Nature Astronomy』のオンライン版に発表した新しい論文で、候補になる材料を提案している。それがシリカエアロゲルだ。

この名前を覚えている人もいるだろう。1999年に打ち上げられた米航空宇宙局（NASA）の宇宙探査機「スターダスト」が、宇宙塵を収集するために使った素材だ。二酸化ケイ素の骨格構造をもつ極めて低密度な物質で、ほとんどが空気であり、「凍りついた煙」とも呼ばれる。熱伝導性は極めて低い。つまり、宇宙船にぴったりな断熱材だ。

しかも、この材料は半透明だ。シリカエアロゲルの巧妙な分子構造により、可視光や赤外線光の光子が十分に効率よく透過して、その向こう側にある物質の温度を、はっきり確認できる程度まで上昇させる。

一方で、紫外線のうち人間を日焼けさせる波長と人間のDNAを破壊する波長は、外側で跳ね返される。まるで招待客リストに「紫外線」という名前がなかったときのプライヴェートパーティーのようだ。

実験で得られたデータが示したこと

もちろんワーズワースは、このアイデアをまで火星ではテストしていない。チームが研究所で実施したテストでは、ポリスチレン製の箱の中に火星の環境を再現し、そこに厚さ2〜3cmのエアロゲルを設置してから、火星における太陽光を模した光を照射した（実験では砕いたエアロゲルとタイル状のエアロゲルの両方が使われた）。この結果、温度は50℃上昇している。

「エアロゲルが半透明であるということは、光を拡散させるが大部分の光は通過することを意味しています」と、ワーズワースは説明する。「完全に透明なエアロゲルができれば、数百℃の温度上昇が可能になるでしょう。その限界は材料科学の問題であり、基本的理論の問題ではありません」

チームが次に実施したのは、得られた温度変化の測定値を、火星の表層土環境などを含めたコンピューターモデルに投入することだった。「火星の季節周期や大気圧などのデータも入れてから、われわれの結果について推定しました」と、ワーズワースは言う。

そして得られた数値は、エアロゲル層の下では火星の土が速く温まり、液体の水を得られる温度になるというものだった。生命を養うために重要なそのほかの物質がすでに存在していることを考えれば、エアロゾル下の閉鎖領域（おそらく軽い圧力をかけた領域）では、生命体を養うことさえ可能かもしれないと、ワーズワースは語る。

「今後出てくる大きな論点は、バイオマス燃料をつくるのか、それとも作物を育てるのかになるでしょう」とワーズワースは指摘する。「後者の場合は温室のような構造のほうが理にかないます。バイオマス燃料の原料にするために地表で藻を育てるだけでよいというのなら、文字通り表層だけ使えばいいことになります」

その効果は局所的？

おそらく最も重要なのは、この方法を使えば火星を速く温められるということだ。二酸化炭素を地中から解き放ったり（二酸化炭素があればの話だが）、超温室効果ガスを合成して放出したりする手法と比べて、数百年、数千年というレヴェルで速いと考えられている。

その反面、効果は必然的に局所的になると指摘するのは、NASAエイムズ研究所の宇宙生物学者で火星の専門家であるクリス・マッケイだ。あくまで局所的な“変更”にすぎず、テラフォーミングとは言えないというのだ。

「米中西部の地域ひとつ分の広さを覆うぐらいはできるでしょうね」とマッケイは指摘する。「惑星全体を覆う温室をつくる方法として知られている唯一の方法は、大気中の気体で覆うというものです。地球でわかっているように、これが惑星を効率よく温める方法です」

2018年7月に発表された火星の分析データでは、火星の大気の二酸化炭素はほとんどが失われており、自然な温室効果による温暖化が起きるほど十分な量は残っていないことが示されている。この論文の著者のひとりでコロラド大学の惑星科学者であるブルース・ジャコスキーは、ワーズワースのアイデアについて、たとえ小規模でしか実行できないとしても試してみる価値はあると言う。

「実際にどれだけ機能するのかについて、いくつか疑問点があることは想像できます。大気から沈降してくる塵によって効果がなくなるのではないか、エアロゲルには火星での現実的な環境に耐えられるだけの強さがあるのか、といったものです。しかし、これらの疑問は対処できるものだと考えます」

小規模で実施することは、実はテラフォーミングにとっても有利だとワーズワースは言う。「生命体が存在する懸念がないので、確実な地域を選ぶことができます」

まずは火星に似た環境から

とはいえ、実行するのは水の氷が存在する場所である必要があり、極限環境微生物がいる可能性は残る。「検討する必要がある倫理上の考慮事項があるのは確かですが、全体規模で何かしようとする場合と比べれば、はるかに管理しやすいものです」

このアイデアの最もクールなところは、まずは地球上にある火星とよく似た環境でテストできる点だ。例えば、チリのアタカマ砂漠や、南極のマクマード・ドライヴァレーなどである。

それが次のステップになる。つまり、シート状のエアロゲルをドライヴァレーの砂利にかぶせてみて、地面が温まり、氷が溶けるか確認するのだ。もしそれがうまくいったら、次のステップはひょっとすると火星になるかもしれない。