TED日本語 - ジョエル・レヴィーン: なぜ今火星再探査が必要なのか

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なぜ今火星再探査が必要なのか
Why we need to go back to Mars
ジョエル・レヴィーン
Joel Levine

内容

TEDxNASAで、惑星科学者のジョエル・レヴィーンが火星についての興味深く、謎めいた新しい発見を紹介します。氷で満ちたクレーター、古代の海の痕跡、そして過去のどこかで生命が存在したことについての説得力のある手掛かり。レヴィーンは再び火星を探査してより多くのことを見つけ出すべきだと言います。

Script

I want to talk about 4.6 billion years of history in 18 minutes. That's 300 million years per minute. Let's start with the first photograph NASA obtained of planet Mars. This is fly-by, Mariner IV. It was taken in 1965. When this picture appeared, that well-known scientific journal, The New York Times, wrote in its editorial, "Mars is uninteresting. It's a dead world. NASA should not spend any time or effort studying Mars anymore." Fortunately, our leaders in Washington at NASA headquarters knew better and we began a very extensive study of the red planet.

One of the key questions in all of science, "Is there life outside of Earth?" I believe that Mars is the most likely target for life outside the Earth. I'm going to show you in a few minutes some amazing measurements that suggest there may be life on Mars. But let me start with a Viking photograph. This is a composite taken by Viking in 1976. Viking was developed and managed at the NASA Langley Research Center. We sent two orbiters and two landers in the summer of 1976. We had four spacecraft,two around Mars,two on the surface -- an amazing accomplishment.

This is the first photograph taken from the surface of any planet. This is a Viking Lander photograph of the surface of Mars. And yes, the red planet is red. Mars is half the size of the Earth, but because two-thirds of the Earth is covered by water, the land area on Mars is comparable to the land area on Earth. So, Mars is a pretty big place even though it's half the size. We have obtained topographic measurements of the surface of Mars. We understand the elevation differences.

We know a lot about Mars. Mars has the largest volcano in the solar system, Olympus Mons. Mars has the Grand Canyon of the solar system, Valles Marineris. Very, very interesting planet. Mars has the largest impact crater in the solar system, Hellas Basin. This is 2,000 miles across. If you happened to be on Mars when this impactor hit, it was a really bad day on Mars. (Laughter) This is Olympus Mons. This is bigger than the state of Arizona.

Volcanoes are important, because volcanoes produce atmospheres and they produce oceans. We're looking at Valles Marineris, the largest canyon in the solar system, superimposed on a map of the United States,3,000 miles across. One of the most intriguing features about Mars, the National Academy of Science says one of the 10 major mysteries of the space age, is why certain areas of Mars are so highly magnetized. We call this crustal magnetism. There are regions on Mars, where, for some reason -- we don't understand why at this point -- the surface is very, very highly magnetized.

Is there water on Mars? The answer is no, there is no liquid water on the surface of Mars today. But there is intriguing evidence that suggests that the early history of Mars there may have been rivers and fast flowing water. Today Mars is very very dry. We believe there's some water in the polar caps, there are polar caps of North Pole and South Pole. Here are some recent images. This is from Spirit and Opportunity. These images that show at one time, there was very fast flowing water on the surface of Mars. Why is water important? Water is important because if you want life you have to have water. Water is the key ingredient in the evolution, the origin of life on a planet.

Here is some picture of Antarctica and a picture of Olympus Mons, very similar features, glaciers. So, this is frozen water. This is ice water on Mars. This is my favorite picture. This was just taken a few weeks ago. It has not been seen publicly. This is European space agency Mars Express, image of a crater on Mars and in the middle of the crater we have liquid water, we have ice. Very intriguing photograph.

We now believe that in the early history of Mars, which is 4.6 billion years ago,4.6 billion years ago, Mars was very Earth-like. Mars had rivers, Mars had lakes, but more important Mars had planetary-scale oceans. We believe that the oceans were in the northern hemisphere, and this area in blue, which shows a depression of about four miles, was the ancient ocean area on the surface of Mars. Where did the ocean's worth of water on Mars go? Well, we have an idea. This is a measurement we obtained a few years ago from a Mars-orbiting satellite called Odyssey. Sub-surface water on Mars, frozen in the form of ice. And this shows the percent. If it's a blueish color, it means 16 percent by weight. Sixteen percent, by weight, of the interior contains frozen water, or ice. So, there is a lot of water below the surface.

The most intriguing and puzzling measurement, in my opinion, we've obtained of Mars, was released earlier this year in the magazine Science. And what we're looking at is the presence of the gas methane, CH4, in the atmosphere of Mars. And you can see there are three distinct regions of methane. Why is methane important? Because on Earth, almost all -- 99.9 percent -- of the methane is produced by living systems, not little green men, but microscopic life below the surface or at the surface. We now have evidence that methane is in the atmosphere of Mars, a gas that, on Earth, is biogenic in origin, produced by living systems. These are the three plumes: A, B1, B2.

And this is the terrain it appears over, and we know from geological studies that these regions are the oldest regions on Mars. In fact, the Earth and Mars are both 4.6 billion years old. The oldest rock on Earth is only 3.6 billion. The reason there is a billion-year gap in our geological understanding is because of plate tectonics, The crust of the Earth has been recycled. We have no geological record prior for the first billion years. That record exists on Mars. And this terrain that we're looking at dates back to 4.6 billion years when Earth and Mars were formed. It was a Tuesday. (Laughter)

This is a map that shows where we've put our spacecraft on the surface of Mars. Here is Viking I, Viking II. This is Opportunity. This is Spirit. This is Mars Pathfinder. This is Phoenix, we just put two years ago. Notice all of our rovers and all of our landers have gone to the northern hemisphere. That's because the northern hemisphere is the region of the ancient ocean basin. There aren't many craters. And that's because the water protected the basin from being impacted by asteroids and meteorites. But look in the southern hemisphere. In the southern hemisphere there are impact craters, there are volcanic craters. Here's Hellas Basin, a very very different place, geologically. Look where the methane is, the methane is in a very rough terrain area.

What is the best way to unravel the mysteries on Mars that exist? We asked this question 10 years ago. We invited 10 of the top Mars scientists to the Langley Research Center for two days. We addressed on the board the major questions that have not been answered. And we spent two days deciding how to best answer this question. And the result of our meeting was a robotic rocket-powered airplane we call ARES. It's an Aerial Regional-scale Environmental Surveyor. There's a model of ARES here. This is a 20-percent scale model.

This airplane was designed at the Langley Research Center. If any place in the world can build an airplane to fly on Mars, it's the Langley Research Center, for almost 100 years a leading center of aeronautics in the world. We fly about a mile above the surface. We cover hundreds of miles, and we fly about 450 miles an hour. We can do things that rovers can't do and landers can't do: We can fly above mountains, volcanoes, impact craters; we fly over valleys; we can fly over surface magnetism, the polar caps, subsurface water; and we can search for life on Mars.

But, of equal importance, as we fly through the atmosphere of Mars, we transmit that journey, the first flight of an airplane outside of the Earth, we transmit those images back to Earth. And our goal is to inspire the American public who is paying for this mission through tax dollars. But more important we will inspire the next generation of scientists, technologists, engineers and mathematicians. And that's a critical area of national security and economic vitality, to make sure we produce the next generation of scientists, engineers, mathematicians and technologists.

This is what ARES looks like as it flies over Mars. We preprogram it. We will fly where the methane is. We will have instruments aboard the plane that will sample, every three minutes, the atmosphere of Mars. We will look for methane as well as other gasses produced by living systems. We will pinpoint where these gases emanate from, because we can measure the gradient where it comes from, and there, we can direct the next mission to land right in that area.

How do we transport an airplane to Mars? In two words, very carefully. The problem is we don't fly it to Mars, we put it in a spacecraft and we send it to Mars. The problem is the spacecraft's largest diameter is nine feet; ARES is 21-foot wingspan,17 feet long. How do we get it to Mars? We fold it, and we transport it in a spacecraft. And we have it in something called an aeroshell. This is how we do it. And we have a little video that describes the sequence.

Video: Seven,six. Green board. Five,four,three,two,one. Main engine start, and liftoff.

Joel Levine: This is a launch from the Kennedy Space Center in Florida. This is the spacecraft taking nine months to get to Mars. It enters the atmosphere of Mars. A lot of heating, frictional heating. It's going 18 thousand miles an hour. A parachute opens up to slow it down. The thermal tiles fall off. The airplane is exposed to the atmosphere for the first time. It unfolds. The rocket engine begins.

We believe that in a one-hour flight we can rewrite the textbook on Mars by making high-resolution measurements of the atmosphere, looking for gases of biogenic origin, looking for gases of volcanic origin, studying the surface, studying the magnetism on the surface, which we don't understand, as well as about a dozen other areas.

Practice makes perfect. How do we know we can do it? Because we have tested ARES model, several models in a half a dozen wind tunnels at the NASA Langley Research Center for eight years, under Mars conditions. And, of equal importance is, we test ARES in the Earth's atmosphere, at 100,000 feet, which is comparable to the density and pressure of the atmosphere on Mars where we'll fly. Now,100,000 feet, if you fly cross-country to Los Angeles, you fly 37,000 feet. We do our tests at 100,000 feet.

And I want to show you one of our tests. This is a half-scale model. This is a high-altitude helium balloon. This is over Tilamook, Oregon. We put the folded airplane on the balloon -- it took about three hours to get up there -- and then we released it on command at 103,000 feet, and we deploy the airplane and everything works perfectly. And we've done high-altitude and low-altitude tests, just to perfect this technique.

We're ready to go. I have a scale model here. But we have a full-scale model in storage at the NASA Langley Research Center. We're ready to go. All we need is a check from NASA headquarters (Laughter) to cover the costs. I'm prepared to donate my honorarium for today's talk for this mission. There's actually no honorarium for anyone for this thing. This is the ARES team; we have about 150 scientists, engineers; where we're working with Jet Propulsion Laboratory, Goddard Space Flight Center, Ames Research Center and half a dozen major universities and corporations in developing this.

It's a large effort. It's all at NASA Langley Research Center. And let me conclude by saying not too far from here, right down the road in Kittyhawk, North Carolina, a little more than 100 years ago history was made when we had the first powered flight of an airplane on Earth. We are on the verge right now to make the first flight of an airplane outside the Earth's atmosphere. We are prepared to fly this on Mars, rewrite the textbook about Mars. If you're interested in more information, we have a website that describes this exciting and intriguing mission, and why we want to do it. Thank you very much. (Applause)

46億年の歴史を 18分間でお話しします 1分あたり3億年です NASAが初めて撮影した火星の写真から 始めましょう これはマリナー4号が1965年に 飛びながら撮ったものです この写真が公開されたとき あの有名な科学ジャーナル つまりニューヨーク タイムズが社説に書きました 「火星は面白くない 死の世界である NASAは火星を研究するのに これ以上の時間や努力を費やすべきではない」 幸運なことにワシントンのNASA本部の リーダー達はより分別のある人々でした それでこの赤い星の 大規模な調査が始まったのです

あらゆる科学において鍵となる質問のひとつは 「地球の外に生命はいるのか?」というものです 火星は地球外で生命が最も存在していそうな 場所だと私は考えています 後ほど 火星に生命がいるかもしれないと示唆する 驚くべき調査結果をお見せします でもまずはバイキング号が撮った写真のことをお話しします これはバイキング号が1976年に撮った写真を合成したものです バイキング号はNASAのラングレー研究所で 開発され 運用されました 我々は1976年に2機の周回探査機と着陸機を送りました 4つの宇宙探査機のうち 2機は火星を周回し 2機は表面に着陸しました 素晴らしい成果でした

これは地球外の惑星の表面で 撮られた最初の写真です バイキングの着陸機が撮った 火星の表面の写真です 確かに火星は赤いのです 火星は地球の半分の大きさです でも地球の三分の二は水に覆われているので 火星の陸地面積は 地球の陸地面積と同じぐらいあります サイズは地球の半分でも非常に大きな場所なのです 我々は火星表面の 地理を測量しました 標高差がわかりましたし

火星について多くのことを知りました 火星には太陽系で最大の火山があります オリンポス山です 火星には太陽系のグランド キャニオンも あります マリネリス峡谷です ものすごく興味深い惑星です 火星には太陽系で一番大きい 衝突クレーターの跡 ヘラス盆地もあります 直径は3,200キロあります この衝突体が火星にぶつかった時に もしその場に居合わせたなら それは本当にひどい日だったことでしょう (笑) これはオリンポス山です アリゾナ州よりも大きいのです

火山は重要です 大気と海を作り出します 今見ているのはマリネリス峡谷 太陽系で最大の峡谷です 4,800キロの長さがあります アメリカの地図に 重ねて見ているところです 火星で最も興味深い特徴のひとつだと 米国科学アカデミーは言うのですが 宇宙時代の10大ミステリーのひとつは なぜ火星の一部の地域は これほど強い磁気を帯びているのかということです 地殻磁気と呼んでいます 火星には 現在の我々にはわからない 何らかの理由で 表面が非常に強い磁気を帯びている場所があります

火星に水はあるのでしょうか? いいえ 今日の火星の表面に 液体の水はありません でも大昔の火星には 川と勢いよく流れる水があったかもしれない ことを示唆する 興味深い証拠があります 今 火星は非常に乾燥しています 極冠にはいくらか水があると私たちは考えています 北極と南極の極冠です 最近の画像です スピリット号とオポテュニティ号からのものです かつて非常に速い流水が 火星の地表にあったことを示しています なぜ水は重要なのでしょう? 生命が生まれるには水が必要だからです 水は惑星で生命が生まれ 進化する上で鍵となる物質です

南極とオリンポス山の 写真です 似ていますね 氷河です つまりこれは凍った水です 火星にある氷の水です 私のお気に入りの写真です ほんの数週間前に撮られました まだ公開はされていません ヨーロッパ宇宙事業団が撮影した マーズ エクスプレスによる火星のクレーターと クレーターの中の画像です 液体の水と氷があります とても興味深い写真です

火星が生まれて間もない頃 つまり46億年前 火星は地球ととてもよく似ていたと私たちは考えています 火星には川も湖もありました でもより重要なのは惑星規模の海があったことです 海は北半球にあったと考えています この青い部分は 6キロほどの窪みを示していますが ここはその昔 火星の表面で 海だった場所です 海を作るほど大量にあった火星の水はどこに行ったのでしょう? こういうことだと思います 火星を周回する衛星オデッセイから 数年前に送られてきた計測結果です 火星の地表下に水があります 凍結した氷として存在しています これは割合を示しています 青っぽい色なら 重さにして16%だということになります 重さにして内部の16%が 凍った水 あるいは氷なのです 地表下にはたくさんの水があるのです

火星の測量結果で 一番興味深く謎めいていると私が感じるものが 今年の早い時期に サイエンス誌に掲載されました 今見ているのは火星の大気における メタンガス つまりCH4の存在です メタンが3つの地域にあるのが見えます なぜメタンは重要なのでしょう? 地球ではほとんど全て 99.9%のメタンが 生物から作り出されているからです 小さな緑色の人ではなく 地中か地上の微生物からです 今や火星の大気には メタンが含まれているという証拠があります それは地球上では 有機物から発生するもの つまり生物から作り出されるものです 3つの地域があります A, B1とB2です

こんな場所でメタンが噴き出しています 地質学的な研究から ここが火星で最も古い地域だとわかります 実のところ地球も火星も 生まれて46億年です 地球で最も古い岩は36億年前のものでしかありません 我々の地質学的な理解によれば 10億年のギャップがあるのは プレートテクトニクスによるものです 地球の地殻は循環を繰り返しています 最初の10億年にさかのぼる 地質学的な記録がないのです その記録が火星には残っています 私たちが見ている地域は 地球と火星が形成された 46億年前にさかのぼります 火曜日のことでした (笑)

この地図が示しているのは 我々が火星の表面に着陸船を送り込んだ場所です バイキング1号と2号です オポテュニティ号とスピリット号 そしてマーズ パスファインダーと 2年前に着陸したばかりのフェニックス 我々の地上探査機と着陸船はすべて 北半球に行きました 北半球が 古代の海盆であった 地域だからです クレーターはあまり多くありません 水が小惑星や隕石の衝撃から 海盆を守ったからです では南半球を見てください 南半球には衝突クレーターや 火山のクレーターがあります ヘラス盆地です 地質学的に非常に異なる場所です メタンがあるのは 非常にでこぼこした地域です

火星に存在する 謎を解き明かす最善の方法は何か? この問いを10年前に発しました 最高の火星研究者10人を 2日間ラングレー研究所に招待しました その場で 答えの出ていない大きな問題を取り上げ 2日間を費やして どうすればこの問いに答えられるのかを話し合いました 会合の結果は ARESというロケット動力のロボット飛行機でした 空から地域レベルで環境探査する飛行機です これはARESの模型です 五分の一の大きさです

この飛行機はラングレー研究所で設計されました もし火星を飛ぶ飛行機を作れる 場所があるのならば ラングレー研究所に他なりません ほぼ100年にわたって 世界の航空学をリードしてきました 地表の1.6キロほど上空を飛びます 何百マイルも飛行できます 時速は約720キロです 地表探査機や着陸船では できないことが可能になります 山や火山 衝突クレーターや 谷の上を飛ぶことができます 地表の磁気や 極冠や内部に水を含む地表の上も飛べます そして火星の生命を探すことができます

でも同じぐらい重要なのは 火星の大気中を飛びながら その記録を送信することです 地球外で初の飛行機によるフライトの 画像を地球に送ります 私たちは税金を通じてこのミッションを支えている アメリカの人々を元気づけたいと思っています さらに重要なことは 次世代の科学者や テクノロジスト エンジニア 数学者たちを奮起させることです 次世代の科学者やエンジニア 数学者 テクノロジストたちをしっかり養成することは 国家の安全保障という点でも 経済を活性化するためにも極めて重要です

ARESが火星を飛んでいるところは こんな風に見えます 事前にプログラミングします メタンがあるところを飛び 飛行機に積んだ装置で 3分ごとに火星の大気のサンプルを取るつもりです メタンとともに 生物によって作り出される 他のガスも探します これらのガスが排出される場所を突き止めます その場所の傾きを計測できるので そこに着陸するという 次のミッションを行うことができます

どうやって飛行機を火星に運ぶのか? 簡単に言えば 「とても注意深く」です それを火星まで飛ばすのではなく 宇宙船に乗せて 火星まで送ります 問題は 宇宙船の直径が 最大で2.7メートルだということです ARESは翼の長さが6.4メートルで 長さが5.2メートルあります それをどうやって火星に送り込むのか? 折りたたんで 宇宙船で運ぶのです エアロシェルと呼ばれる防護殻に入れます こういう風にするのです 一連の流れを解説したビデオもあります

ビデオ:5,4,3,2,1 主エンジンスタート 発射

JL:フロリダのケネディ宇宙センターでの打ち上げです この宇宙船が火星に着くまで 9ヶ月かかります 火星の大気に入ります ものすごい熱です 摩擦熱です 時速29,000キロで進みます パラシュートが開いてスピードを落とします 耐熱タイルを切り離し 初めて飛行機が大気にさらされます 折りたたまれていた部分が広がり ロケットエンジンが点火します

1時間の飛行で 大気を精密に測定し 生物性のガスと 火山性のガスを探し 今はわかっていない 地表や地表の磁気を研究し 他の領域も調べることで 火星についての教科書を書き換えられるはずです

入念な準備が成功を約束します なぜ成功が約束されるのでしょうか? ARESの模型をいくつか用意して NASAのラングレー研究所で 火星と同じ条件を作り 6つの風洞で8年間実験をしてきたからです 同じぐらい重要なことですが 我々はARESを地球の 高度3万メートルの大気中でテストしています 火星で飛ぶ予定の大気と 同じような密度と気圧です 3万メートルです アメリカを横断してロサンゼルスにいくと 高度1万1千メートルを飛ぶことになります 私たちの試験飛行は高度3万メートルです

試験飛行の模様をお見せしましょう 二分の一の模型です これは高高度ヘリウム気球です オレゴンのティラムックの上空です 折りたたんだ飛行機を気球に乗せます 上昇するのに3時間ほどかかります それから3万メートルの高さで 飛行機を放す指示を出します 翼を展開し すべてはうまく行きました この技術を完全にするため 高高度と 低高度の試験を行いました

火星に行く準備はできています ここにあるのは縮尺モデルですが NASAのラングレー研究所には 実物大のモデルがあります 準備はできています 必要なのはNASA本部からの小切手だけです (笑) お金がかかるんです 今日の講演の謝礼はこのミッションに 寄付します 実のところ謝礼はないのです これがARESのチームです 150人ほどの科学者と技術者がいます ジェット推進研究所や ゴダード宇宙飛行センター エイメス研究所 6つの 主要な大学や企業とともに

大きな努力を払い NASAのラングレー研究所で計画が進められています 最後に言いたいのですが ここからあまり遠くない ノースカロライナのキティホークで 100年あまり前に 初めて飛行機による動力飛行が行われ 歴史が作られました 私たちは今まさに 地球の大気の外で 飛行機による初めての飛行をしようとしています この飛行機を火星で飛ばして 教科書を書き換える準備はできています もっと情報が知りたいのなら ウェブサイトでこの刺激的で興味深い ミッションのこと なぜ我々がそれをやりたいのかを説明しています どうもありがとうございました (拍手)

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品詞分類

  • 主語
  • 動詞
  • 助動詞
  • 準動詞
  • 関係詞等

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