火星の地面は、細かな砂ぼこりに覆われています。
この砂は風に乗って舞い上がり、ときには星全体をめぐるほど広がります。
舞った砂は、火星で働く探査機の上にも少しずつ降り積もります。
火星の地震を調べた探査機インサイトも、ゆっくり積もった砂ぼこりに倒れた1機です。
では、人が火星に降り立って暮らすとき、この砂は体にとってどれほど厄介なのでしょうか？
その手がかりは、探査車パーサヴィアランスに積まれた、宇宙服の小さな布切れにありました。
火星の空気にさらされた布には、いったいどんな砂が付いていたのでしょうか？
研究の詳細は、米ワシントン大学らにより、2026年10月26日付で学術誌『Proceedings of the National Academy of Sciences』に掲載されました。
月の砂の教訓と、正体不明だった「細かすぎる砂」
天体の砂ぼこりが手ごわいことは、アポロ計画の月探査ですでに分かっていました。
月の砂は角のとがったかけらでできていて、宇宙服にくっつき、物をひどくすり減らします。
月を歩いた12人のうち、少なくとも1人はこの砂でアレルギー反応を起こしたとされます。
火星ではこれに、地域や星全体をめぐる砂ぼこりの循環が加わり、機械を覆っていきます。
これまでの火星探査で、砂の成分はおおまかに調べられてきました。
ただしそれは、約3マイクロメートル(1ミリの約300分の1)より大きな粒の話です。
2.5マイクロメートル以下の細かい粒(PM2.5)や、0.1マイクロメートル以下の極細の粒は、ほぼ手つかずでした。
こうした粒は鼻やのどの守りをすり抜け、肺の奥(肺胞)まで入り込めるため、見過ごせません。
研究チームは、将来の乗組員の全身に害が及ぶおそれがあると指摘しています。
そこで使われたのが、パーサヴィアランスが積む「ピクセル(PIXL)」という装置です。
物にX線を当てると、元素ごとに決まったX線が返ってくるので、何でできているかが分かります。
狙ったのは、装置の調子を確かめる校正用の見本板と、宇宙服の生地の見本でした。
生地はベクトランとテフロンの2種類で、将来の乗組員用装備の外側の層に近い素材です。
研究を率いた米ワシントン大学のスコット・ヴァンボンメル氏は、こう話します。
「これほど細かい火星の砂は長く予測されてきましたが、PIXLのおかげで火星で直接測れたのです」
火星で直接測った砂は、1ミリの何分の1ほどの細かさだった？
ここで研究チームには、1つ困ったことがありました。
打ち上げ前に、火星へ行く生地そのものを同じ装置で測っていなかったのです。
これでは、砂が付く前の「きれいな状態」と比べられません。
そこでチームは、地球に残っていた予備の生地を、ほぼ同型の装置で調べました。
調べたのは、米航空宇宙局(NASA)のジェット推進研究所にある地上の装置です。
すると、生地そのものに含まれる硫黄は、装置で検出できないほど少ないと分かりました。
一方で、火星の砂ぼこりには硫黄が多く含まれています。
つまり火星で生地から硫黄の信号が出れば、それは上に積もった砂の分だと言えます。
硫黄の強さを、砂の厚さを測るものさしにしたわけです。
2枚の布(どちらも2センチ四方)を調べると、砂の付き方にはっきりした偏りが見られたのは片方だけでした。
ベクトランの布では、糸と糸が交差する部分の裏側に、砂がいちばん厚く溜まっていたのです。
ざらついた織り目に粒が引っかかり、物どうしが引き合う弱い力も働いていると考えられます。
その付き方は、風や、走行・岩削りの振動にも負けないほどだとみられています。
一方、テフロンの布では硫黄の信号は弱く、場所による違いもはっきりしませんでした。
チームは次に、積もった砂の量から粒の大きさを見積もりました。
ベクトランの布では平均約2.1マイクロメートル、テフロンの布では約0.3マイクロメートルでした。
調べた中でいちばん小さいのは、100〜200ナノメートルほどの粒です。
1ミリを1万等分した長さの、1〜2つ分ほどにあたります。
これは、これまで報告されてきた火星全体に降る砂ぼこりよりも細かい粒です。
しかもこの大きさは粒が1層に並んだと仮定した値で、実際はもっと小さい可能性があります。
見本板の砂の量は時期によって変わり、ある砂嵐のあとには目立って増えていました。
成分を見ると、この砂は玄武岩に近い岩石の成分(苦鉄質ケイ酸塩)で、リン・鉄・硫黄に富んでいました。
リンや硫黄、塩素、亜鉛など、比較的気体になりやすい元素は、土や砂よりも濃くなっていました。
これは、マグマから抜け出したガスの成分が、砂ぼこりに加わってきた可能性を示しています。
ヴァンボンメル氏は、次のようにも話しています。
「大きな塊は時間とともに振り落とされます。しかし最も小さな粒は残り、それが人を支える仕組みにとって最大の難題になるのです」
火星の砂ぼこりは、これまで知られていたより細かな粒を含み、宇宙服の生地では織り目にも溜まっていたのです。
「1ミリ角」で安全の目安を超えることもある砂
では、これほど細かな砂は、人の体にとってどれほど問題なのでしょうか？
研究チームは、基地で対策をとっても、居住区に多少の砂が入り込むと予想しています。
しかも火星は重力が弱いため、入り込んだ細かな粒は空気中に長くただよい続けるのです。
気がかりなのは、砂に含まれる成分です。
これまでの探査から、火星の砂には反応しやすく水に溶けやすい、塩素を含む化合物などが多いと分かっています。
その1つが、過塩素酸塩(かえんそさんえん)という物質です。
過塩素酸塩は甲状腺がヨウ素を取り込むのを邪魔し、甲状腺の働きを弱めるおそれがあります。
過塩素酸塩を重さで2%含む砂の場合、約1立方ミリメートルにさらされるだけで、人の安全の目安を超えうるといいます。
1辺わずか1ミリの、小さなさいころほどの量です。
また火星の砂ぼこりは、石炭の粉じんの約5倍ものシリカ(二酸化ケイ素)を含んでいます。
何年もかかる任務で、ある量以上(どれほどかはまだ分かっていません)を吸い続ければ、肺の炎症が続き、けい肺という肺の病気につながるおそれがあるといいます。
次に問題になるのが、安全の基準そのものです。
NASAは火星の砂について、空気1立方メートルあたり0.1ミリグラムという許容の目安を設けています。
対象は10マイクロメートル未満の粒で、最長30日間さらされる場面を想定し、時間で平均した値です。
ところがこの値は、火星の砂を使って決めたものではありません。
アポロ計画の月の砂を吸い込む試験で「害が見られなかった量」をもとに、火星に当てはめて推し量ったものなのです。
さらに、重さで決めた基準では、粒の数や表面の広さの違いが見えにくくなるおそれがあります。
小さな粒ほど、数や表面積では重さ以上に大きく効き、体の中での動き方も違うかもしれません。
ただし研究チームは、この基準がどの場面でも体を守りきれないとまでは、今の証拠では確かめられていない、とも書いています。
そのうえで、火星の砂に合わせた毒性試験を行い、火星専用の基準を作るべきだと訴えています。
さらに論文では、ほかの研究をもとに、もう一歩踏み込んだ心配も挙げられています。
ごく細かい粒は、鼻の中からにおいを伝える神経をたどって、脳を守る関門を通らずに脳へ直接届きうるというのです。
また火星の砂は、肺だけでなく肝臓や腎臓、脳にもたまり、全身や神経に害を及ぼすおそれがあるといいます。
ただし今回の研究は粒の大きさと成分を測ったもので、体の中のどこまで届くかを確かめたものではありません。
一方で、良い知らせもあります。
ヴァンボンメル氏によると、火星の砂は月の砂ほどとがっていないかもしれないのです。
「火星の大気中の粒は、何十億年も風に吹かれてきたかもしれず、川の小石のように丸くなりやすいのです」
同氏は「砂が難題になるのは分かっていますが、備えて乗り越えられるものです」とも話しています。
研究チームは、火星の砂を地球の実験室でくわしく調べることが、将来の乗組員の備えにつながると強調しています。
たとえば、過塩素酸塩に備えてヨウ素をあらかじめ補っておく、といった対策も挙げられています。
対策の例として、IFLScienceは液体窒素を吹き付ける「宇宙飛行士の洗車機」や、自分で汚れを落とす宇宙服を挙げています。
液体窒素を吹き付けて、しつこい月の砂を落とす試みの映像です(ワシントン州立大学)。
動画: ワシントン州立大学の映像(YouTube「IFLScience」)
火星で人が暮らすには、宇宙服や装備に残る細かな砂の粒への備えも欠かせないのかもしれません。
写真で見る、宇宙から見た火星の砂ぼこりの動き
参考文献
Treacherous Martian Dust Could Get Into The Brains Of Astronauts, Raising More Questions About Future Human Exploration (IFLScience)
https://www.iflscience.com/treacherous-martian-dust-could-get-into-the-brains-of-astronauts-raising-more-questions-about-future-human-exploration-85097
元論文
Fine and ultrafine Martian dust presents additional risks for future crewed missions to Mars
https://doi.org/10.1073/pnas.2620747123
ライター
山下 浩介: むずかしい研究を、なるべく分かりやすく伝えたい。専門の言葉はふだんの言葉に置きかえて、身近な例で例える。それで「わかった」「楽しかった」と言ってもらえたら嬉しいです。
好きなのは、通学路や台所や日常の中にある科学。眠っているあいだに記憶が整理される話や、虫の鳴き方に意味がある話のように、読み終わったあとに誰かへ話したくなる研究を探しています。
編集者
ナゾロジー 編集部
