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古川さん、帰還!ISS長期滞在記録165日!宇宙医学実験の成果は?

2011年11月25日 | 宇宙

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 「冷たくて新鮮な空気はすばらしい」
 氷点下18度という凍える寒さの中、古川聡さん(47)ら3人の宇宙飛行士を乗せたソユーズのカプセル型帰還船が11月22日、夜が明けきらないカザフスタンの草原に着陸した。

 約5か月半ぶりの地球の感触に、古川さんは「ずっとエアコンで22~23度だったので、こういう冷たくて新鮮な空気はすばらしいですね」と笑顔で話した。日本からの報道陣に「今何がしたいですか」と尋ねられ、「お湯がいっぱい入ったお風呂につかりたい」と話した。

 着陸地点は、首都アスタナから西へ約400キロ・メートル。見渡す限り何もない荒野だ。前日に吹き荒れた雪もやみ、この日は満天の星空。着陸は通常、パラシュートなどの目印が目視できる昼間に設定されるが、今回はロシアのロケット打ち上げ失敗の影響で、捜索が難しい夜明け前の着陸となった。

 宇宙船の寿命は200日。昼間の着陸日を設定することもできたが、再延期すると、寒さがさらに厳しくなるため、危険性が増すと判断したという。

 着陸予定地点近くでは、火の玉のように見えるソユーズとISSが並走しながら上空の西南西の方向から出現。その後、ISSは上空へ、ソユーズは下方へ分かれていった。

 着陸の知らせが入ると、付近の町に待機していた救助隊や野口聡一飛行士(46)らが一斉に、ヘリコプターなどで着陸地点へと駆けつけた。朝日に照らされた帰還船から運び出された古川さんは、近くに置かれたイスに座り、簡単な診察を受けた。(2011年11月22日  読売新聞)

 ISS滞在165日、日本人最長
 ソユーズでISSを往復した日本人は、2009年12月~10年6月に滞在した野口聡一さん(46)に次いで2人目。古川さんのISS滞在は165日、ISSへの往復を含めると167日。連続滞在日数では野口さんの163日(ISS滞在は161日)を抜いて日本人最長となった。

 古川さんと、米国のマイケル・フォッサム飛行士(53)、ロシアのセルゲイ・ボルコフ飛行士(38)の3人は22日未明、ISSに残る米露の3人に別れを告げた後、ソユーズに乗り込み、同日午前5時(同午前8時)に上空約400キロを周回するISSを離脱。徐々に高度を下げ、帰還カプセルが切り離されて、午前8時(同11時)ごろ黒海の上空約100キロ付近で大気圏に突入した。

 高度約10キロでパラシュートが開き、毎秒約8メートルの速度で降下。直前、衝撃をやわらげるため地面に向けて逆噴射した帰還カプセルは、雪煙を上げて着地した。

 古川さんは6月8日、カザフスタンのバイコヌール宇宙基地からソユーズ宇宙船で打ち上げられ、6月10日からISS長期滞在を始めた。宇宙飛行士候補に選ばれて12年、47歳での初飛行は、JAXAの飛行士としては最年長。滞在中の7月には、米スペースシャトル「アトランティス」の最終便をISSで出迎えた。

 ISSでは日本実験棟「きぼう」の管理のほか、医師のキャリアを生かし、宇宙生活が人体に与える影響を自らの体で実験する一方、難病の新薬候補となるたんぱく質の結晶作成など多くの実験に取り組んだ。地上との交信イベントにも参加し、東日本大震災の被災者らにエールを送った。(毎日新聞 2011年11月22日)

 当初は、11月中旬に地球に帰還する予定だったが、8月にロシアがソユーズロケットの打ち上げに失敗。古川さんらの交代要員となる飛行士の到着が遅れた。この結果、古川さんの帰還も延長され、着陸地点との関係から、捜索が難しい夜明け前の着陸を余儀なくされた。(2011年11月22日 読売新聞)

 Dr.古川の宇宙実験完了
 11月22日、国際宇宙ステーション(ISS)からソユーズ宇宙船で帰還した古川聡飛行士(47)は同日午後、着陸地に近いクスタナイ空港での歓迎式典に参加した後、自宅がある米国に専用機で向かった。日本人としてはもっとも長い167日間の滞在を終えた古川さん。地上の重力に体を慣らすため、ヒューストンで1カ月半にわたるリハビリに入る。

 古川さんは、ISSに長期滞在した日本人飛行士の中では唯一の医師。その知識と経験を生かし、宇宙生活が人体に与える影響を自らの体を使って調べる「宇宙医学」の実験に熱心に取り組んだ。

 たとえば長期滞在の飛行士は、一般人の年間被ばく許容限度(1ミリシーベルト)近い宇宙放射線を1日で浴びる。古川さんは滞在中の被ばくを小型線量計で記録した。今後分析し、宇宙滞在が一般化する将来の被ばく防護対策に役立てる。

 また自ら脳波や心拍数などを測定し、モニター画面越しに地上の医師の診察を受ける実験もした。このシステムが確立されれば、宇宙にいながら健康を自分で管理し、カルテを共有する地上の医師の「遠隔診断」を受けることも可能になる。

 古川さんは実験の際に気づいた診断方法の改善点をアドバイスした。このシステムを計画する宇宙航空研究開発機構の長谷川義幸理事は11月22日、「古川さんはドクターとエンジニアの両方(の役割)をやってくれた」と評価した。

 古川さんは長期滞在中、毎日新聞臨時ISS宇宙支局長として、科学面でコラム「Dr.古川の宇宙支局便り」を連載。宇宙での心身の変化などについて医師の視点から発信した。最終回では「(宇宙へ行く夢がかなった今後は)経験を生かして宇宙医学研究の発展に貢献したい」とつづっている。

 「太もも上がらない」
 着陸直後に健康チェックを受けた古川さん。地上支援チームの一員として現地で着陸を見守った先輩飛行士の野口聡一さん(46)に「太ももが上がらない」と久しぶりの重力への違和感を訴えると、野口さんは「しばらくそういう状態が続くよ」と応えていた。

古川さんが取り組んだ医学実験の例
・骨粗しょう症の約10倍の速さで骨から溶け出し髪に蓄積するカルシウムの量を、出発前後と滞在中で比較分析する。
・無重力のため床に落ちずに空気中を漂う真菌(かび)が、鼻や喉の粘膜に付くかどうかを、綿棒などで採取して調べる。
・自分の心電図を作り、24時間の変化を分析、1日に16回昼夜が来るISSの環境が生体リズムに影響を与えるかどうかを調べる
・太陽の活動などで生じる「宇宙放射線」の被ばく量を小型線量計で調べ、宇宙滞在者の放射線防護に役立つデータを取得する
・自ら心電図や脳波、目や唇の画像を撮り、ISSと地上で共有。地上から病気の診断などができる仕組みづくりを目指す
・長期間の宇宙滞在で心臓のポンプ機能に支障が生じるかどうかを調べる(毎日新聞 2011年11月23日)

 古川宇宙飛行士の主な任務
 古川宇宙飛行士は、第28次/第29次長期滞在クルーのフライトエンジニアとしてISSに約5ヶ月半滞在し、「きぼう」日本実験棟での実験運用やISSの運用・維持管理を行った。主な任務は次の通り。

1.日本人宇宙飛行士による本格的な実験運用
 古川宇宙飛行士は医師・科学者出身の宇宙飛行士として、専門知識や科学者としての視点を活かしながらISSでの長期実験運用を実施した。
 古川宇宙飛行士は、「きぼう」日本実験棟船内実験室でのJAXAの実験運用以外にも、NASA、ESA、その他の国際パートナーの実験運用を担当した。また自身が被験者となって、将来の長期滞在や惑星探査ミッションに向けた有人宇宙技術の開発実験に参加した。

2.日本人2人目のソユーズ宇宙船フライトエンジニア
 古川宇宙飛行士はソユーズ宇宙船フライトエンジニアとしてソユーズ宇宙船に搭乗し、ISSに打ち上げられた。今回違う点は、ソユーズTMA宇宙船が改良されており、デジタル化された新型2号機となるソユーズTMA-02M宇宙船に搭乗した。

3.補給物資、不要品の移送・収納作業
 古川宇宙飛行士のISS滞在中、ロシアのプログレス補給船が2回、スペースシャトルが1回(STS-135)、ISSに到着した。ISS長期滞在クルーは、スペースシャトル等で運ばれた物資を運び出して所定の場所に収納または設置したり、欧州補給機(ATV-2)とスペースシャトル(STS-135)の分離前にはISSからの不要品を積み込んだりといった作業を実施した。

4.スペースシャトルの退役
 古川宇宙飛行士が長期滞在中に飛行したスペースシャトル「アトランティス号」によるSTS-135ミッションは、物資の補給ミッションになるが、最大限物資を運搬するため、そして緊急帰還時に備えて4人という少人数で飛行した。このため、従来のスペースシャトルミッションとはやや異なり、船外活動作業やロボットアーム運用、物資の移送など作業の主体はISSクルーが担当した。この飛行を最後にスペースシャトルは退役した。

 ISS長期滞在クルーの交代
 2011年6月8日、古川宇宙飛行士は、マイケル・フォッサム、セルゲイ・ヴォルコフ両宇宙飛行士とソユーズ宇宙船(27S)で打ち上げ、6月10日にISSに到着すると、それまでISSに滞在していたアンドレイ・ボリシェンコ、アレクサンダー・サマクチャイエフ、ロナルド・ギャレン宇宙飛行士とともに第28次長期滞在クルーとしてのISS長期滞在を開始した。

 2011年9月、第28次長期滞在クルーであるアンドレイ・ボリシェンコ、アレクサンダー・サマクチャイエフ、ロナルド・ギャレン宇宙飛行士が帰還すると、マイケル・フォッサム宇宙飛行士をISSコマンダーとする3名体制での第29次長期滞在が開始された。

 2011年11月には、ダニエル・バーバンク、アントン・シュカプレロフ、アナトリー・イヴァニシン宇宙飛行士がソユーズ宇宙船(29S)でISSに到着し、第29次長期滞在クルーに加わった。2011年11月22日無事帰還した。(JAXA)

参考HP JAXA 古川聡宇宙飛行士

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エウロパに生命が存在する?カオス地形からわかる、塩類を含む海の存在

2011年11月25日 | 宇宙

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 氷の下に生命存在?
 2003年に運用を終えた木星探査機「ガリレオ」の観測結果と、地球の氷床を参考にしたモデルによって、衛星エウロパの一部には比較的浅いところに内部湖がある可能性が示された。エウロパは地下に海が存在すると考えられているが、この海が生命に適したものであるかどうかの鍵を握りそうだ。 

 木星探査機「ガリレオ」は1989年にスペースシャトル「アトランティス号」で打ち上げられ、木星やガリレオ衛星などの探査を行い、大きな成果をあげた。その中でも特に重要なものとして知られているのが、衛星エウロパの内部に大量の液体の塩水が存在しているという有力な証拠を発見したことだ。しかし、その表面を覆っている氷が非常に厚いため、内部海と地表面との間でエネルギーや物質のやり取りがなく、生命には適した環境ではないと考えられてきた。

 今回、研究チームはエウロパのカオス地形(chaos terrains)の画像に注目した。火山の上を覆っている氷棚や氷河に見られる地球の地形の形成プロセスに基づいた理論モデルを作成することで、どのようにしてこのカオス地形が作られるのか調べたのだ。

 その結果、カオス地形の地下数kmという浅いところに、液体の水でできた湖がありそうだということがわかった。また、エウロパのカオス地形は表面の氷と内部湖が混ざってできたことを示唆しており、表面にある物質などを内部湖を通じて内部海に供給している可能性がある。これまで、エウロパの内部海は厚い氷に覆われ、表面と物質の循環をしていなかったと考えられていたが、表面から物質の供給があることで、より生命に適した環境である可能性が出てきた。

 「これらの成果は、20年以上におよぶ地球の氷床や氷棚の研究の成果なくしては得られなかった」と研究チームのDon Blankenship氏は語っている。

 より詳しいことを調べるには、やはり実際にエウロパまで探査機を送る必要がある。エウロパの探査は全米研究評議会が選ぶ惑星探査ミッションの大型ミッションのうち2番目の優先順位に位置づけられており、その実現が期待されている。(2011年11月18日 NASA)

 カオス(斑状崩壊)地形
 エウロパには、これまでに取り上げた線状・帯状地形の他に、カオスと呼ばれる斑状地形が表面全体に散在している。カオスとは表面の一部が多角形や楕円形状に変形・崩壊した地形を指し、ボイジャー時代には画像解像度の低さから暗い斑点の様に見えたのでレンティキュラ(lenticulae: ラテン語で斑点の意味)と呼ばれていた。

 カオスには中央丘やクレーターリム、イジェクタといった衝突起源の地形が持つ特徴が見られないため、カオスは表面下での活動を反映した内因性の地形と言える。カオスのサイズは直径数km から数百km まで様々で、その外見も極めて多彩である。形態に従った区別として周囲よりも隆起しているドーム地形や、逆に沈降しているピット地形、起伏がほとんどなくアルベドやテクスチャだけが周囲と異なるスポット地形等がある。サイズの大きなカオスの中には、表面が多数のブロック状に破砕されまるで流氷のように表面を漂ったかのように見えるものもあり非常に興味深い。

 このような流氷状カオスを構成する破砕物は破砕前の地形が良く保存されておりジグソーパズルの様に復元できることから、表面またはその直下には比較的粘性が小さく流動性の高い物質が存在していたことを窺わせる。カオスの成因としては現在までに「ダイアピルモデル」と「局所融解モデル」が提唱されており、このモデルの違いは前者は厚い地殻を仮定し後者は薄い地殻を仮定している点にある。

 ダイアビルモデル
 前者は、氷地殻内部で発生した固相対流運動に伴う暖かい氷のプリュームやダイアピルが表面を隆起させたり、氷が表出して氷河のような外見を作り出したとするモデルである。そもそも氷地殻内で対流が駆動するためには、氷地殻が臨界レイリー数を超える必要がある。エウロパの表面温度は約100K、氷地殻の底はH2O の融点であるから、氷の粘性にも依るが少なくとも氷地殻は20km 以上の厚さを持っている必要がある。

 このモデルはダイアピル上昇によるリソスフェアの押し上げを想定しているので、ドーム地形の形成には調和的だが沈降を伴うピット地形や流氷状カオスを作り出すことは難しい。また氷地殻の厚さを大きく上回るサイズのカオスを作り出すことも困難である。

 局所融解モデル
 一方、氷地殻の局所融解によってカオスが形成したとする後者のモデルは、氷地殻底部に何らかの余剰熱が集中する状況を前提としている。具体的には内部海の海底で熱水噴出のように局所的に供給された熱が海中を上昇し、天体の回転作用で拡散を免れながら、地殻へ到達するという過程が提示されている。その熱によって地殻の局所融解が進むと、表面はアイソスタシー効果によって沈降しピット地形を形成する。

 さらに融解が進んで表面に達すると、液体水の表出とともに激しい表面破壊を起こすというシナリオである。このモデルでは、必要な熱源を確保するためにエウロパの内側を回る衛星イオで観測された表面熱流量をエウロパの軌道要素やサイズでスケーリングし、エウロパ岩石コア(岩石層と金属コアを合わせて便宜上こう呼ぶことにする)の潮汐発熱率として想定している。しかし理論的解析から岩石コアでの潮汐発熱は氷地殻でのそれに比べて小さいと考えられている上、高い内部発熱に伴って地殻の厚さが薄いという状況も前述のクレーター解析によって推定される地殻厚さと相反しており、議論の余地が残っている。また地殻の局所融解では隆起した地形を作り出すことが出来ないといった問題も抱えている。

 このように、エウロパにおいては地殻構造が決定していないために地形形成過程を1 つに制約できていないのが現状である。ただし、地殻には予測されていない不均質が存在する可能性もある上、そもそもカオスとして一括りされた地形群が全て単一のメカニズムで作られる必然性はない。ここで強調されるべき点は、どの形状のカオスを作るにも内部海の存在が必要だと言うことである。

 褐色は塩類の存在を示す
 内部海が完全に固化している場合、観測されるスケールのカオスを局所融解によって作り出すことは不可能であり、またダイアピルがH2O 層底部で生じてもダイアピルの上昇時間よりダイアピル寿命の方が短くなるため、やはり地形形成には寄与できない。

 カオスが氷地殻での何らかの熱的な異常を反映した地形であることに異論の余地はないが、地殻熱構造に寄与し得る要因として他に考えられるのは氷地殻中の不純物の存在とそれに伴う凝固点降下の影響である。リニアと同じくカオスも褐色を示すものが多く、水和塩物質の存在が示されている。

 形成直後のエウロパが次第に冷却し塩類が溶解したH2O 水の固化によって氷地殻が成長していく過程では、基本的に塩類は液体層へ追いやられ氷地殻は高純度のH2O 氷で構成される。しかし同時に、表面は小天体の衝突による継続的な塩類供給を受けている。

 内部海の存在は明らか
 塩類とH2O の固体・液体が混在する系で地殻がどのような熱的物質的構造を持つかという問題については明確な議論が無いが、氷地殻にはかなりの物質的な不均質が存在するだろう。このようにして形成した“汚れた”氷地殻の中でダイアピルが塩分濃集部に達した場合、凝固点降下によって融解を起こし流氷状カオスのような大規模な破砕が生じると考えられる。

 またダイアピルと潮汐発熱の相互作用によって地殻浅部で融解が生じる可能性もあるが、氷のレオロジーに強く依存する現象である点に注意を要する。

 以上のようにエウロパ表面の地形形成は氷地殻での潮汐変形や熱異常が主要因であり、そのためには内部海の存在が必要であることが明らかになってきた。しかし、個別の地形と内部構造との関係で見ると、地形によって必要とされる地殻の厚さが異なるということが重要な争点となっている。

 地殻の進化に従ってリニアとカオスとの間に形成年代の明瞭な前後関係が生じる可能性もあり、次世代探査で地形層序を詳しく調べることが必要になるだろう。またこれまでの研究の大部分はH2O の一成分から成る氷地殻を想定しているが、地殻中の様々な不純物の存在を考慮した地殻進化を調べることによって、地形形成論に関わる様々な問題に活路が見出されるかもしれない。

参考HP アストロアーツ エウロパの海は生命に適している? 東京大学 エウロパの表面地形と内部構造

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