"한때 화성에 존재했던 물은 어디로 잃어버렸는가?"
"생명이 존재할 수 있는 행성 대기 환경이 유지되는 구조는?"
――이런 수수께끼의 해명을 추구하는 것은, 도쿄대학 대학원 신영역 창성과학연구과 강사의 아오키 쇼헤이 선생님.행성과학·천문학 분야와 화성연구의 매력, 이탈리아에서 벨기에, 그리고 일본으로 나라를 넘은 연구의 의의, 장래 전망 등에 대해 교토대학 대학원 농학연구과·조교의 시라이시 아키라 선생님에게 물어 받았습니다.고등학생이나 대학생, 미래의 연구자를 향한 메시지도 받고 있습니다.
가장 친숙한 행성, 화성
행성 과학·천문학 분야와 화성 연구의 매력【학문 연구의 지금】
시라이시: 먼저, 왜 행성과학·천문학 분야, 그 중에서도 화성에 관심이 있었는지 알려주세요.
아오키: 고등학생 때 우주의 수수께끼에 다가오는 NHK의 다큐멘터리 프로그램을 본 것이 계기입니다.프로그램에서는 수많은 행성 중에서도 화성에 대해 특집되고 있었습니다.생명의 존재 가능성이나 행성 환경의 진화 등에 관한 연구자의 설명을 듣고, 매우 두근두근한 것을 기억하고 있습니다.
대학 수험에서는, 「천문학」을 키워드로 인터넷등에서 검색해, 천문학과가 있는 도호쿠 대학 이학부를 지망했습니다.진학 후, 화성에 대해 배울 수 있는 것은 우주 지구 물리학과임을 알고, 배속시에 선택했습니다.
시라이시: 그런 화성의 매력이란?
아오키: 행성은 크게 나누어 목성형 행성과 지구형 행성으로 대별할 수 있습니다.목성형 행성은 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며 가스 행성이라고도합니다.태양계에서는 목성과 토성 등이 해당되지만, 대부분이 기체로 만들어져 있기 때문에 사람이 내려가는 것은 어렵습니다.
한편, 지구형 행성은 고체 행성이라고도 하며, 지표면과 대기가 존재하고, 생명의 존재나 먼 장래에는 인류가 이주할 수 있을 가능성이 있습니다.
우리 태양계에서는 금성, 지구, 화성이 그 대표적인 예입니다.그 중에서도 화성은 과거나 현재에 생명이 존재했을 가능성이 있고, 생명이 존재할 수 있는 행성 환경이 형성·유지된 수수께끼에 다가갈 수 있는 것이 큰 매력입니다.화성의 대기는 지구의 0.6% 정도밖에 없습니다만, 지표 온도가 대략 -70℃에서 +30℃로 지구에 가까워, 태양계 행성 중에서도 환경이 지구와 가장 비슷하고, 먼 장래, 화성을 온난화 시키는 것으로 인간이 이주할 수 있는 것이 아닐까라고 생각되고 있습니다.
화제의 계외 행성 연구※에의 응용
시라이시: 글쎄, 그건 어때?
아오키: 최근, 우리 태양계 밖에 '제XNUMX 지구를 찾는' 관측 연구가 활발해, 후보가 되는 행성이 잇달아 발견되고 있습니다.또한 최근에는 미국 항공 우주국(NASA)이 발사한 제임스 웹 우주 망원경에 의해, 지금까지와 비교할 수 없을 정도로 상세하고 먼 천체 이미지가 공개되게 되어, 제XNUMX 지구 발견에의 기대가 부풀어 오르고 있습니다.
다만, 계외 행성에 있어서의 지구형 대기의 관측은, 현시점에서는 매우 어렵습니다.그래서 우리의 태양계에 있는 화성이나 금성 등의 지구형 행성을 자세히 조사하고 그것을 바탕으로 태양계 밖에 있는 지구형 행성의 대기 성분과 그 성립을 이해하는 데 도움을 주기 위해 있습니다.
화성의 태고의 물은 어떻게 사라졌는가?
화성 대기의 관측에서 다가온다
시라이시: 구체적인 연구 테마, 그 방법, 접근법에 대해서도 알려주세요.
아오키: 현재 작업중인 연구 주제 중 하나는 화성에서 물이 잃어버린 이유와 사라지는 이유에 대한 수수께끼의 해명입니다.지금까지 화성 표면에는 물의 존재없이 형성되지 않는 광물과 지형이 많이 발견되었습니다.그 때문에 화성은 한때는 현재의 지구와 같이 온난하고 습한 기후로 대량의 액체의 물이 지표면에 존재했던 시대가 있어 40억년 전까지는 지구처럼 바다가 있었다고 추측 되었습니다.
그러나 현재의 화성은 얇은 이산화탄소 대기로 덮인 한랭 건조 기후가 되어 액체의 물은 없고, 대기의 수증기나 극역의 얼음이 약간 발견되고 있을 뿐입니다.
그럼 한때 대량으로 존재했던 물은 어디로 갔는가.많은 과학자들은 어느 정도의 물이 우주 공간으로 방출되었다고 생각하고 있지만, 그것은 어떻게 우주 공간으로 운송되어 왔는지, 나는 그 과정을 관측 데이터에서 밝히려고합니다.일반적으로 화성을 포함한 행성 대기 연구는 ①이론적 계산에 의한 수치 시뮬레이션, ②인공위성 등에 태우는 관측 장치의 신규 개발, ③대형 망원경이나 관측기로 취득한 데이터의 해석, 등의 접근법이 있습니다 .
모두 중요하며 각 전문가가 협력하여 연구를 진행하고 있습니다.저는 ③의 전문가로, 물로 대표되는 화성 대기의 성분의 관측을 통해 생명이 존재할 수 있는 행성의 환경은 어떻게 유지되는지를 이해하고 싶습니다.
【현재에 이르는 연구의 궤적】
대학원 졸업 후 더 나은 환경을 찾고 이탈리아와 벨기에로
벨기에에서는 왕립 과학 아카데미 「바론 니콜레상」을 수상
시라이시: 화성에 관한 연구를 일본뿐만 아니라 이탈리아, 벨기에에서도 된 것 같네요.구체적인 연구 내용과 경력에 대해 말씀해 주시겠습니까?
아오키: 해외에 거점을 옮겨 연구를 하는 것을 생각하기 시작한 것은 2012-2013년경이었다고 생각합니다.박사과정에 재학하고 있었을 무렵에는, 망원경으로 이용하는 관측 장치의 개발이나, 세계 최대급의 일본의 망원경인 스바루 망원경의 화성 관측 데이터를 이용해 연구하고 있었습니다.
그러나, 행성 탐사기에 의해 취득된 데이터를 보다 깊게 해석해 보고 싶게 되었습니다.당시 일본에서는 「노조미」나 「아카츠키」라고 하는 행성 탐사기가 발사되고 있었지만, 행성 궤도에는 도달하고 있지 않고, 그 데이터는 수중에서 사용할 수 있는 상태가 아니었습니다.
그래서 이미 행성 탐사기의 궤도 도달에 성공하고 있는 해외로 나갈 필요가 있다고 생각해, 구미의 대학이나 연구 기관 중에서 이탈리아 우주 과학 연구소(INAF/IAPS)를 박사 과정 수료 후의 진로처 로 선택했습니다.거기에서는, 「마즈 익스프레스」(유럽의 화성 탐사기로, 2004년부터 화성 궤도에서 관측을 실시하고 있다) 프로젝트 팀의 일원으로서, 대기의 온도·조성·에어로졸량 등, 화성의 기후를 조사했습니다 했다.
그 사이에, 벨기에에서는 화성의 대기를 보다 정밀하게 관측하기 위한 새로운 관측 장치의 개발이 진행되어, 2016년 3월에는 「트레이스 가스 오비터」(유럽과 러시아가 공동으로 진행하는 화성 탐사 미션, 엑소머스의 일환)이라는 새로운 화성 탐사기가 발사되었다는 정보를 받아 2016년 가을에 벨기에 왕립 우주 과학 연구소에 거점을 옮겼습니다.여기서 화성의 수증기의 연직 고도 분포를 상세하게 조사하여 물이 우주로 사라지는 과정의 일단을 밝힐 수 있었습니다.
시라이시: 그래서 벨기에 왕립 과학 아카데미로부터 바론 니콜레상을 수상하셨네요.
아오키: 네. 1998년에 창설된 행성과학·초고층 대기연구 분야에서 특히 뛰어난 국제적인 젊은 연구자들에게 선물되는 벨기에 왕국의 전통적인 상입니다.
시라이시: 화성을 비롯한 행성과학 분야의 연구에서는 많은 연구자들이 관련되어 하나의 프로젝트가 진행된다고 들었습니다.왜 아오키 선생님만 수상한 것일까요?
아오키: 종종 행성과학 분야의 연구에서는 인공위성을 만드는 엔지니어로부터 데이터를 취득해 해석하는 연구자 등 50명 이상이 관여합니다.다만, 취득한 데이터의 해석이나 그 해석이, 미션의 과학 목표를 밝히기 위한 마지막 마무리 작업으로서, 역시 중요하다고 생각합니다.게다가 프로젝트를 통해 팀워크에 대한 공헌도의 높이 등도 가미해 주신 것으로 이해하고 있습니다.물론 지금도 그 장치에서 얻은 관측 데이터의 해석은 계속하고 있습니다.
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