たんぽぽ計画の六つの課題と背景

たんぽぽ - 有機物・微生物の宇宙曝露と宇宙塵・微生物の捕集

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September 18, 2016 Latest

第一サブテーマ : 「地球から宇宙へ」微生物採集

地球への小天体衝突、超高層大気でのエアバースト、火山爆発等の機構で地球表面を脱し、地球起源微生物（あるいはその痕跡）が地球低軌道高度に周回している可能性があります。それをエアロゲルで採集することから、地球生命の宇宙空間への脱出可能性を検証します。

背景
これまでの実験大気圏での微生物採集実験は1980年代から始まった分子生物学手法の発展以前に行われたために、単なる微生物採集とその記載に留まっていた。ST1-1,2,3ごく最近インドのグループが大気球を用いてBacillus属の菌を採集したと報告した。
ST1-4,5何れにしても、これらの微生物採集の最高高度は58 kmである。

われわれは航空機を用いて12 kmまでの大気を採集し、５株の細菌株を得た。それらの細菌株のうち２株がこれまで最も高い紫外線耐性を持つとされているDeinococcus radioduransと同等あるいはそれ以上の紫外線耐性を示した。ST1-6,7さらに大気球を用いた採集実験を行い、複数の微生物株の単離に成功した。ST1-8-15本サブテーマはこれらの延長線上にあり、ISS軌道高度での微生物の採集をめざす。こうした地球圏外の微生物の捕集と分子生物学的な手法による解析は国内外で全く新規な研究である。

第二サブテーマ : 「地球微生物の宇宙生存」微生物の曝露実験

微生物が地球を脱出した場合、他の惑星に到達するのには時間がかかります。あるいは火星等地球以外の生命を育む可能性のある太陽系天体を脱出した微生物が地球に到達するまでには時間がかかります。移動する間に微生物が生存できるかどうか？宇宙空間で紫外線や宇宙線を浴びた状態での生存可能時間を宇宙実験で推定します。

背景
宇宙空間での微生物の曝露実験。これまでも、宇宙空間での微生物生存実験がいくつかあるST2-1,2が、本サブテーマでは、成層圏で採集された超紫外線耐性菌ST2-3を用いて、宇宙空間に曝露して生存時間を測定する。先行研究では、微生物を一定期間曝露している。本研究では１年、２年、３年と時間経過を追うことから曝露による効果の時間依存性を検証し、正しく微生物の宇宙伝播の可能性を評価する。

第三サブテーマ : 「地球外有機物の宇宙変成」高分子有機物の曝露実験

宇宙環境における有機物の生成・変成・分解を調べ、恒星間での有機物の化学進化と地球生命誕生の関連を実証することと、地球と地球外天体との間での有機物の移動可能性を、生体関連有機物の安定性の観点から検討します。

背景
宇宙空間での地球外由来有機物の変性を評価。ESAを中心に，衛星や宇宙ステーションを用いて，有機物の宇宙環境に曝露する実験も行われた。しかし，これらは核酸やタンパク質などの生体有機物を用いたものであり，星間有機物アナログを曝露したのは，Greenbergらによるものだけである。これら従来の実験では，肝心の極端紫外光が試料に照射されないという問題があった。本申請実験では，隕石や彗星から生じた惑星間塵中の有機物（アナログ）を曝露し，極端紫外光を含む宇宙放射線・電磁波による複合的な作用による変成過程を観察するもので、国内外で初めてなされる実験である。

第四サブテーマ : 「宇宙から地球へ」宇宙塵中有機物分析

地球外からの有機物の飛来する可能性があります。その可能性を検証するため、地球大気突入前に捕集した宇宙塵、惑星間塵に含まれる有機物を、最適化されたエアロゲルによってできるだけ非破壊採集します。

背景
宇宙塵中の有機物分析。生命前駆物質としての有機物の一部は、太陽系のもっとも始原的な天体である彗星や小惑星、さらには若い恒星の周囲に存在するガスとダストの中で形成・保存されていることがわかってきた。同時に、地球の形成から45億年以上経過した現在でも、地球に降下する宇宙物質の総量は年間2-6万ｔ程度に及び、その質量の99 %以上はmmサイズに満たない宇宙塵によってもたらされていることが、地球低軌道、成層圏、極地氷床、深海底などからの宇宙塵採取によって解き明かされている。しかし、これらの微粒子は地球上由来有機物混入の影響を除去仕切れない。

第五サブテーマ : 「世界最高性能エアロゲル」の宇宙実証

世界最高水準の超低密度エアロゲルを独自開発し、これをISSで曝露してほかの課題の採集実験を行うことにより、宇宙空間での採集能力を実証します。

背景
シリカエアロゲルは二酸化ケイ素を成分とし無色透明の「固体」である。低密度性、透明性、及び宇宙環境での安定性から、エアロゲルは人工デブリや惑星間塵の採集に利用されてきた。

エアロゲルの製作は飛翔体への安定した据付を考慮すると、これまでは0.025 g/cm3程度以上が現実的であった。申請者らは既に、異なる密度の層構造を有する複層エアロゲルを開発することにより、構造安定性と超低密度化を両立させた。この0.01 g/cm3の超低密度エアロゲルの宇宙でのダスト採集能力の検証を行う。超低密度エアロゲルによる採集法は将来の惑星探査の革新技術となる。

第六サブテーマ : 「微小スペースデブリフラックス評価」

地上観測網で検出できないサブmmオーダーのスペースデブリ及び天然のメテオロイドを継続的に捕集してフラックスし、ISS軌道上の宇宙微粒子環境の危険性評価を行います。

背景
これまで、JAXAは材料評価のための実験とあわせてスペースデブリの採集実験を行ってきた(SFU飛行後検査、MFD-ESEM、SM/MPAC&SEED)。

とりわけ地球低軌道上のスペースデブリのフラックスは太陽活動サイクル、各国の宇宙活動の頻度、形態などによって経年変化する。1980年代に米国が、今年1月には中国が、自国の低軌道衛星を地上から攻撃して破壊する軍事実験を行った。その結果、破壊された衛星軌道は短時間のうちに変化し、類似軌道を通る全ての衛星への衝突頻度を上昇させた。しかし、微小デブリがどのように拡散しているのかは、宇宙機が実際に遭遇するまで不明である。したがって、本実験によってISS軌道上のデブリフラックスを長期間に渡って継続的にモニタリングを行うことは重要である。近年、米国Naval Research Laboratory(NRL)がNASA/JSC、JAXA/ISAS、千葉大学、英国ケント大学と国際チームを組み、総面積10 m2の超大型のエアロゲルをISS上に展開して宇宙塵＆スペースデブリ採集実験「LAD-C」を2008年から実施する計画が準備されていた。しかし残念ながら、NRLの科学政策の重点の転換によって、NRLによるステーション関連の科学実験はLAD-Cを含めて取りやめとなった。従って、地上への試料回収が必要な長期間曝露を行える宇宙塵＆スペースデブリ採集実験を実現するには、現在のところ、「きぼう曝露部」を活用する以外になく、本計画の国際学術的重要性は高い。

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