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火星探査カメラに命をかけた男

1970年代のバイキング計画以来、ほとんどすべての火星探査ミッションのカメラを製作してきたのがMike Malinだ。彼のカメラは、火星のイメージを大きく変え続けている。

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SANDY HUFFAKER/GETTY IMAGES, FOR NATURE

Nature ダイジェスト Vol. 9 No. 2 | doi : 10.1038/ndigest.2012.120212

原文:Nature (2011-11-24) | doi: 10.1038/479460a | The Mars observer

Eric Hand

Mike Malinは、地球上の誰よりも火星をよく知る男と言われることがある。正確にいえば、誰よりも多く火星の表面を見てきた男だ。米国カリフォルニア州サンディエゴにある彼の会社Malin Space Science Systems(MSSS)社は、1975年のバイキング計画以来、NASAのすべての火星周回ミッションのカメラを設計してきた。今回のマーズ・サイエンス・ラボラトリー・ミッションでは、25億ドルの費用を投じて開発された火星探査ローバー「キュリオシティー」に、彼のカメラシステムが3つ搭載されている。2011年11月26日、「キュリオシティー」の打ち上げが成功し、Malinにとって9回目となる赤い惑星への探査ミッションが始まろうとしている。

今回の探査ローバーは、火星探査ミッションの中では最も高額かつ複雑な器械であり、Malinのカメラシステムはその「目」として機能することになる。彼のカメラが撮影する画像は、エンジニアによるローバーの操縦を助けるだけでなく、プロジェクトの科学目標、すなわち、数十億年前の火星に生命が存在できる環境があったかどうかを見極めるうえでも、きわめて重要な役割を担う。

打ち上げから約9か月後、「キュリオシティー」は撮影した画像の地球への送信を開始する。そのベストショットは、Malinの資料室におさまることになる。14歳のときから購読しているAviation Week & Space Technologyが散乱する資料室は、孤独癖のあるこの科学者が1人で仕事をする聖域だ。壁際の棚には、火星軌道から撮影したポスターサイズの写真がおさめられている。写真には、焼け焦げた平野、死火山、巨大な砂丘、深く切れ込んだ峡谷、小惑星の衝突によってできた巨大な孔など、変化に富む地形が写し出されている。いずれも、従来の火星観に異議を申し立てたものばかりだ。Malinの目には、火星のあらゆる場所に、風と水と時間が削り出した大地が見える。

61歳のMalinには、火星の地形を理解するために、地球奥地の野外調査に出かける体力はもうない。しかし、1枚の画像を徹底的に調べる技術はまだ持っている。火星の写真を床に置き、その上に四つん這いになって、10cm前後の高さから虫眼鏡をのぞき込む。「画像を使ってできることには限界がありますが、その限界は、想像力の欠如によるところが大きいのです」と彼は言う。

怒りっぽく、むきになりやすい性格だが、Malinは惑星科学の世界の、かけがえのない原動力であり続けてきた。NASAが地球以外の惑星に送り込む観測装置は、ほとんど例外なく、政府の大規模な研究センターか主要大学によって開発されている。しかし、火星探査カメラについては、従業員わずか30人のMalinの会社が独占受注し続けてきたのだ。「こんなに小さくても、それだけの信頼を得ているわけで、驚くべきことです」とアリゾナ州立大学(米国テンピ)のPhil Christensenは言う。

それでもMalin本人は、自分は十分には評価されておらず、いつも自分のカメラをミッションに採用させるのに苦労していると感じている。彼はまた、自分の火星のビジョンをほかの研究者が十分に取り入れていないことにも不満を抱いている。それは「水と風によって形成され、削られた、堆積岩の層からなる惑星」というイメージのことだ。しかし、今回のミッションのリーダーたちが「キュリオシティー」の着陸地点をゲール・クレーターに決めたのは、まさに、そこが堆積物のパターンを調べるのに適していると考えたからなのだ。Malin以外のすべての人は、その背景に彼の貢献があることを知って評価している。

写真から見えてくるもの

MSSS(MOC);NASA/JPL-CALTECH/MSSS(MARS IMAGES);NASA/JPL/ARIZ0NA STATE UNIV.(IMAGER)

MSSS(MOC);NASA/JPL-CALTECH/MSSS(MARS IMAGES);NASA/JPL/ARIZ0NA STATE UNIV.(IMAGER)

重量900kgの「キュリオシティー」ローバーには、数々の目新しい観測装置が搭載されている。例えば、ChemCamという装置は、離れたところにある岩石にレーザーを照射して蒸発させ、その雲が発する光のスペクトルを調べて、元の岩石の化学組成を知ることができる。別の装置は、X線回折のための薄いサンプルを作ることができるが、これは地球上の研究室でするのも難しい操作である。おそらく最も重要なのは、岩石のサンプルを採取し、ガスクロマトグラフィーと質量分析によって分子組成を調べるSAM(Sample Analysis at Mars)という装置だ。SAMには、かつて火星に生命が居住できる環境があった証拠となる有機分子を発見することが期待されている。

こうした新しい観測装置に比べると、Malinの3つのカメラシステムは、いささか見劣りする。けれどもこれらは、外見こそ今どきのデジタルカメラに似ているものの、過酷な惑星間飛行や、火星表面での砂塵嵐や極寒という環境下で、何年間も耐えられるように作られているのだ。カメラシステムの中で最も大きいのはMastcamだ。このシステムはローバーの首にあたる部分に取りつけた2台のカメラからなり、地上2mの高さから地形を見渡すことができる。第二のカメラはロボットアームの先端に取りつけた顕微鏡カメラMAHLIで、シルト(砂と粘土の中間の大きさの粒子)が見えるだけの高解像度を今回初めて実現した。第三のカメラは、ローバーの車体の下に取りつけられたMARDIで、「キュリオシティー」の降下と着陸をモニターする。

これらの装置のすべてが、かつてトロンボーン奏者を夢見た1人の男の手から生み出された。1950年生まれのMalinは、10代の期間のかなりの部分を、憑かれたようにトロンボーンの練習で過ごした。きっかけは、音楽教師からトロンボーンの才能を否定されたことだったという。彼はやがてロサンゼルス・フィルと共演できるほどの腕前になり、音楽学校に入学することも考えるようになった。「Mikeに何かさせようと思ったら、『君にできるはずがない』と言えばよいのです。そう言われると、『できるさ』と言い返さずにはいられない性格なのですよ」とChristensenは言う。

Malinは結局、芸術よりも宇宙科学を選び、1970年代初頭にはカリフォルニア工科大学(Caltech:米国パサデナ)の大学院で研究をしていた。指導教官は、多くの人から惑星地質学の父と尊敬されているBob Sharpだった。Malinはその後、CaltechにあるNASAジェット推進研究所(JPL)から仕事を与えられた。彼とJPLの間には、それ以来ずっと、愛憎相半ばする関係が続いている。彼は、JPLの惑星ミッションと宇宙への夢想的なロマンチシズムを賞賛する。しかし、彼は官僚機構を嫌い、しばしば上司と対立した。「私は性格的に、大きい組織に我慢ならないのです」と彼は言う。

Malinは1979年にアリゾナ州立大学(米国)に移ったが、同じような居心地の悪さに苦しんだ。彼は研究者として成功し、火星とよく似た南極大陸における地質学調査で有名になったが、委員会活動や共同研究を嫌悪した。Malinは社交嫌いというわけではないが、1人でいるときに最高の仕事ができるタイプの人間なのだ。Christensenは、彼の家に夕食に招かれたときのことを思い出す。独身のMalinのアパートにあった家具は、安楽椅子が1脚とテレビが1台だけだった。彼らはテレビの前でトレイの上の料理を食べた。Malinは椅子に座り、Christensenは床に座った。「居間に複数の椅子を置くことを、彼は思いつかなかったのですね」とChristensenは言う。Malinは現在、カリフォルニア州ラホヤの海岸の高級住宅地で一人暮らしをしているが、浜辺に行くことはまずないという。

1980年代中頃、NASAはバイキング計画以来の大規模な火星探査ミッションとなるマーズ・オブザーバーについて検討を始めた。火星周回軌道から観測を行うオービターには、放射計、分光計、レーザー高度計などが搭載され、火星の表面、大気、磁場の研究に革命を起こすことが期待された。Malinは高性能の光学カメラも必要だと主張したが、不思議なことに、この意見を支持する者はほとんどいなかった。Malinによると、バイキングのオービターが作成した地図の解像度は1画素当たり平均50mだったが、これより鮮明な地図が必要だと感じる人は、ほとんどいなかったのだという。「火星の地図はバイキングによって完成されたという思い込みがあり、これ以上詳細な地図を作る必要はないと思われていたのです」。

けれどもMalinは、野外調査の経験から、火星表面をもっと詳細に見ることができれば、その形成にかかわったプロセスが明らかになると確信していた。NASA本部の土壇場の介入により、Malinはようやくマーズ・オービター・カメラ(MOC)を開発して運用するという契約を勝ち取ることができた。

実際問題として、どこでそれを作ればよいのだろうか。答えは1987年にやってきた。Malinはこの年、マッカーサー財団の「天才賞」を獲得したのだ。彼は、その賞金の25万ドルを元手にMSSS社を設立し、そこでマーズ・オービターのカメラを設計した。その革新的な技術は、のちの多くのミッションに用いられることになる。

そのときまで、バイキングやそのほかの惑星探査ミッションでは、普通のカメラのように、撮影時にシャッターを開き、二次元的に並べたセンサーに光を当てて、瞬時に広い範囲の画像を得るフレーミングカメラを使用していた。しかし、Malinが設計したプッシュブルーム式カメラでは、開口部はずっと開いたままで、当時の最新技術であるCCD(電荷結合素子)を1列に並べたものに光を当てて、細長い画像を得た。

第二の次元は、軌道を周回する探査機の連続的な動きから与えられる。CCD列のデータが読み出されるたびに、探査機はわずかずつ前進しているので、その分、先の範囲の画像が得られるのだ。時間をかけてこの作業を繰り返し、細長い画像をつなぎ合わせると、1枚の幅の広い画像を作ることができる。プッシュブルーム式カメラには、シャッターなどの可動部分が必要ない。宇宙探査ミッションでは可動部分の故障が問題になることが多いので、これは大きな利点である。こうして、解像度は1画素当たり1.5mまで向上した。

しかし、このカメラの性能を証明できないうちに、ミッションが突然終了してしまった。1993年8月に火星軌道に入る予定だったマーズ・オブザーバーは、そのわずか数日前に燃料ラインが破裂して、宇宙の彼方に飛び去ってしまったのだ。Malinは、立ち上げたばかりの会社の従業員の半数を解雇しなければならなかった。しかし、彼はすぐに第二のチャンスを得た。1996年のマーズ・グローバル・サーベイヤー・ミッションだ。MOCをコピーしたカメラは、このミッションの目玉となった。探査機は1998年に火星軌道に入った。一方、カメラから送られてくるデータに備えていたMalinは、片腕が必要であることを悟った。この膨大なデータを1人で処理することは考えられなかったのだ。

Malinが選んだのが、アリゾナ州大学のChristensenの下で博士号研究を終えたばかりのKen Edgettだった。彼は今、Malinの2階建ての資料室の近くのオフィスで働いている。私が会いに行ったとき、大柄で、のん気そうな彼は、オフィスの椅子にだらりと座っていた。シャツの裾がズボンから出ていた。火星の特定の画像の話になると、EdgettはワークステーションにかぶさるようにしてMOC番号を入力した。FHA-1858。「この番号は暗記しているのです」と彼は言った。

Edgettは、この画像が火星科学を根底から覆したと説明する。そこにはカンドール峡谷と呼ばれる領域の、深く切れ込んだ谷と、ジッグラト(古代メソポタミアの階段状ピラミッド)のような地形が写っている1(「見えてきた火星の素顔」の1999年3月を参照)。階段状の地形には、非常に大きな意味がある。ここではかつて、土砂が層をなして堆積していたのだ。それをさせたのは、おそらく水の作用である。これだけ多くの層が形成されるためには、数百万年にわたって水の作用を受け続けなければならない。この写真は、火星の地形が水によって削り出されたことを示す最初の動かぬ証拠となった。

写真はまもなくScienceの表紙を飾った。MalinとMOCチームの論文の写真は、これまでに4回、科学誌の表紙を飾っている。彼らの論文は、火星の大きな溝の表面付近を今日も水が流れている可能性2から、二酸化炭素の氷からなる極冠に見られるスイスチーズ状の模様の変化が示唆する気候の変化3まで、多様な現象を取り上げている。MOCの画像は、直径154kmのゲール・クレーターの中心部の謎めいた盛り上がりの中に堆積物の層があることも明らかにした。のちにゲール・クレーターが「キュリオシティー」ローバーの着陸地点に選ばれる決め手となった発見である。

これらの発見が、惑星探査機にはMOCのような高性能カメラを搭載するべきだというMalinの持論の正しさを証明した。「MOCは本当に、我々の火星の見方を変えました」と、Jim Bellは言う。彼はアリゾナ州立大学の地質学者で、2004年に火星に着陸した2台の小型ローバー「スピリット」と「オポチュニティー」に搭載されたカメラの主任研究者である。「我々が現在も進めている火星探査計画の性格と目標は、MOCによって決定づけられたのです」。

Malinの個性の強さは問題も起こす。彼はすべてを自分で管理したがり、その結果、MOCが撮影した24万3227枚の画像のうちの半数近くが、彼とEdgettが独断で選択した被写体となってしまった。今回の「キュリオシティー」では、Mastcamはほかの装置の目としても利用される。自分の目標と、ほかの装置の任務を、バランスよく進めなければならないのだが、懸念は払拭されていない。

ゲール・クレーターの中心部には、クレーターの外縁部よりも高く盛り上がった、高さ5kmの山がある。「キュリオシティー」には、この山頂にたどり着き、世紀の大絶景を送ってくる期待がかけられている。しかし、それが成功しても、Malinには、ほろ苦いものとなる。

搭載できなかったズームカメラ

MSSS社の先進プロジェクト・マネジャーであるMike Ravineは、オフィスの倉庫に私を案内し、照明をつけて、2個のプラスチック製の箱をじっと見つめた。それから解錠して、箱の蓋をあけた。中に入っているカメラには手も触れない。「私が何も送り出さなかった唯一のミッションが、これでした」とカメラを指さしてつぶやいた。

Ravineも、Malinとよく似た性格の従業員だ。要するに、聡明で、むきになりやすく、怒りっぽい。RavineはMSSS社の仕事をするだけでなく、インターネットのベンチャー企業を起こし、映画をプロデュースして、映画監督のJames Cameronを含むハリウッドの人々に接触した。彼はCameron監督を口説いて、「キュリオシティー」のカメラチームに参加させることにも成功した。彼らは、広角のパノラマと狭角かつ高解像度のクローズアップとを高速に切り替えられる、2台の「ズーム」カメラを開発することを計画した。Cameron監督は、このカメラの高い解像度とビデオのような性能を利用して、一般向けの3D映画を製作することになった。

ところが、2007年に「キュリオシティー」は予算の枠を超えてしまい、NASAからミッションの装備を3900万ドル分削減するよう求められた。このあおりを受けて、ズームカメラは断念せざるをえなくなったのである。ただし、Malinによれば、彼らのチームは予算をオーバーしていなかったし、スケジュールの遅れもなかったという。仕方なく、急遽、ズームカメラの代わりとなる安価な固定焦点カメラを2台設計した。1台は広視野で、もう1台は狭視野のものだった。

ローバーのモーターの問題によりNASAが「キュリオシティー」の打ち上げを2009年から2011年に延期したとき、最後のチャンスがやってきた。RavineはCameron監督とともにワシントンに飛び、NASAのCharles Bolden長官に会い、ローバーの完成に間に合えば、という条件付きでズームカメラを復活させることに成功した。しかし残された時間は短かすぎた。レンズの調整に問題があることがわかり、Malinのチームは修正を試みたが、間に合わなかった。2011年3月、ローバーの大部分が組み立てられ、打ち上げの準備が整ったとき、NASAは彼らに、元のカメラを取りつけるように命じたのだった。

2011年2月、ズームカメラのお蔵入りが決まるほんの数週間前、Malinは心臓発作を起こした。彼は20年前にも心臓発作を起こしており、6年前には脳卒中を起こしていたのだが、その後も昼夜を問わず働き続けていた。けれども今回は違った。Malinは、4枝冠動脈バイパス手術を受けなければならなかった。体は順調に回復していったが、彼の不在がオフィスに及ぼした影響は大きかった。MSSS社の従業員たち―Malinにとっては家族に最も近い存在―は、今後に不安を感じるようになった。

半年後、Malinは、薬を飲む時間を知らせるiPhoneを身につけて帰ってきた。医師からは、仕事の時間を減らすように言われていた。しかし、私がオフィスを訪れた2011年9月にはもう、これまでと変わらず精力的に働いていた。

火星を地球に持ってくる

「最初に火星に降り立つ人間になることが、子どもの頃の夢でした」と彼は言う。その代わりに今、彼は火星を地球に持ってきたいと考えている。自分が開発したカメラを使って、人々に火星の豊かさを感じさせたいのだ。Malinは、がらんとした部屋の中で、想像上の1点を中心として円を描くように歩き出した。歩きながら、その点に向かって何度もウィンクする。火星にあるMastcamに、こんなふうにしてスナップショットを撮影させるのだ。手間はかかるが、この方法で、岩石などの三次元データを収集することができる。そして、バーチャルリアリティー専用ヘルメットの助けを借りて、サンディエゴのこの部屋の中に火星の風景を再現する。岩石に顔を近づけたり、ローバーのアームを使って、バーチャルに触れてみたりすることもできる。Malinは商売気たっぷりに、それはゲール・クレーターへの有料バーチャル旅行だと言う。「基本は、歩き回ること。火星にいる気分を味わうのです!」。

ズームカメラも、アカデミー賞を受賞した映画監督の全面的な協力も期待できない今、その実現は困難かもしれない。しかしMalinを見くびってはいけない。彼は何十年もかけて、科学者たちに火星の堆積物の重要性を認識させた男だ。そして今、科学者は、太陽系で最大の堆積物の山に、数十億ドルをかけたローバーを送り込もうとしているではないか!

Malinの頭の中には、いつだって火星の風景がある。「見えない人にとっては、それは現実ではないのです。私はそれを現実にしたいのです」。

(翻訳:三枝小夜子、要約:編集部)

Eric HandはNatureの物理科学担当記者。ワシントンD.C.在住。

参考文献

  1. Malin M. C. & Edgett K. S. Science 290, 1927-1937 (2000).
  2. Malin M. C. & Edgett K. S. Science 288, 2330-2335 (2000).
  3. Malin, M. C., Caplinger, M. A. & Davis, S. D. Science 294, 2146-2148 (2001).
  4. Thomson, B. J. et al. Icarus 214, 413-432 (2011).

キーワード

Nature ダイジェスト Online edition: ISSN 2424-0702 Print edition: ISSN 2189-7778

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