「地球の兄弟星、火星は、なぜ荒涼とした冷たい星なのか」
地表の平均気温-120度～0度。寒冷乾燥の地球型惑星、火星。中川広務助教にとって、火星の希薄な大気は、惑星大気物理学の謎ときの宝庫だ。
一つは、水の問題。かつて火星は、水のある温暖な星だった可能性がある。ならば、水はどこに消えたのか？「仮に、宇宙に蒸発したとしましょう。大気中の水蒸気（H2O）は紫外線によって水素（H）に分解されますが、この中には、水素の"同位体"である重水素(D)も、ごく微量に存在します。これは普通の水素より核が重いぶん、重力から逃れにくい。過去、火星から水が宇宙に散逸したのなら、重水素が大気中により多く残されているはずです」。実際に、火星大気中の重水素と水素の割合は、地球大気のそれに比べて約5倍だ。
「このように、火星の大気から分子の情報を精密に取り出せば、地球大気の形成過程や、未来の様子だって、火星を特異例としてある程度考えていけるのですね」。
2004年には、火星大気中に物理的な常識を越える量のメタンが確認され、さらに、その分布量が季節で変わるため、世界中の科学者が強い関心を寄せている。「実は地球の場合、大気中のメタンの90％が生物由来なのです。生命起源であれ地質学的起源であれ、この未解明の謎にも、火星大気の精密分析は有効なのです」。
目指せ、世界でも最高分解能の「赤外ヘテロダイン分光システム」
学内の観測ドームに置かれた、約60cm四方の試作器――。東北大学が、ハワイのハレアカラ山頂に計画する、次期・惑星観測望遠鏡の中枢の一つだ。この赤外線分光器こそが、中川助教らの「目」である。
「希薄な火星の大気を、地球の大気越しに分子レベルで解析したい。大変な分解能を追っています」。例えば、使用する赤外レーザーの周波数は20テラHz以上と高く、増幅などの調整も困難だ。しかし、「例えばメタンといったオーガニックな微量大気分子は、高分解能の赤外線でなければ検出できない。今の赤外線地上観測で為しえない精度を達成し、それに基づく研究を展開することが、我々の目標なのです」。
また、このたぐいの装置は分解能を追えば巨大になるが、チームが小型化にこだわるのは、将来、火星探査機に装置を搭載したいためだ。そこには、かつて、自身も観測計画に参加し、惜しくも火星に未到達だったJAXA「のぞみ」計画以来の、中川助教の想いもある。
「やはり人間、知的好奇心の導くままに、自分の好きなこと、楽しいことを探究しないと」と、中川助教は研究について話す。「ヘルツ、マックスウェル、アインシュタイン･･･いろんなものを探求してきた人たちがいて、携帯電話や衛星通信などの最新技術に支えられる今があるんだと思います」。
