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The Hunt For Life On Mars
Cat: SCI
Pub: 1997
#: 9701b

Donald Goldsmith
97131u/18220r

Title

The Hunt For Life On Mars

火星生命の探査
Author
Donald Goldsmith
ドナルド・ゴールドスミス
Published
1997
1997年
Index
  1. Life on Mars:
  2. Human fascination with Mars:
  3. Meteorite from Mars:
  4. 4Meteoritic Impact:
  5. The importance of DNA:
  6. The Origin of Life:
  7. Ｗhen did life begin on Earth?:
  8. Panspermia - Cosmic seeding:
  9. Can life exist on Mars now?:
  10. How different Martian life?:
  11. The Viking Life-Detection Experiments:
  12. The latest missions to Mars:
  13. Astrogeologist and Terraforming of Mars:
  14. Reasonable skepticism:
  15. Some properties of Earth and Mars:
  1. 火星上の生命:
  2. 人類にとっての火星の魅力:
  3. 火星からの隕石:
  4. 隕石落下のインパクト:
  5. DNAの重要性:
  6. 生命の起源:
  7. 生命は地球上でいつ始まったか:
  8. パンスペルミア－胚種広布説:
  9. 火星には今でも生命は存在するか:
  10. 火星生命はどれほど異なっているか:
  11. バイキングによる生命探査実験:
  12. 最新の火星探査:
  13. 宇宙地質学者と火星の地球化計画:
  14. 理由のある懐疑主義:
  15. 地球と火星の特性:
Tag
 ; 15M years; A few million years; ALH84001;; Andesite; Ceace being skeptical; Clinton 1996;; DNA like molecule; Intense bombardment; Optical isomerism; PAH; Panspermia; Ratio O-18/O-16; Sedimentary rocks; ; ; ; ;
Why?
  • The discovery of life beyond Earth would be an astounding event to answer our following fundamental questions:
    • Are we alone?
    • Where did we come from?
    • How universal is the story of life on Earth?
    • How closely does extraterrestrial life resemble life on Earth?
  • I found and bought this book at Carmel resort.
  • 地球外生命の発見は、以下我々の基本的な質問に答えるためのショッキングな出来事である。
    • 我々は孤独なのか？
    • 我々はどこから来たのか？
    • 地球上の生命の物語は普遍的なのか？
    • 地球外生命は地球上の生命とどれほど似ているのか？
  • この本はカーメルで見つけて購入した。
Summary
要約

＞Top 1. Life on Mars:

  • Aug 7, 1996: President B. Clinton announced that a meteorite (4 lb) found in Antarctica contains evidence suggesting the existence of ancient life on Mars. lifeon_mars2
  • Because;
  • the rock contains globule of carbonates combined with other atoms such as Ca, Fe, or Mg.
  • >Top the carbonate globules reveal molecules called PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons), which living organism often produce as they decay.
    And the PAHs within the globules are distributed unevenly.
  • crystal of iron oxide and iron sulfide, that are in essence minuscule magnets. Presence within the carbonates suggests that the magnetic minerals might have been made by living organism.
  • the rims of the carbonate globules contain tiny structures, elongated 'ovoids,' whose shapes resemble those of bacteria on Earth.
  • Objection: None of observations is in itself conclusive for the existence of past life, because:
  • Carbonate deposits can be made without the presence of life
  • PAHs have been found in other meteorites
  • Magnetite and iron sulfide might have been made in a different environment from the carbonates, then deposited within them
  • Ovoids might in fact be crystalline structures made without the intervention of life.

1. 火星上の生命:

  • 1996年８月７日にクリントン大統領は南極で発見された隕石(1.8 Kg)の中に火星における古い生命の痕跡が発見されたと発表した。
  • その理由として、
  • 岩石には、Ca, Fe, や Mgなどを含む球状の炭酸塩がふくまれている。
  • その炭酸塩には、PAH (polycyclic aromatic hydrocarbons) と呼ばれる分子が見られる。これは生物は分解する際にしばしば作られる分子で、しかもその小球体は局所的に分布している。
  • 酸化鉄および硫化鉄の結晶があり、微小な磁石となって炭酸塩の中に存在していることは、これらの磁気を帯びた鉱物が生物によって作られたことを示す。
  • 球状の炭酸塩の縁には、長く伸びた卵状の小構造が見られ、その形状は地球上のバクテリアに似ている。
  • 反論：観察されるそれ自体は、過去の生命そのものではない、その理由は
  • 炭酸塩に沈殿は生命の存在なしでも可能である。
  • PAHは、他の隕石でも発見されている。
  • 磁鉄鉱や硫化鉄は、炭酸塩とは異なる環境で生成され、その後炭酸塩の中に沈殿した可能性がある。
  • 卵状の結晶構造は、生命の関与なしに作られることも実際にはある。

>Top <What must be proven in order to establish the existence of life>

  1. Establishing that the rock in fact came from Mars.
  2. Demonstrating that the material inside the rock did not receive contamination.
  3. Proving that it contains chemical compounds and structural forms that are characteristic of life.
  4. Eliminating the possibility that the chemical and structural evidence could have arisen through processes other than those by living creatures.
  • Sherlock Holmes's dictum; "Identify everything that needs disproof, proceed to disprove it, and your case stands as proven.

＜生命の存在を確認するために証明すべきことは＞

  1. その岩石が実際に火星から来たこと
  2. 岩石中の物質が汚染されていないこと
  3. 生命を特徴づける化合物と構造をもっていること
  4. 化学的および構造的な証拠が生命以外のプロセスで生じる可能性を排除できること
  • シャーロック・ホームズの格言"反証に必要な全てを特定しその反証を進める。そうすれば確証が得られる。"

>Top 2. Human fascination with Mars:

  • Mars sometimes rise and sets with the sun, but about a year afterward, Mars will rise at sunset, spend all night crossing the sky, and set only with the dawn.
  • Mars reverses its direction of wandering with respect to the starry background. After a few months, Mars resumes its usual direction of motion.
  • Ancient Middle East associated this planet with the unpredictable, temper-prone god of war.
    (Babylonian war god Nergal, Greek war god Ares, Roman renamed Mars.)
  • c1600: Johannes Kepler found that Mars's orbit around the sun has an elliptical shape.
  • 1726: Jonathan Swift in Gulliver's Travel imagined two moons for Mars; a century later Phobos and Deimos are discovered, which are captured asteroids only a few miles across.
  • 1877: Giovanni Schiaparelli; reported 'canali' on Mars. Canali in Italian means channels or grooves.
  • 1895: Percival Lowell proceeded to map dozens of Martian "canals." made by highly intelligent inhabitants.
  • 1898: H.G.Well's War of the Worlds, imagined technologically advanced Martians who invade Earth.
  • 1938: Orson Welles; broadcast a radio dramatization of Wells's novel.
  • late 1960s - early 70s: Mariner spacecraft to Mars could send photographs back to Earth.
  • 1976: Viking missions; cold, dry, hostile to life, perhaps not only without life today but also with not the least apparent history of life.
  • 1996: Martian meteorite ALH 84001; for the first time we now have a sample from other planet that shows conditions favorable to life.

2. 人類にとっての火星の魅力:

  • 火星はときどき太陽と共に昇って沈むが、一年後には日没時に昇り、夜中中天を横切り夜明けと共に沈む。
  • 火星はときどき背景の星々に対して逆行する。数ヶ月後また順行を始める。
  • 昔の中東ではこの惑星を予測不能として短期な軍神になぞらえた。（バビロニアの軍神はNergal、ギリシアではAres、ローマではMarsとなった。）
  • 1600年頃：ヨハネス・ケプラーは太陽を回る火星の軌道が楕円形であることを発見。
  • 1726年：ジョナサン・スウィフトはガリバー旅行記の中で火星の２つの月を想像した。１世紀後にフォボスとダイモスが発見された。それらは火星に捕らえられた直径数マイルの小惑星である。
  • 1877年：ジョバンニ・シアパレリィは、火星上の'Canali'を発表。Canaliとはイタリア語でチャネルや溝を意味する。
  • 1895年：パーシバル・ロ－ウェルは、高度の知的住人による火星上の沢山の運河の地図を作成した。
  • 1898年：Ｈ・Ｇ・ウエルズは「宇宙戦争」によって技術的に進んだ火星人による地球侵略を描いた。
  • 1938年：オーソン・ウエルズは、ラジオでこの宇宙戦争番組を放送した。
  • 1960年代末～70年代初：Mariner宇宙船が火星の写真を地球に送信。
  • 1976年：Viking計画により、厳寒、乾燥で現在のみならず生命の明らかな痕跡すら存在しないことが判明。
  • 1996年：火星からの隕石ALH84001によって、初めて地球外惑星に生命にとって好ましい条件を示すサンプルが得られた。

>Top 3. Meteorite from Mars:

  • was found in Allan Hills of Antarctica in 1984, named "ALH84001"
    This rock is Ortho-pyroxene. The small cube is 1 cm long. (NASA photo)
  • measured about 6 inches long by 3 inches high and weighed in 4 lbs.
  • found on Dec. 27, 1984 by a 7 person team of US including geologist Roberta Score on her first trip to "the ice."
  • cost less than $1 million
  • ALH84001 was formed on Mars about 4.5 billion years ago within a mass of volcanic material that slowly cooled and solidified. This is ortho-pyroxene, a silicate rock: (Mg, Fe)SiO3
  • About 500 million years after the rock hardened (4 billion years ago), an object collided Mars near the end of an era of intense bombardment stuck this rock and melted part of its material once again.
  • Just 15 million years ago, another impact blasted the rock loose from Mars.
  • After spending nearly 15 million years orbiting the sun, the rock collided with earth about 13,000 years ago.
  • >Top Measuring the numbers of nuclei made by cosmic rays and the numbers of their decay products, we can determine how long the object traveled through interplanetary space and how long ago that journey ended. ALH84001 passed about 15M years in the rain of cosmic rays, followed by 13,000 year of essentially zero cosmic-ray bombardment.
  • In 1993, after 9 years after its discovery, 11 meteorites including ALH84001 recognized a Mars rock.
  • >Top The ratio of Oxygen-18 to Oxygen-16 nuclei is different to the ratio in Earth's atmosphere but identical to the Martian number.

3. 火星からの隕石:

  • 1984年に南極のAllan Hillsにて発見され、"ALH84001"と命名された。この岩石は斜方輝石である。右下の立方体は長さ1cm(NASA写真)
  • 大きさは、横15cm、高さ8cm、重さは1.8kg
  • 1984年12月27日に、地質学者Roberta Scoreを含む７名の米国チームが発見。彼女は氷原への初めての旅行だった。
  • 採集費用は$100万以下。
  • 隕石ALH84001は、火星で45億年前に火山岩体の中で生成され、ゆっくり冷却、固化した斜方輝石というケイ酸質の岩石(Mg, Fe)SiO3である。
  • 岩石固化後、およそ５億年後（今から40億年前）に、初期の隕石大量落下時代の終わり頃に別の物体がこの岩石に衝突し、岩石の一部を融解した。
  • 1,500万年前に別の隕石落下によってこの岩石が火星から飛び出した。
  • その後訳1,500万年間太陽の回りを周回した後、この岩石は約13,000年前に地球と衝突した。
  • 宇宙線による原子核数とその原子崩壊による生成元素数の測定によって、この物体が惑星間をどの位の期間周回し、そしたそれが終了したのかがわかる。この隕石は1,500万年間宇宙線を浴び続け、その後13,000年間だけは宇宙線を浴びていないことが判明した。
  • 1993年、隕石発見から9年後、ALH84001を含む11個の隕石が火星起源であることが発見された。
  • 酸素18と酸素16の同位体元素の比率は、地球大気の比率と異なり、火星の比率と一致したことによる。

>Top 4. Meteoritic Impact:

  • Meteor Crater in Arizona (a mile across): it struck the Earth about 50,000 years ago, which did nothing to affect Neanderthal ancestor. This object was only size of a bungalow, weighed a mere 20,000 tons.
  • Imagine an impact from a meteoroid the size of San Francisco.
    • If it happened to strike in the seas, it would thrust miles of ocean water out of its path at hypersonic speed. During the minutes that the atmosphere and seas would take to refill the area emptied by the object, an enormous amount of fine grit and dust would be carried to hundreds of miles.
    • larger particles would envelop the Earth in seething swarms of hot pebbles which could set the world's forests on fire.
    • The smaller particles would spread all around the world, coating the atmosphere with black soot, floating for months or even years like an oil slick on ocean water.
    • The darkening in turn would wreak havoc with the lives of almost all living creatures.
  • 65M years ago:
    An asteroid ten miles or so struck Chicxulub Yucatan Peninsula in Mexico. The fossil record demonstrates that this epoch coincided with a mass extinction, including all species of dinosaurs which had stood atop the food chain for more than 100M years.

4. 隕石落下のインパクト:

  • アリゾナの隕石孔（直径1.6km)は約50,000年前に地球に落下したが、ネアンデルタール人には影響与えなかった。この隕石のサイズは山小屋程度で重さはわずか20,000トン程度だった。
  • サンフランシスコ市程度のサイズの小惑星が落下するインパクトを想定してみよう。
    • もし海に落下するとすれば、超音速でその経路に沿って海水を何マイルにも亘って押しのけることになる。その物体によって空にさせられた地域を空気と海水が埋める数分間の間、猛烈な量の砂塵が何百マイルも巻き上げられる。
    • 大きな破片は、灼熱の岩石となって巻上がって地球を覆い、地球上の至る所で森林火災を引き起こす。
    • 小さな粒子は地球上に広がり、大気を黒い煤煙で覆い、何ヶ月もあるいは何年も、大洋の石油流出の油膜のように漂う。
    • 暗闇の状態はほとんどすべての生物にとって破滅的な状況となる。
  • 6,500万年前：
    直径1.6km程度の小惑星がメキシコのユカタン半島チクシュルーブに落下した。化石の記録によればこの時期は大量絶滅の時期と一致している。１億年以上も食物連鎖の頂点にいたすべての恐竜もこの時期に絶滅したのだ。

>Top 5. The importance of DNA:

  • If we hope to speculate about life on another planet, we must begin by examining the one form of life that we know.
  • All life on earth depend on a long-chain molecule called DNA (DeoxyriboNucleic Acid)
    • DNA consist of two spiral, woven around each other and joined by cross-linking molecules called 'nucleotide'. The sequence of nucleotides appear in DNA specifies how an organism behaves.
    • To make the two strands link together properly, the nucleotide Adenine can pair only with Thymine, while Guanine can pair only with Cytosine.
    • When cells reproduce, every DNA splits lengthwise, creating two individual spirals. Each of the spirals can reconstitute its missing partner from raw materials floating within the cell. (replication)
    • During the process of DNA replication, small change can occur (mutations) both at random and as the result of outside influences (radioactivity or certain toxic chemicals)
    • The process of evolution rests on the competition for reproductive success.
  • The order of all the cross-linking pairs in DNA provides the organism's genome: "book of life", the story of how any individual organism grows and functions, which specify a particular amino acid from the set of 20.
    • Nature billions years ago evolved the genetic code (sequence of 3 nucleotides (codon); 64 permutations), which specify particular amino acid. To describe a protein requires 100 - 500 genetic code.

5. DNAの重要性:

  • もし、我々が他の惑星に生命がいることを想定するとすれば、まず我々の知っている生命の一つの形態について調査することから始める必要がある。
  • すべての地球上の生命はDNA (デオキシリボ核酸)の長い鎖に依存している。
    • DNAは二重らせんの相互に絡み合い、核酸と呼ばれるタンパク質によって架橋結合されている。
    • 二重の撚りを正しく行うために核酸のアデニン(A)はチミン(T)と、グアニン(G)はシトシン(C)とのみ対を作る。
    • 細胞が再生する時、DNAは縦にほどけて、２つの独立のらせんを作る。それぞれのらせんは細胞内の原料から対の相手を見出して再生する(複製)
    • DNAの複製プロセスを通じて、わずかな変化がランダムあるいは外部の影響の結果 (放射線や有害化学物質)によって生じる。(突然変異)
    • 進化のプロセスは再生による成功という競争の結果生じる。
  • DNAの架橋対の順番は、有機体のゲノムとなる。これはいわば「生命の本」であって、有機個体にとってどのように成長し機能するか、20種の内のどの特定のアミノ酸を指定するのかのストーリが書かれている。
    • 自然は何十億年をかけて遺伝暗号(３つの核酸の順列(コドン)で64通り)で特定のアミノ酸を指定する。タンパク質を表現するのには100～500の遺伝情報が必要となる。

>Top 6. The Origin of Life:

  • RNA(RiboNucleic Acid); resembles single strands of DNA, copy the genetic information in DNA and assist in making proteins.(translation)
    • messenger RNA (mRNA): carries genetic information to ribosomes, the site of protein stythesis. (transcription)
    • transfer RNA (tRNA); carries amino acids to the ribosomes.
    • ribosomal RNA (rRNA): found in the cell's ribosomes.
  • Evolutional distance: the distances between different organisms based on the similarities of DNA and RNA:
  • Three domains of Earth Life; All earth life is classified into:
    • <Bacteria>
      Prokaryote       ("before nucleus"): single cell without well-defined nucleus. (bacteria and cynobacteria)
      Bacteria have been the dominant and most successful life form more than 3 billion years.
    • <Eucarya>
      Eukaryote       ("good nucleus"): single or multicellular with well-defined nuclei like animals, plants, fungi, slime molds and a host of single-celled organisms.
    • >Top <Archaea>
      Archaea-bacteria       ("ancient bacteria"): lack a well-defined nucleus in each cell, but are different from prokaryotes in RNA sequences. (Third distinct "sumperkingdom" of life. (metanobacterium)
  • Surprising conclusion: Eukaryotes are at least as closely related to the Archaea as they are to bacteria! Far from having evolved from prokaryotes.
    • 1996; the Institute for Genomic Research in Rockville, Maryland clarified 1,738 genes of one of the Archaea (Methanococcus jannschii, "M.j."
    • More than 1,000 are unlike any genes in prokaryotes or eukaryotes. The remaining genes show indeed has closer genetic resemblance to eukaryotes than to prokaryotes.
    • M.j. is thermophilic (50-90 degrees C) and high pressure (200 atm) , living near deep-sea vents called white smokers. M.j.cannot stand oxygen, but requires carbon dioxide, nitrogen and hydrogen, all of which spew from the white smokers.
    • M.j. draws its energy supply form chemical reactions between hydrogen and carbon dioxide. M.j.produces methane as a by-product of its metabolism.
      (Making natural gas by using Archaea!)
    • Early Earth (the first 0.5 - 1 billion years): The existence of Archaea shows that deep-sea vents can easily provide the raw materials for life. Sunlight should be regarded as a highly useful, but not essential, source of energy.

６．生命の起源:

  • RNA(RiboNucleic Acid、リボ核酸)はDNAの一本のより糸に似ていて、DNAにある遺伝情報をコピーしてタンパク質の合成を助ける。(翻訳)
    • 伝令RNA (mRNA)：遺伝情報を、タンパク質が合成される場所であるリボソームへ運搬 (転写)
    • 転移RNA (tRNA)
      アミノ酸をリボソームへ運搬
    • リボゾームRNA (rRNA)
      細胞内にリボソームの構成要素
  • 進化の距離：DNAやRNAの同一の度合いに基づく生物種間の進化上の距離
  • 地球上生命の３種の王国：全ての地球上の生命を以下に分類される。
    • ＜バクテリア界＞
      原核生物      ：単細胞で明確な核がない。（原核菌類・藍藻）
      バクテリアは30億年以上も生存しこの地球上で支配的かつ最も成功した生命
    • ＜真核生物界＞
      真核生物      ：明確な核をもつ単細胞または多細胞で、動物、植物、真菌類、粘菌、単細胞の宿主
    • ＜アキーア＞
      アーキア or 古バクテリア類 (古細菌)      ：明確な核はないが、RNA配列が原核生物とは異なる。(生命の３番目の界)(メタン細菌など)
  • 驚くべき結論: 真核生物は、アーキアとの関連度では、少なくとも原核生物と同程度の関連度であることが判明。
    • 1996年：米国メリーランド州Rockvilleにある遺伝子研究機関は、アーキアの1,738の遺伝子を解明し、Methanococcus jannschii 略してM.j. と命名。
    • このM.j.の遺伝子の内、1,000以上は原核生物とも真核生物とも異なる。残りの遺伝子は原核生物よりも真核生物と似ている。
    • M.j.は高温(50-90°C)、高圧(200気圧）の環境を好み、深海の白煙筒と呼ばれる排気孔近くに生息している。M.j.は嫌気性で二酸化炭素、窒素、水素を必要とする。（これらは白煙筒から排出）
    • M.j.は水素と二酸化炭素の化学反応から得られるエネルギーを利用し、代謝の副産物としてメタンを発生。
    • 初期地球（5-10億年）
      アーキアの存在は深海の排気孔が生命の原料を提供していたことを示す。太陽光はエネルギー源として極めて有用と見なされてきたが、必ずしも必須ではなくなった。

>Top 7. Ｗhen did life begin on Earth?:

  • Early life has 'polluted' the atmosphere with large amounts of oxygen, produced by hosts of blue-green bacteria floating in the oceans, occurred about 2 billion years ago, eliminated most types of anaerobic bacteria, though some have found refuge - in our stomach)
  • >Top Oldest rocks:
    • 4.5 B years old: meteorites
      (including ALH84001 rock from Mars)
    • 4.2 B years: the oldest rocks found on the moon
    • 4.0-3.8 B years: the era of intense bombardment: mountain-sized chunks of cosmic debris (planetesimals) struck the Earth every few centuries.
    • 3.8 B years: the oldest rocks found on Earth from Isua formation in Greenland.
    • 3.5 B years: the oldest certified fossils of Earth life, found in rocks in Western Australia. This organism had many cells, implying that life on earth originated well over 3.5 B years ago.
  • During 700 million years on the primitive Earth
    (4.5 B - 3.8 B years), the impacts transferred life-bearing rocks from Earth to Mars, from Mars to earth, or from another planet might well have occurred hundreds or even thousands of times. Earth may well have received early Martian life, it it existed, and Mars should have received life-bearing rocks from earth.
  • The early Earth was like today's mid-Atlantic ridge, where volcanic material seeps upward from below. Every 'hot spot' in the ocean floor could have been a site where life originated, rather than within 'some warm little pond,' as Charles Darwin imagines.
  • The Miller-Urey Experiment (1953): built a closed system consisting of two flask: they filled the lower flask with water (to model the ocean), and above the water injected methane, ammonia, hydrogen, and water vapor (Earth's primitive atmosphere)
    • This experiment reproduced the cycle of evaporation and rainfall on Earth, with an energy input to the mixture during its gaseous phase.
    • What did it produce? Amino acids, the building blocks of Earth life.
    • None of which contains more than 11 carbon or 15 hydrogen, or 4 oxygen or nitrogen atoms.
    • But failed to yield any protein molecules.
  • Amino acids in meteorites:
    On Sept 28, 1969, a meteorite (carbonaceous chondrites) discovered in Murchison, Australia revealed the presence of 74 type of amino acids.
  • >Top Optical Isomerism:
    Most types of amino acids can appear in one of two varieties, mirror image of each other. Life on earth has chosen the left-handed varieties.
    In contrast, nonbiological processes should produce equal number of left- and right-handed molecules, as we find in the Murchison meteorites.

7. 生命は地球上でいつ始まったか:

  • 初期の生命は大洋に浮遊する藍藻バクテリアによって大気を大量の酸素で「汚染」したのが20億年前である。その結果多くの嫌気性バクテリアは駆逐され、その一部は我々の胃の中などに逃避した。
  • 最古の岩石：
    • 45億年前：隕石(火星起源の隕石ALH84001を含む)
    • 42億年前：月面上の最古の岩石
    • 40-38億年前：隕石集中衝突時代。山のサイズの小天体小惑星）が数百年毎に衝突。
    • 38億年前：グリーンランドのIsua層から地上最古の岩石発見
    • 35億年前：西豪州で化石を含む地上最古の岩石発見。これは多細胞生物であり、地球上の生命の誕生は、35億年より相当前であることが判明。
  • 45-38億年前の７億年間に、生命を宿す小天体の衝突は地球から火星へ、火星から地球へ、あるいは他の惑星からと数百年あるいは数千年単位で起こった。地球には初期の火星生命を受け取り、逆に火星は地球生命を含む岩石を受け取ったかも知れない。
  • 初期の地球は今日の大西洋中央海嶺のような火山物質が地下から噴出していた。C.ダーウインが想像したように暖かな浅い池のような場所ではなく、大洋底のホットスポットこそが生命の発生した場所であった可能性が高い。
  • ミラー・ユーレイは、1953年に、２つのフラスコからなる閉鎖システムの実験を行った。下のフラスコには大洋モデルとしての水を入れ、上のフラスコには地球の初期大気モデルであるメタン、アンモニア、水素、水蒸気を封入した水を入れた。
    • この実験では、地上の蒸発と降雨の循環を再現し、ガス状の混合物にはエネルギーを注入した。
    • そして、地球生命の構成部品であるアミノ酸が生成されたのである。
    • 但し、11個の炭素、15個の水素、４個の酸素および窒素ガスは含まれなかった。
  • 隕石中のアミノ酸：
    1969年9月28日に隕石(炭素コンドライト)が豪州Murchisonで発見されあ、74種類のアミノ酸が発見された。
  • 光学異性体:
    ほとんどのアミノ酸は互いに鏡像関係にある２つの光学異性体の内どちらかを示す。地球上の生命は左旋性の異性体を採用した。従って、上記の隕石中のアミノ酸が、もし左旋性と右旋性の分子が等量発見されるとすれば、それは生物起源ではないことを示す。

>Top 8. Panspermia - Cosmic seeding:

  • Svante Arrhnius, Swedish chemist in 1903:
    Life, encapsulated in spores, could travel through interplanetary and even interstellar space, to find a hospitable environment.
  • Any good-sized meteoroid could easily protect life in its interior from ultraviolet radiation or cosmic rays.
  • The average meteoroid took millions of years to travel from planet to planet, as ALH84001 did. In that case dormant organisms inside them could survive the effects of even inner radiation.
  • >Top <Directed panspermia>:
    Extraterrestrial societies might have chosen deliberately to 'infect' other planets with their form of life. Traveling at modest velocities, the spaceship with a ton of microorganisms could infect most of the planets in the Milky Way within a few hundred million years.
  • <Cosmic zoo>:
    Earth life may be the result of another civilization's biological experiment.
  • <Cosmic fingerprint>:
    • all Earth life have the same genetic code.
    • many organism on Earth require not only C, H, O, N, but also atoms much rarer on Earth such as Cr, Ni and Mo.

8. パンスペルミア－胚種広布説:

  • スウェーデンの化学者S. Arrhniusは1903年に、胞子状の生命は、惑星間あるいは恒星間ですら住みやすい環境を求めて旅をすることが可能であるとした。
  • 平均的な隕石の大きさであれば、紫外線や宇宙線から内部の生命を保護することは容易である。
  • 隕石は、ALH84001のように、平均数百万年をかけて惑星間を移動する。このような場合、隕石内部の休眠状態の生命は、内部被爆からも生き延びることができる。
  • ＜直接のパンスペルア＞
    地球外文明は、計画的に他の惑星に自らの生命の形を移植するかも知れない。通常のスピードで移動するとすれば、１トンの微生物でもって銀河系のほとんどの惑星を数億年の内に移植することができよう。
  • ＜宇宙動物園＞
    地球生命は、他の文明の生物実験の結果かも知れない。
  • ＜宇宙の指紋＞
    • すべての地球生命はおなじ遺伝暗号を持っている。
    • 地球の多くの生命は、炭素、水素、酸素、窒素のみならず地球上にはずっと稀な原子であるクロム、ニッケル、モリブデンを必要としている。

>Top 9. Can life exist on Mars now?:

  • Smaller size: 54% of Earth's diameter and 11% of Earth mass.
    • Gravitational force: 40% of earth.
    • Distance from Sun: Mars receives less than half of the radiant solar energy.
  • Atmospheric pressure on Mars: 6 milibars (0.6% of Earth). Any ice whose temperature rises above 0 Celsius promptly sublimates into water vapor, and any water vapor that cools below the freezing point will condense directly into solid ice.
  • No water no life?:
    We can imagine another substance like ammonia or methyl alcohol plays the role of a solvent for life.
    • Possibility of permafrost (like Siberian tundra) may contain colonies of bacteria.
  • Martian volcanoes: dormant or extinct. Mars's surface once cracked and moaned with volcanic activity that released H2, CO, CO2, N2 gases.
  • Billion of years ago Mars should have had a thick atmosphere of CO2 and water vapor; water could have existed as a liquid within 0-21 degrees C.
    If the Martian atmosphere contained 100 times of CO2 than now, it would have risen to 60% of pressure on Earth, extending the temperature range for liquid water to span 0 -85 degrees C.
    • Primitive Mars was not only wetter, but warmer as well by greenhouse effect: 15-20C at noontime and -70C by midnight on the Martian equator.
  • 3-4 billion years ago: the atmospheric pressure decreased, so did greenhouse effect, so lost liquid water, so lost relatively warm night. This change took no longer than a few hundred million years.
  • We can envision forms of life beneath the polar caps, or in subterranean caverns heated by volcanic activity.

9. 火星には今でも生命は存在するか:

  • 火星は地球に比べ、直径で地球の54%、重量で11%しかない。
    • 重力：地球の40%
    • 太陽からの距離：火星での太陽の輻射エネルギーは半分以下
  • 火星での気圧：6ミリバール（地球の0.6%）氷の温度が0度Ｃ以上になるとすぐ水蒸気に昇華してしまい、また水蒸気が融点以下になると直接氷になる。
  • 水がなければ生命もないか？
    アンモニアやメチルアルコールが生命のための溶媒の役割を演じられると想像される。
    • シベリアのツンドラのような永久凍土でさえバクテリアの群生がある。
  • 火星の火山は休火山または死火山である。火星の表面はかつて裂け目ができ火山活動で水素、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素ガスを噴出した。
  • 数十億年前に、火星は二酸化炭素の厚い大気と水蒸気をもつようになった。水は0-21度Ｃの間で液体として存在した。もし火星の大気が今より100倍の二酸化炭素濃度となると、地球大気の圧力の60%となり、液体の水は0-85度Ｃの間で存在し得る。
    • 初期の火星は、もっと湿気があっただけでなく温室効果でもっと暖かかった。赤道付近で昼間は15-20度Ｃ、夜は-70度Ｃにもなる。
  • 30-40億年前：大気圧が減少するとともに温室効果も減少し、液体の水がなくなり比較的暖かい夜もなくなった。この変化は数億年前以後のことである。
  • 我々は、極冠の下や地下洞窟で火山活動で熱せられた場所に生命がいると予想している。

>Top 10. How different Martian life?:

  • How similar to and different from earth life?
    Do they all have the same means of replication?
    Does that means also rely on a DNA-like molecule that governs the formation and operation of new cells?
    • If it use the same sort of DNA; leading toward the cosmic seeding, or
    • If it employ different chemistry; supporting a new science of comparative biology, or
    • If there is no life; truly disappointing.
  • We must in fact guard against the assumption that extraterrestrial life resembles our own, and ourselves in particular.
    • But extraterrestrial life might turn out to employ a chemistry similar to earth life's, and if such life consists of microorganisms, we are likely to recognize that type of life more readily than the forms that differ far more widely from earth life.

10．火星生命はどれほど異なっているか:

  • 地球上の生命とどれほど似ていて、どれほど異なっているか。同じような再生手段をもっているのか。それは新たな細胞を生成し動かすDNAのような分子に依存しているのだろうか。
    • DNAと同様の方式なら、それは宇宙胚種広布説に通じる。
    • もし別の化学物質を採用しているのであれば、それは新たな比較生物学を必要とする。
    • もし生命が存在しなれれば、それは本当に悲しいことである。
  • 我々は、地球外生命が我々、特に人間に似ているのではという推定に対して本当は警戒している。
    • 他方、地球外生命が地球上生命と同じ化学物質を採用しているかも知れないし、そしてそれらが微生物からなるとしたら、我々は地球上の生命と全く異なる形態をしているより似ている方がずっと容易に生命の形態を認識することができる。

>Top 11. The Viking Life-Detection Experiments:

  • Summer of 1976: Two Viking orbiters (Viking-1 and Viking-2) landed safely on Mars. For two years, Viking landers radioed thousands of pictures from the Martian surface, recording the cycle of days and nights, summers and winters. none of these images showed a single trace of life.
  • What were the three Viking chemical experiments?
    • One looked for the results of any breathing on Mars. (labeled-release)
    • the second aimed to find microorganism in the process of eating. (gas-exchange)
    • and the third sought to roast the corpes of any Martian microbes and to detect their existence by the gases they released. (pyrolytic-release)
  • If chemical reactions can do all this on Mars in the absence of life, how can we ever test another planet for the existence of microbial life with certainty? The Viking experiments show the difficulty of this effort. Even the finest earthbound laboratories cannot yet answer the question of whether or not ancient life existed in the meteorite ALH84001.

11．バイキングによる生命探査実験:

  • 1976年夏：２つのバイキング探査船（バイキング１号、２号）は火星に着陸した。２年以上もバイキング着陸船は火星表面の何千もの写真を地球に送信し、昼夜、夏冬を通して観察した。しかし生命の痕跡は見つからなかった。
  • バイキングの行った３つの化学実験：
    • 火星上に何か呼吸をする生物がいるか。(同位体元素の放出)
    • 何か微生物が食物を採取した痕跡があるか。(ガス交換)
    • 何か火星上の生物の死骸を焼いた後で放出されるガスが検知できるか。(熱分解による放出)
  • もじ火星上で生命の存在なしにこれら全ての化学反応が起こるとすれば、どうしたら火星の微生物の確証を得るテストが行えるのだろうか？バイキングの実験はこの難しさを示している。あの隕石ALH84001の中に存在していたかも知れない古代の生命については、地球上の精緻な実験によっても確証が得られていないからである。

>Top 12. The latest missions to Mars:

  • July 4, 1997: Mars Pathfinder and Sojourner rover
    • "Cheaper, faster, better" (NASA Daniel Goldin's motto)
    • Soft landing with retro-rockets like Vikings;
      far more expensive than deploying a parachute and air bags, carrying miniature laboratories ever manufactured on Earth.
    • NASA's website recorded 40 million hits new photographs sent from Martian surface.
    • Sojourner probed two type of rocks:
      • Basalt: volcanic rock of a type highly common on earth
      • >Top Andesite: this is more significant, because this is produced by plate-tectonic activity.
        Andesite rocks have been melted twice; once when they were spewn from volcanoes and again when plate-tectonic motions put them through a new cycle of melting and volcanic expulsion.
        This seems that Mars had not only active volcanoes in its distant past but also a process similar to the plate tectonics that produced many of the volcanic rocks on Earth.
  • Sept 11, 1997: Mars Global surveyor, employed a new method of orbital transfer, using the Martian atmosphere as "aerobaraking."
    • 3D map of the entire Martian exterior, measured a few meters of error - about as good as any map of earth.
    • measured remnant magnetism on Mars. Even if no magnetic field exists now, a stronger mangetic field in the past should have left behind mangetized rocks.
    • thermal emission spectrometer (TES), revealing the chemical composition of the emitting material; type of rock predominates with resolution of 3 km, possible underground hot springs on Mars.
    • Speculation:
      Life on Mars might have always existed underground, or that life might have migrated downward as the Martian surface grew steadily more hostile.
    • Performed 80% of the failed 1993 Mars Observer's planned tasks (costed $1B) while costing only one quarter as much.
    • Vitiated the notion, inflamed by the loss of Mars Observer, that some sort of demon, physical or psychical, lies in wait to oppose to our exploration of Mars.
  • Failures:
    • Mars Classmate Orbitor (M98CO) failed due to different unit (meter & inch) programs.
    • Mars Polar Lander (M98PL) failed.
    • Russian spacecraft, Mars-96, was launched from Baikonur, but plunged into the Pacific Ocean, drowning $200 million payload.
  • US Mars Surveyor plans scheduled: ( "launch windows" in 2001, 2003 and 2005)
    • Mars Surveyor 2001 Orbitor (MS01O),
    • Mars Surveyor 2003 Lander (MS03L) with rover Sojouner
    • Mars Sample Return (MSR) 2005 (about 1 kg)
  • European Mars Express (ME) plan in 2003.
  • Japanese Planet-B plan in 2002-3
  • Regret:
    The instruments we send to other planets with our finest spacecraft are almost obsolete by the time they arrive. Not only does the journey take a year or more; the spacecraft must be designed, engineered, constructed and thoroughly tested before being delivered for launch.
  • >Top Samples:
    If we can bring samples back to Earth, they never become obsolete. We can draw new information from old rocks. What astrobiologists really want to study are sedimentary rocks; On Earth, these are the fossil-bearing rocks. but sedimentary rocks are too fragile to reach Earth by the impact method.

12．最新の火星探査:

  • 1997年7月4日：Mars PathfinderおよびSojouner探査機
    • ゴルディンNASA局長の標語：
      "安く早くそしてより良く"
    • バイキングのように逆噴射ロケットによる軟着陸の費用よりも、今まで製作された最小型の探査機をパラシュートとエアーバッグを使って着陸する方が遥かに安価。
    • 火星表面から伝送される写真をNASAがWebで公表。アクセス数は４千万。
    • Sejouner探査機は２種類の岩石を発見：
      • 玄武岩: これは地上で通常見られる火山岩
      • 安山岩: これは重要な発見である。プレートテクトニクの活動があることを示すからである。
        安山岩は２回融解した。最初は火山から噴出した時、次にプレートテクトニック運動によって融解と火山噴出のサイクルの時。このことは火星上の太古の昔に火山活動があったというだけではなく、地球上の多様な火山岩を生成したプレートテクトニクスに似たようなプロセスもあったことを想定させる。
  • 1997年9月11日：Mars Global surveyor, 軌道移動の新たな方法として、火星の大気を「空気ブレーキ」をして使う方式を採用。
    • 火星全表面の３Ｄ地図（誤差は数ｍで、地球上の地図の精度）
    • 火星上の残留磁気の測定。現在は磁気はないが、過去の強い磁気があればが隕石中の残留磁化があるはず。
    • 放出熱量測定(TES)：熱放出物心の化学組成を明らかし、3 km程度の精度での主要岩石を解明。また火星地下にあるかもしれない温泉を探査。
    • 想像：
      火星上の生命は地下に存在しているか、または火星表面の生存環境の悪化に伴い地下に避難したかも知れない。
    • この探査船は1993年に失敗したMars Observerの予定任務（費用10億ドル）の80%を1/4の費用で達成。
    • Mars Observerの失敗によって、火星には物理的・精神的なものが、我々の探査を阻んでいるのだという主張をこの探査で払拭した。
  • 失敗：
    • Mars Classmate Orbitor (M98CO)は、プログラムの単位系（メートルとインチ）の相違により失敗。
    • Mars Polar Lander (M98PL)も失敗。
    • ロシアの宇宙船Mars-96はバイコヌール基地から打ち上げられたが、太平洋に落下し、２億ドルの機材が水泡に。
  • 米国Mars Surveyor今後の計画：
    • Mars Surveyor 2001 Orbitor (MS01O)
    • Mars Surveyor 2003 Lander (MS03L) 探査機Sojouner搭載
    • Mars Sample Return (MSR) 2005
  • 欧州 Mars Express (ME) 計画2003年
  • 日本 Planet-B計画2002-3年
  • 残念なこと：
    最新の宇宙船に搭載した機器であっても他の惑星に到着するまでに陳腐化してしまう。惑星間旅行に１年以上かかるだけでなく、宇宙船は打ち上げ前に設計、製作そして完璧なテストをしなければならないからである。
  • サンプル：
    もし惑星のサンプルを地球に持参できれば、そのサンプルは決して陳腐化しない。古い岩石からでも新たな情報を入手できる。宇宙生物学者が真に望んでいるのは堆積岩である。地球上では堆積岩には化石を含んでいるからである。但し、堆積岩が隕石衝突の結果、地球に到達するには壊れやすい。

>Top 13. Astrogeologist and Terraforming of Mars:

  • Chris McKay, an astrogeologist, joined NASA to study the relationship between the evolution of the solar system and the origin of life.
    • Europa (second large satellite of Jupiter, Jo) has an icy surface, photographed in 1996 by Galileo spacecraft (GS).
    • Every crack and crevice in the ancient rocks on Mars should preserve their evidence of life, if it exits.
  • Two broad concepts of Terraforming:
    • Making Mars's atmosphere much thicker, but still mainly carbon dioxide; warming Mars up until the polar caps sublimated carbon dioxide in the atmosphere, producing a significant green-house effect, allowing liquid water to exist, keeping Martian surface several tens of degrees warmer than now.
      (This step would require a few decades.)
    • To get oxygen into the atmosphere, we need self-replicating machines called plants - algaelike plants.
      (Step two would require a hundred thousand years.)

13．宇宙地質学者と火星の地球化計画:

  • 宇宙地質学者のChris Mckayは、太陽系の進化と生命の起源の関係について研究するためにNASAに入った。
    • エウロパ(木星の第二衛星、Jo)は1996年のGalileo spacecraftの写真撮影によれば氷の表面をもつ。
    • 火星上に生命があるとすれば、古い岩石の割れ目、裂け目に存在している可能性がある。
  • 地球化計画の２段階：
    • 当面は二酸化炭素中心だが、まず火星の大気濃度を上昇させる。まず極地のキャップを暖めて二酸化炭素を大気中に昇華させ、温室効果を起こさせ、液体の水が存在できるようにし、火星表面を現在より数十度上昇させる。(この段階に数十年かかる。)
    • 大気中に酸素濃度を増加させる。それには藻のような植物による自己再生が必要 (この第２段階には数十万年かかる。)

>Top 14. Reasonable skepticism:

  • Whatever comes of the missions to Mars and the further analysis of ALH84001 and other meteorites, we may remain confident that the debates over how to hunt for life on Mars, and what to make of the results from that hunt, will continue.
  • Stanford's Richard Zare remarks:
    "When you cease being skeptical, you cease doing science and become a believer."

14．理由のある懐疑主義：

  • 火星探査ミッションや隕石ALH84001などの結果のどのようになろうとも、火星の生命をどうやって探査するか、そしてその探査結果を解釈するかについての議論がずっと続くことは確かである。
  • スタンフォード大のRichard Zare曰く、
    「もし懐疑的になることをやめてしまえば科学をやめることになり、単に信じるだけになってしまう。」
Comment

>Top Carl Sagan writes in his book 'Cosmos':

  • The melting surface and subsurface ice would be transported by a great canal network. But his is precisely what Percival Lowell, not a hundred years ago, mistakenly proposed was in fact happen on Mars.
    If only a network of canals existed, the lack would be remedied, the habitability of Mars would become plausible.
  • Others, like Schiaparelli, had already observed something like the canals (called canali). Human beings have a demonstrated talent for self-deception when their emotions are stirred, and there are few notions more stirring than the idea of a neighboring planet inhabited by intelligent beings.
  • The power of Lowell's idea may, just possibly, make it a kind of premonition. His canal network was build by Martians. even this may be an accurate prophecy: If the planet ever is terraformed, it will be done by human beings whose permanent residence and planetary affiliation is Mars. The Martians will be us.

カール・セーガンは「コスモス」の中で書いている。

  • 『地上および地下の融けた氷を大規模な運河ネットワークで移動させる。これはパーシバル・ローウェルが火星で行われていることであるとの誤って発表そのものであり、百年も経過していない。もし運河のネットワークが存在すれば水不足は解消され、火星に生命が棲める可能性が高くなる。
  • 他にも、シアパレリィのように運河にようなものを観察している。人類は、感情が高ぶるときは、自分を欺いてしまうような能力を示すことはよくあるが、隣の惑星に知的生命が棲んでいるという考えほど人を動かすものは少ない。
  • ローウェルの考えの源泉はおそらく予感の一種であったろう。彼の運河ネットワークは火星人によって作られた。例えこれが、正確な予言ではないとしても、もし火星が地球化されることがあるとすれば、永住される惑星の植民地にするのは地球の人類である。火星人とは我々のこととなる。』

 

 
>Top 15. SOME PROPERTIES OF THE EARTH AND MARS

ITEM

EARTH

MARS

Ratio (Earth=1)
Distance from the sun (10^8 km) 1.496 2.279 1.52
Radiant heat 1.00 0.43
Mass (kg) 6.0 x 10^24 6.4 x 10^23 0.107
Volume 1.000 0.151
Radius, equator (km) 6,378 3,397 0.53
Density (g/cm^3) 5.52 3.93 0.71
Surface Gravity 1.00 0.38
Escape Speed (km/s) 11.2 5.0 0.45
Orbital period (years) 1.00 1.88
Rotation period (days) 0.997 1.026 1.03
Surface temp. (K) 290 180-270
Surface pressure 1.0 0.007
Primary atmosphere N2 75% CO2 95.3%
Inclination to axis (degree) 23.4　 25.2 1.08

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