ドキュメント鑑賞☆自然信仰を取り戻せ!

テレビでドキュメントを見るのが好き!
1回見ただけでは忘れてしまいそうなので、ここにメモします。
地球環境を改善し、自然に感謝する心を皆で共有してゆきたいです。
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Known Univerce 宇宙で宝探し Treasure Hunt


マンハッタン島ほどの長さの小惑星が北アメリカへの衝突コースを進んでいる。
もし地球にぶつかれば、広島の原爆100億個分の破壊力があるだろう。
しかし地球を破壊する恐れはなく、むしろ1兆ドルを超える宝をもたらしてくれるかもしれないのだ。
宝は様々な形、大きさを持ち、そして何より様々な価値がある。
銀河をまたにかけた宝探しの最初の行く先は地球。

カナダ、オンタリオ州の小さな町にあるサドベリー隕石孔(Sudbury Astrobleme)
過去1世紀で1兆ドルを超える価値の金属が採掘されてきた。
銅やニッケルがここで採れる主な鉱物だが、プラチナや金も産出する。
主な産出物ニッケルの売上高は、年に20億ドル。
しかもここで採れるニッケルには、金などの価値の高い金属が混じっているため、サドベリーは神秘的でかつ収益性の高い場所となっている。
John Spray(Planetary Scientist,University of New Brunswick)「一般的な鉱山では、通常1種類の鉱物しか産出できない。
サドベリーは何種類もの金属が採れる。
こんなに多彩な産出物を持つのは地球上で2カ所だけ。
銅の鉱石、銅は家の配線などに使用されている。
パラジウムとプラチナも含んでいる。
プラチナは自動車の触媒コンバータなどにも使われる。
そしてさらに金、経済的価値は莫大。」

サドベリーの豊富な鉱脈の中で金は決して多いほうではないが、それでも現在の価格で数億ドルにもなる。
しかも金の用途はコインや宝飾品だけではない。
金は電気を伝導し、光を反射し加工しやすい。
理想的な宝物。
しかし歴史の中で、人は金が珍しものだと気付いた。
1年のうちに世界中で採れる金を1カ所に全部集めても、アメリカの一般家庭のリビングルーム程度。
そして有史以降に取り出された金を全部合わせたとしてもワシントン記念塔の3分の1にしかならない。

なぜこれほど少ないのだろうか?
金を見つけるのが難しいのは他の金属と違い、化合物を作らないから。
他の金属は地表近くにあるのに対し、金は地球の重力を強く受け、ほとんどが地球の中心部に引っ張られてしまう。
しかしサドベリーでは昔から金が他の金属と混ざり合っているのが見つかっている。
それこそがここが他とは違う証拠。
「サドベリー隕石孔はどのようにして形成されたのだろうか?
これはシャッターコーン、ダイナマイトや核爆弾でもこうはならない。
こういった円錐形の割れ目が形成されるのは、小惑星が超高速で衝突した時だけ。」

小惑星の衝突という事実は衝撃的な展開を迎えた。
これが普通の小惑星ではないことを科学者が発見したのだ。
「サドベリー地域に衝突した小惑星は地球に衝突した中で2番目に大きなものだった。
大量絶滅を引き起こすレベルだ。」
18億5千万年前に北アメリカに衝突した巨大な小惑星、これがサドベリーの大きな宝箱を作ったのだ。
衝突の瞬間、160kmほどの幅があるすり鉢状のクレーターが形成された。
クレーターの底では溶岩と液体金属がまじりあい、火山から噴火する溶岩の2倍以上の厚さになった。
この地獄のような場所の中で、銅、ニッケル、そして金を含む価値のある要素が底に沈んでゆき、地殻の奥深くに豊かな鉱脈を作り上げていった。
そして地表では溶けた溶岩が冷え、硬い地層が鉱脈を覆っていった。
こうやってできた隠れた宝は発見されるのを待っているのだ。

エアキャノンと金属のボール、氷の塊で実験。
Mike Massimino,PHD(Mechanical Engineer & Astronaut)「サドベリーの宝の山は偶然の賜物ではない。
存在する理由がある。
この砲弾でその理由をお見せしよう。
砲弾が小惑星で、氷の塊がサドベリーの地表、これからドカーンと砲弾を撃ち込む。」

Steve Jacobs(Chief Scientist Labs)「小惑星が地球に向かっている時は、ものすごい運動エネルギー、それがぶつかるとエネルギーはどこへ行く?地球の中心だ。」
このようなエネルギーが地球にぶつかった場合、クレーターの発見はとても簡単。
しかしその周辺では人間が気付かないようなことも同時に発生している。
3.2.1 発射!

「たくさんのエネルギーの伝達が氷を吹き飛ばした。
逆さまのクレーターになった。何が残ってる?」
Massimino「割れ目ができてる。
氷の中にも亀裂が入っている。」
この網状の割れ目に宝が隠されているのだ。
Jacobs「染料を溶けた鉱物の代わりにしよう。
赤く染まった場所が鉱脈に相当する部分だ。」
表面だけでなく、内部の割れ目にも入り込んでいる。

貴金属は元々どこから来たのだろう?
多くの人は銀河系を飛ぶ宝船、つまり小惑星内部に含まれていたと考えている。
サドベリーの地盤や岩を調べると、金属は小惑星からもたらされたのではないことが分かる。
もっと巨大なものから来たのだ。
一般的に金属の極小の原子は岩全体に散らばっている。
しかしサドベリーでは違う。
じっくりと岩を調べても金属は見つからない。
地底に沈んでいるからだ。
つまり小惑星の衝突前、金やそのほかの金属の原子は小さく、鉱山のあちこちに散らばっていた。
しかし衝突の瞬間、衝撃によって溶け出した。
金の原子が結合し、豊かな鉱脈を形成した。

金やそのほかの金属が堆積する様子は地球でも最も複雑な過程の1つ。
それでもある宝に比べれば、それはものの数ではない。
金以上に人の心を捉えて離さない宝ダイヤモンドだ。
Sigrid Close(Aerospace Engineer Stanford University)「ダイヤモンドは炭素やグラファイトが高圧かつ高温にさらされた時に形成される。
どちらか片方かけても結合は壊れずダイヤモンドにはならない。」
今までに発掘された世界最大のダイヤモンドはカリナンと呼ばれている。
3106.75カラット、その価格は4億ドル以上と見積もられている。
ダイヤモンドは非常に価値が高く、探し出すのも困難。なぜ?
地表からおよそ160kmも深い過酷な環境でないとダイヤモンドは作られないからだ。
マントルの奥深く、高熱が金属を溶かし、1屬△燭70300キロもの高圧がかかる場所、まるで地獄のようだが炭素の原子が結晶化し、ダイヤモンドに変わるには最高の環境。
結晶化したダイヤモンドは高温のマグマが爆発することにより、超音速で押し上げられる。
これによりできた円錐岩の構造はキンバーライトパイプと呼ばれ、地表近くにまで届いている。
そしてダイヤモンドは岩の下で急激に冷やされる。
しかしどうやって地球の奥底で炭素がダイヤモンドに変わるのか?
David Kaplan(Theoretical Physicist Johns Hopkins University)「ダイヤモンドは人類が知る限りもっとも硬い物質。
炭素原子が結晶格子状に配置した構造で、この構造はとても固く、普通は壊せない。
非常に高圧の中でできたわけだから。」

圧力は信じられないようなことを成し遂げる。
それを証明するため、Andy Howell(Astronomer,Las Cumbres Observatory)が圧力を利用して液体を固体に変え、究極の歩行実験を見せてくれる。
「2トンのコーンスターチをドロドロにし、容器の中にいれた。
足の圧力でコーンスターチは固体になり、水の上を歩けるのか?」
Steve Jacobs「ニュートンの学説によると、水など一般的な液体に圧力をかけても水面全体に拡散してしまう。
つまり私が水に軽く圧力をかけても容器に入った水面全体に拡散してしまう。」
だからこそ人が水の上を歩くのは不可能に等しい。
液体である以上、力の強さは関係ない。
「だけどコーンスターチと水を混ぜれば、非ニュートン性流体に変わる。
これなら圧力をかけても分散するスピードはそれほど速くない。
この現象の理由は、コーンスターチの原子が長くつながった構造を持つことによる。
圧力をかけるとこの構造がからまり、ほどけるまでの短い間、液体が個体に変わる。
炭素がダイヤモンドに変わるのと同様、圧力は分子レベルで構造を変えるのだ。
つまり急いで歩けばこの上を歩ける?
ボールを強く投げつけるとバウンドするが・・・

「今90kgの体が圧力を加え、分子の構造を変えている。
自然界では多くの場所で圧力により分子構造が変化しているのだ。」
信じがたいことだが、脚の打撃を受けるコーンスターチとマントルの中で70300キロもの高圧を受ける炭素は同じような影響を受けている。
この圧力は継続的に与えないとダイヤモンドは作られないし、Andyも沈むことになる。
これは逆にも作用するのだろうか?
圧力で個体を液体にすることも可能だろうか?
Jon Eggert(Physicist,Lawrence Livermore National Laboratory)はそれが可能だと知っている。
強烈な圧力をかけることにより、人類が大切にする宝も液体にできるのだ。
「ダイヤモンドを液体にするのは決して簡単なことではない。
なぜなら大気中で圧力をかければ燃えてしまうし、真空中で行えば、グラファイトに変化してしまう。
ダイヤモンドを溶かすには、15000気圧くらいが必要。」
研究所の中では海面での大気圧の4000万倍以上もの高圧を作り出すことができる。
さらにレーザーを使い温度も上げてゆく。
「3キロジュールのエネルギーをかけている。
これは家庭用冷蔵庫を屋根から投げたのと同じくらい。
これにより、とてつもない高圧をダイヤモンドにかけることができる。
実験の際に起こった驚くべきことは、液体の上にダイヤモンドが浮いていること。」
新たに液化したダイヤモンドの上に、固体のダイヤモンドが浮いていることに気付いた時、Eggertは考えた。
このような極限の状態は研究所以外ならどこにあるだろうかと。

「太陽系のどこかでダイヤモンドが溶けるような条件の場所を見つけられるだろうか。
非常に高圧で高温、そして炭素の多い場所だ。
実は海王星の外殻がよく似ていて、そこがダイヤモンドの山になっている可能性がある。」
広大な海にはダイヤモンドがたくさん浮かんでいるのかもしれない。
しかしダイヤモンドにたどり着くのは非常に困難。
海王星の分厚い水素とヘリウムの大気と、地球上で観測された最大風速の6倍近い風の中を駆け抜ける必要がある。
さらに水とアンモニア、メタンからなるマントルに耐えねばならない。
太陽の表面温度よりも高温になる恐ろし場所だ。
そして高温の層を抜け、宝でいっぱいの外殻にたどり着いてもダイヤモンドの氷山は流体の金属炭素で覆われているかもしれないのだ。
ダイヤモンドを採掘するのは夢物語だろう。
しかし太陽系内の別の場所にも宝の山はある。
しかもそこならもっと手に入れやすい。

サドベリーーに宝の山ができたのは、小惑星の衝突のためだが、小惑星そのものにも貴金属は多く含まれている。
あちこちから銅や銀、金などの金属が発見されるだろう。
どうすれば手が届くだろう?
小惑星は1兆ドルをはるかに超える宝の源、小さな原子を豊かな富の貯蔵庫に変え、しかも小惑星そのものも宝の塊。
とはいえ、もし宝が欲しければ取りに行くしかない。
エロスと呼ばれる小惑星は、地球から2300万kmほどの距離まで接近する。
天文学的にいうなら、裏庭に来ているも同然。
しかも内部にある宝の量は人類が膨大。
大きさはタホ湖ほどしかないが、含有する金属の量は人類が今まで発掘してきたすべての金属の量より多い。
これだけたくさんの資源があれば、地球全体にある建造物を月や火星、それ以外の場所にも作ることができるだろう。
しかもエロスのように宝を含む物体の意義は単なる金銭的価値よりもはるかに大きい。
Close「もし人類が宇宙に移住するなら、自給自足をする必要がある。
地球から持って行くのではなく、宇宙にある資源を生かすのだ。」
しかし小惑星の宝を利用することを考える前に、まずはたどり着かねばならない。
2003年日本の小惑星探査機ハヤブサは、小惑星を訪れ、地表のサンプルの採取に成功した。
しかしNASAはもっと大きな計画を持っている。
Don Yeomans(Senior Research,JPL)「オバマ政権の国家宇宙政策では、2025年までに小惑星に人類が到達することを目標としている。
有人ミッションの目的の1つは、かなりの大きさのサンプルを地表に持ち帰ること。
そうすれば初期の地球における生命の構成要素の科学的構造を研究することもできるだろう。
このミッションの問題点の1つは小惑星に十分な重力がないこと。
そのため地表に着陸し、歩き回ることはできない。」
小惑星の重力不足は質量の小ささと直接関係している。
航行し調査するのは簡単なことではない。
地球ではロッククライマーが似たような重力問題と戦っているように見える。
しかしよく調べると完璧に同じというわけではない。

Ian Garrick-Bethell(Assistant Professor,UC Santa Cruz)が違いを見極める。
「小惑星を探検するには低重力が大きなネックになるだろう。
地表にとどまるには山登りのようにハーケンを使う方法がある。
しかし小惑星の地表には、硬い岩ではなく、細かな砂や小石で覆われているため、たとえハーケンを打ち込んだとしても簡単に抜けてしまうだろう。」
地表に固定できないとなると、低重力という問題が頭をもたげてくる。
「登山家が岩肌にはりついていられるのは重力のおかげ。
もし重力がなければフワフワと浮かび上がってしまうだろう。」
方法はあるのか、それともやはり手が届かないままなのだろうか。

「方法は1つある。
小惑星があまり大きくなければ、ケプラーなどの丈夫な紐を小惑星全体に巻いて宇宙飛行士の体を結びつける。
そしてこの紐で体を固定させる。」
つまり道具を使い人工的に重力を作り出すのだ。
ケブラーの紐を小惑星全体にかけ、金属製のハーネスを取り付ける。
この巨大なシートベルトがあれば、宇宙飛行士は地上にとどまったまま宙に放り出されることもなく、小惑星全体を探索できるはず。
無事小惑星に着陸できるようになれば、私達は無限に金属を使えるようになるだろう。

しかし金属が宇宙における一番の宝だというわけではない。
エネルギーへの渇望が私達をより大きな宝へと駆り立てる。
それは金やダイヤモンドと違い、見ることも触れることもできないが、宇宙有数の宝となるかもしれない。
その名はヘリウム3、中性子の数が1つ少ないため、ヘリウム3は素晴らしい燃料になる。
核融合、すなわち原子の融合は豊富でしかも安全なエネルギーを生み出す。

ヘリウム3は核融合の燃料として期待されており、Gerald Kulcinski(Associate Dean Research-Engineering University of Wisconsin)もずっと注目してきた。
残念ながら実用的な核融合の実現はまだ先の話だが、だからといって研究の手は緩めない。
「Heliosというマシーンで核融合の反応を見る。
光を放射し、明るく輝く。」
実用レベルでの核融合が実現すれば、ヘリウム3はもっとも価値のある宝となるだろう。
「1トンのヘリウム3が生み出す電力は、1万メガワットに相当する。
1000万人が1年間に使用する量を賄える。」
問題はヘリウム3が非常に少ないこと。
地球上に存在するのはほぼ核兵器からでたもの。
「電力を生み出すには何トンものヘリウム3が必要。
しかし兵器からでる分量は年間2kg程度。
だからこそヘリウム3は高価。
「1リットルのヘリウム3が末端価格で3000ドル。
1kgあたりの金額は360万ドル。」

しかし宇宙にはヘリウム3はたっぷり存在する。
太陽はヘリウム3の大きな供給源。
そのため宇宙にはヘリウム3は豊富に存在している。
それなのに地球上に存在しない理由は地球の磁気圏が粒子を捉えてしまうから。
この宝は月には100万トン以上も存在する可能性がある。
「月にあるヘリウム3を液体にしたとしたら、スタジアムを満たし、この先5000年分の電力を生み出すことができるだろう。」
しかしそえrすらも天王星や海王星などの巨大惑星の埋蔵量と比べれば大した量ではない。
大量のヘリウム3の発見で、銀河をまたにかけたゴールドラッシュが起きるかもしれない。
天王星にはこの先40億年分の電力需要を満たすだけの量がある。

ヘリウム3を採取するため、科学者は巨人気球を計画している。
この雲が豊かな鉱山のようなもので、気球は大気中の水素で宙を飛び、貴重なヘリウム3を抽出する。
気球の基礎部分は工場となっており、ガスを集め水素とヘリウムを分離し、推進剤タンクに貯蔵する。
そして輸送船が気球にドッキングし、450kgほどの貴重なヘリウム3を回収。
先ほど分離した水素を燃料に帰途につく。
工場はこの過程を繰り返す。
天王星に存在する1%程度のヘリウム3で人類は天の川のすべての星に宇宙船を飛ばし、何百万人もの乗客を運べるだろう。
けれど話がうますぎる。
本当にうまくいくのだろうか?

Mike Massimino,PHD「ガスを集めるのはやっかい。
ハンマーもノミも使えない。
けれどガスの中に何かを浮かせれば採取することができる。」
3つの異なるガスをタンクにいれてみよう。
3つのガスは全て密度が違う。
空気、二酸化炭素、そして六フッ化硫黄。
「六フッ化硫黄は空気の6倍近い密度を持つガス。
吸い込むと声帯に影響を与え、声が出しにくくなるという性質を持っている。
つまりヘリウムを吸い込んだ時と逆のパターン。」
これからMikeはタンクに入り、3種類のガスを放出する。
ガスが混じった空間を作り出し、天王星に似た状況にする。
最初に高密度のガスをタンクの底に溜め、天王星の低い位置の大気に合わせる。
次は二酸化炭素、問題なく進めば六フッ化硫黄の上に浮くはず。
ヘリウム3は二酸化炭素の層と似ている。
重い大気の上に浮いており、さらにヘリウム3の上にはより軽いガスの層がある。
さあ、ガスを採取する。
今回は空気より重く、かつ六フッ化硫黄より軽い風船をタンクの中に落とすと、六フッ化硫黄の層の上に浮く。
シャボン玉は二酸化炭素の層の上に浮く。
「シャボン玉は軽いから高い場所に浮く。
浮く高さが違うのは、質量が違うから。
つまり軽いガスがいるならシャボン玉のように高い場所で、もっと密度の高いガスが必要なら風船のように降りてくれば良い。」
このやり方で見えないガスも採取できる。

エネルギーを超え、何よりも私達が必要とする大切な宝が宇宙には存在する。
それは水だ。
人間の体の65%が水でできており、水なしでは長く生きられない。
幸いなことに地球には22.7%京キロリットルもの水がある。
しかし極端な温度の宇宙や他の惑星では、液体の水は非常に少なくなかなか見つからない。
貴重な宝となる。
たぶん宇宙全体で水はもっとも価値ある宝だろう。
科学者達は太陽系内で水のありかを探してきた。
そして2009年、想像以上に近い場所に水を発見した。
LCROSS計画によって・・・
この探査は水があると考えられている月の1エリアに照準を合わせて行われた。
月の極域では常に陰になる場所が存在する。
その地のクレーターでは10〜20億年かそれ以上、太陽光が射すことはことはない。
そしてそこにはもっとも貴重な宝が隠されているかもしれない。

LCROSSは誘導衛星とロケットから恒星されており、ロケットが月に衝突した時の様子を衛星から観測、分析する。
この結果およそ150リットルの水が塵の中に含まれると判明した。
この水の濃度はサハラ砂漠の2倍、まさか地球より湿った場所があるとは・・・
そして翌年科学者達はLCROSSが衝突したクレーターには実際に38億リットル近くの氷があることをつきとめた。
これはオリンピック用プールを1500以上満たせる量。
さらに極域の別の場所でも水が存在する可能性はある。
私達はついに、宇宙に隠された究極の宝を見つけたと言えるのかもしれない。

| poyo | 宇宙科学 | comments(2) | trackbacks(0) | - |
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uni (2011/12/22 12:48 PM)
日本にもサドベリーのような鉱山ないものでしょうか
あったらいいのにねしかし惑星がぶつかるなど想像しただけでも恐ろしいですね
poyo (2012/01/06 11:40 PM)
uniさん、返事が遅れてすみません。
現在、中国などで金がブームになっており、鉱石が毎日どんどん採掘されているそうです。
人間の欲は尽きず、ついには宇宙にまで・・・宝を求めに出動するとは・・・









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