宇宙に縮小生態系を移転するためのコンセプト「コアバイオーム」

京都大学(京大)と鹿島建設は7月5日に、月や火星において、衣食住を可能にし、社会システムを構築するために向けた共同研究に着手することに合意したことを共同記者会見で発表を行った。

会見では、『月・火星での生活基盤となる人工重力居住施設「ルナグラス・マーズグラス」』、『惑星間を移動する人工重力交通システム「ヘキサトラック」』、『宇宙に縮小生態系を移転するためのコンセプト「コアバイオーム」』という大きな3つの構想が掲げられた。将来的に、人類が月や火星に定住して新天地としようとしたときに生じるであろう問題を解決する提案である。

今回の連載は、これら興味深い3つの構想をそれぞれ1つずつ掘り下げて紹介している。最終回となる3回目は、『宇宙に縮小生態系を移転するためのコンセプト「コアバイオーム」』を取り上げる。今回の構想を提唱したのは、今回の共同研究プロジェクトの中心人物の1人である、京大大学院 総合生存学館 SIC 有人宇宙学研究センターの山敷庸亮センター長/教授だ。

地球の外での暮らしを実現するための課題

アルテミス計画により、2020年代後半には月に恒常的な有人活動拠点が建設される予定であり、さらにその先にはそこから月面都市へと発展させる構想もある。また、アルテミス計画の延長線上には、2030年代の火星有人探査があり、やはりその先には火星面都市の建設、火星への移住などの構想もある。具体的にいつ月面都市や火星面都市が建設されるかは今の段階では未定だが、将来的には人類は地球以外の天体に定住していくようになると、期待も込めて考えられている。

しかし、これまで多くの宇宙移住計画が検討されてきたが、それらは人類が移住して生活していくための直接的な基盤である空気や水、食料、エネルギーの確保にのみ重点が置かれてきたという。確かにそれらがなければ人類は生きていけないが、地球におけるそれら生存基盤の拠り所である「自然資本」を、どう他天体(やスペースコロニーのような人工天体)に移転するかの詳細にまでは考えが至っていない状況だったとする。

他天体を人類が生存するのに適した地球環境と同等に改造することをテラフォーミングというが、その技術を使うことで、たとえば火星を地球のような環境にする構想などは存在する。

しかし、実際に地球外での生活を考えたとき、その天体の環境にどのような形で自然資本を存在させ、衣食住を可能にし、宇宙社会を実現するかについて、現実的な数字を踏まえた計画を検討立案する必要があるが、そこまで踏み込んだ構想はほぼ存在しないという。そもそも、最終的に火星全体を地球環境と同等にして、宇宙服なしで活動できるようになることは理想だが、いきなりそこを目指すのは無謀だろう。

そうした中で、今回の共同研究プロジェクトでは、21世紀後半に人類が月と火星への移住を実現するという未来を想定。低重力天体上でも、1Gを再現して人体に影響を受けることなく生活できる人工重力居住施設のルナグラス・マーズグラスと、最低でも半年以上かかる地球-月圏～火星という惑星間を、微小重力による健康影響の心配なしに移動できる人工重力交通システムのヘキサトラックを提案している。

移住に必要な最低限な地球生態系システムを特定へ

そして、宇宙に縮小生態系を移転するためのコンセプトとして、要素を抽出した地球生態系システムを「コアバイオーム複合体」と定義し、まずは移住に必要な最低限のバイオーム「選定コアバイオーム」を特定するというのが、今回の内容だ。移住に必要な最低限のバイオームを特定できたら、それをルナグラスおよびマーズグラス内に再現する、ミニコアバイオームを確立させることを1つの目標として、今回のプロジェクトを進めていくとする。

同時にコアバイオームのコンセプトでは、その選定に必要な核心技術「コアテクノロジー」と社会基盤「コアソサエティ」の統合から、他天体への宇宙移住の基幹学問体系として確立すること、またこの学問体系を地球環境保全や人間社会の組織形成などへフィードバックすることも目指すとしている。

• 月や火星などの他天体への閉鎖循環(生態)系移転と地球への成果還元の模式図 (出所:共同会見配付資料「月や火星に住むための人工重力施設を京都大学と鹿島が共同研究 ―コアテクノロジー(核心技術)による縮小生態系の確立を目指す―」)

バイオーム(Biome)とは、英語では厳密には「生態系内の生物集団(生物群系)」という意味だが、ここでは生物に限った話ではなく、地形や気候などの環境面も含めた生態系という意味合いで使われている。

そしてコアバイオームとは、有人宇宙学で想定される地球の生態系を模した人工空間のことだ。気温、水、日照、酸素濃度、風を人工的に管理できる状態で、生物を含めた地球の生態系を再現した閉鎖空間を意味する。閉鎖空間で利用する外部からのエネルギーを最小にした状態で、人間の生命維持を目指した閉鎖生態系生命維持システム(CELSS:Controlled/Closed Ecosystem Life Support System)の概念である。

地球上では、海洋や山脈などの地形的な理由、緯度の違いによる日照条件や気温など、さまざまな理由でいくつものバイオームがある。それらが複雑に相互左右し合って、まるで地球が1つの生命体のように生態系が成り立っており、それを人工的に再現することは容易なことではない。そこで、さまざまなバイオームを1つの空間にまとめて存在させるよりも、それぞれ特徴の異なるバイオームごとに空間的に切り分けて複数を並べ、その間を動物が移動することで関係性を持たせるということが今回のコンセプトでは考えられている。

最適なコア・バイオームの組み合わせをいかに導き出すか

コア・バイオームの種類としては、まず、生態系がバランスよく回っていて生物多様性が高い「スタンダード・バイオーム」と、環境が偏っており優占種が存在するよう極相状態の「エクストリーム・バイオーム」が想定されている。

また、コア・バイオームの集合であり、陸域生態系がベースとなる「コア・ランド」と、海洋生態系がベースとなる「コア・オーシャン」にも分類される。こうしたコア・バイオームを複数集合させたものが、コアバイオーム複合体というコンセプトだ。

そしてコア・ランドにおいては、その中心で人間の居住地域になり得る里山のような環境を「ハビタブル・バイオーム」として、そこにコア・ソサエティが発展していくことが考えられている。

• コアソサエティ、コアテクノロジー、コアバイオームの3要素の関係と、人工重力居住施設を中心とした、今回の共同研究で目指される各研究領域を統合した学問体系の構築の模式図 (出所:共同会見配付資料)

なお、このコア・バイオームのような人工生態系のコンセプトは、今回のプロジェクトで初めて提唱されたものではない。過去にはロシアの「BIOS-3」や米国の「Biosphere2」など、有人の実験プロジェクトも実施されている。こうした空間的に限られた閉鎖系において、長期間にわたって複数の人々が生活するというプロジェクトは、人間関係などの精神面・コミュニケーション面の問題が表面化して完全な成功には至っていない。ただし、失敗を含めてそこからさまざまな議論が生まれており、地球の生態系の再現に関しても、その難しさが示唆される結果だったと考えられている。

• ミニコアバイオームのイメージ。それぞれ環境の異なる六角柱のミニコアバイオームを並べる。コアバイオーム間を動物が移動することで、コアバイオーム同士の関係性を持たせるという。(出所:共同会見配付資料「月や火星に住むための人工重力施設を京都大学と鹿島が共同研究 ―コアテクノロジー(核心技術)による縮小生態系の確立を目指す―」)

今回のプロジェクトにおける選定コアバイオームを確定するのは、地球上に存在する多様な環境の中から移住に必要な最低限のバイオームを選び出すということであり、困難を極めることだろう。しかし、間違いのない環境を選び出すことができれば、すでに取り上げている低重力天体上や長期間の惑星間航行における1G環境の再現(+宇宙放射線の遮へい)を組み合わせれば、人類は他天体に進出していける可能性が高まることは間違いないはずだ。

• 人類が他天体に移住するために必要な最低限の環境を確定する選定コアバイオームおよびコアバイオームの種類のイメージ (出所:共同会見配付資料「月や火星に住むための人工重力施設を京都大学と鹿島が共同研究 ―コアテクノロジー(核心技術)による縮小生態系の確立を目指す―」)

人類が、月や火星などの他天体や、スペースコロニーのような人工環境などに定住して健康に生活していくためには、地球環境を再現することが重要なことは、多くの研究者が以前から唱えてきた。しかし、具体的にどのような環境が必要なのかという確実な組み合わせは見つかっていない。そのため、より具体的な宇宙への移住構想などは、世界的にもなかなかないようである。

• マーズグラス内のイメージ。低重力天体上の人工重力居住施設では、低重力と真横方向の遠心力を合算することで1Gとするため、居住者などは天体表面に対して斜めに立つ感じになる (出所:共同会見配付資料)

今回の京大と鹿島建設の共同研究プロジェクトは、その困難を極める道なき道を切り拓いていく作業になることだろう。将来、月や火星に都市が建設されるとき、今回の共同研究プロジェクトの成果が反映され、宇宙に人類が広がっていくことの礎となることを期待したい。

• 人工重力交通システム・ヘキサトラックのコンセプトイメージ。円筒形スペースコロニーが回転により発生する遠心力を人工重力とするように、同宇宙船でも遠心力による疑似1G環境を作り出し、地球-月圏～火星間の最低でも半年はかかるという長期間の惑星間航行でも微小重力が人体に影響を与えないようにする。(上)惑星間の長距離航行用のラージカプセル。(下)地球～月間の短距離用ミニカプセル (出所:共同会見配付資料)