生命が咲き、炎が舞う…宇宙実験って本当に面白い！

制作：中国科学普及協会

著者: 中国科学博覧会

プロデューサー: 中国科学博覧会

地球から約400キロ離れた広大な宇宙空間を、中国の天宮宇宙ステーションが秒速7.9キロのスピードで飛び回っており、人類による宇宙の謎の探究の新たなフロンティアとなっている。この広大な宇宙で、科学者たちは一連の魅力的な生命科学実験と宇宙燃焼科学実験を実施し、宇宙環境における生命と火の謎を解明しようとしています。

宇宙に生命が咲く

中国の宇宙ステーションの文天実験モジュールでは、稲のライフサイクル全体にわたる120日間の宇宙栽培実験が行われた。宇宙で稲の種子が生産されたのは世界初となる。中国科学院分子植物科学卓越センターの研究者である鄭慧瓊氏などの科学者たちは、この実験を通じて宇宙での食用作物の栽培に向けて重要な一歩を踏み出した。

中国科学院分子植物科学卓越センターの研究者である鄭慧瓊氏は、宇宙でイネの種子生産を可能にすることは、単なる第一歩に過ぎないと語った。今後は、このイネ種子を使って宇宙で種子から種子へと2～3世代の植物実験を完了し、植物の長期宇宙環境への適応性や遺伝メカニズムの安定性について詳細な研究を行う予定です。

この研究は科学的価値があるだけでなく、広範囲にわたる意義も持っています。中国科学院宇宙応用工学技術センターの研究員である蒼華星氏は、宇宙の植物に関する法則が徹底的に研究されれば、人類は宇宙での栽培に適した食用作物を栽培できるようになるだろうと指摘した。これは、月面基地の建設であろうと火星移民計画であろうと、将来の宇宙探査において重要な役割を果たすことになるでしょう。

生命生態学実験キャビネットは比喩的に「宇宙ホテル」と呼ばれる施設であり、微小重力と放射線環境における個々の生物の成長、発達、老化を研究するための貴重なプラットフォームを科学者に提供します。実験キャビネット内では、さまざまな研究対象に個別の実験装置設計が施されています。植物の種子や苗から、ショウジョウバエや線虫などの微小動物、さらにはマウスなどの小型げっ歯類に至るまで、あらゆる動物に適した研究環境がここにあります。

生命生態実験キャビネットの模式図

（写真提供：科学研究所）

一方、バイオテクノロジー実験室では、生物組織、細胞、生化学分子などのサンプルを対象に、宇宙環境が生命に与える影響を微視的な視点から研究しています。例えば、肺細胞培養実験を通じて、科学者は宇宙放射線が肺細胞の成長に与える影響を調べることができ、それによって宇宙環境が人間の健康に及ぼす潜在的なリスクを明らかにすることができます。

宇宙の火術師

宇宙の反対側では、燃焼科学の実験が盛んに行われています。数万年前から原始人が知り、利用して以来、人類の発展に付き添ってきた神秘の物質「火」は、宇宙の微小重力環境では地球とは全く異なる燃焼現象を示します。

燃焼科学実験室の核となるのは燃焼室です。燃焼室の中央に形成されたトーチの他に、燃焼室の内外には点火の成否や炎の微妙な変化を検知できる各種計測機器が設置されています。また、1,500度以上までの炎の温度と濃度の空間分布を検出し、重力によって隠された燃焼の物理的および化学的プロセスを研究することもできます。

清華大学准教授で燃焼科学実験の責任者である劉有生氏は、宇宙燃焼実験には主に2つの目的があると指摘した。1つは宇宙ステーションの火災予防問題の根深いメカニズムを研究すること、もう1つは地上と航空宇宙分野の燃焼に関連するエネルギーシステムと電力システムデバイスに理論的サポートを提供することだ。

燃焼科学実験キャビネットの助けを借りて、科学者は微小重力環境での燃焼プロセスを研究し、浮力対流効果を排除し、粒子や液滴の沈降を抑制し、重力によって不明瞭になる燃焼の物理的および化学的プロセスを観察することができます。この研究は、反応速度論の発展と地上燃焼発電システムの最適化にとって大きな意義を持っています。

宇宙ステーションの燃焼科学実験室でのメタン燃焼の画像（左）と地上での同じ作業条件下でのメタン燃焼の画像（右）（画像提供：中国科学院工程熱物理研究所、清華大学燃焼エネルギーセンター）

2023年2月16日、孟天船室の燃焼科学キャビネット内の実験システムは、メタンを燃料として軌道上で初の点火テストに成功し、地上とは全く異なる炎の形態を実証した。宇宙飛行士が燃焼室のハッチを閉めた後、地上の運用管制センターの担当チームからすべての指示が出されます。内部の点火はフルオートと言えるでしょう。これらの指示により、燃焼室は真空状態に排気され、所望の周囲ガスが入力されます。一定の比率に達したら、燃料ガスを追加します。

重力の影響がなくなると、小さな火の玉は地上とは全く異なる様子を見せた。地上での同じ実験結果と比較すると、外部に広がる炎はより短く丸みを帯び、炎の層がよりはっきりと見えました。この実験は、中国の宇宙燃焼実験における重要な進歩を示すだけでなく、古代でありながら常に新しい自然プロセスである燃焼に対する人類の探究に新たな視点を提供するものでもある。

結論

宇宙での生命の開花から宇宙での炎の舞いまで、中国の天宮宇宙ステーションは人類が宇宙の謎を探求するための重要なプラットフォームになりつつある。科学者の継続的な努力により、近い将来、宇宙環境における生命と火に関するさらなる謎が解明され、人類の宇宙探査の強固な基盤が築かれると信じています。