Since Mars has attracted much interest as a potentially accessible habitable planet, the greatest number of spacecraft has been sent to this planet among any of the other extraterrestrial bodies. This paper summarizes our activities of robotic explorations and the heritage of our knowledge on Mars in decades past.

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本論文では，汎惑星表層環境進化の解明を最終目標とした戦略的重力天体探査プログラムおよびその一翼を担う火星探査の科学的意義と推進戦略を述べる．戦略的重力天体探査プログラムでは，太陽系天体の水の起源・化学進化・分布を明らかにすることにより，各天体における水環境システムの解明を目的とする．特に，国際競争・国際協働が盛んな将来火星探査計画においては，科学的意義に加え，探査を取り巻く国内外の状況も鑑み探査戦略を策定する必要がある．そこで本論文では，表層環境進化と密接な関わりが示唆される火星浅部地下圏に対象を絞った探査を提案したい．

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近年の宇宙科学研究の進展に伴い，宇宙における生命の存在が科学的に議論されるようになってきた．約40億年前の火星表面には大量の水が存在した．当時の火星は生命が誕生した頃の地球と似た環境であったと推測され，火星にも生命が誕生した可能性がある．現在の火星においても，メタンなどの微生物のエネルギー源や有機物などが見つかっており，生命が生存している可能性がある．金星では，地表から55 km上空の雲の中からホスフィンが検出された．金星でホスフィンが生成される物理化学プロセスが知られていないことから，生命の存在が議論されている．地球以外の生命を検出する方法には，探査機に検出機器を搭載し現場で分析する方法と，試料を地球に持ち帰って分析する方法がある．後者は，実験室の大型機器を使って様々な分析法を行える利点がある．しかし地球に持ち帰れる試料には限りがあることから，現場で生命の兆候を検出することは重要である．本論文では，主に現場での検出法について，これまでに行われてきた生命探査を振り返るとともに，生命兆候の指標となりうる物質と，その分析方法を概観し，将来の生命探査法を考察する．

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For robotic exploration on the Moon or the planets, robots need to collaborate with others in real-time. SLAM which allows a robot to localize itself and map the surrounding area simultaneously is one of the most crucial technologies for autonomous mobile robots. However, most SLAM algorithms were built for only a single robot, and do not provide any solution against collaborative mapping and localization problems. In this paper, we aim to fuse different maps from two robots in real-time without initial correspondences.

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Substantial amounts of methane with seasonal variation have been discovered from discrete regions of Mars. What is the origin of methane on Mars-abiotic (geochemical) or biotic? Is the methane produced ancient or recently? Compound-specific stable carbon isotope analysis will be a potential tool for addressing this most intriguing question. NASA's Mars Science Laboratory (MSL), which will launch in autumn 2011, loads a Tunable Laser Spectrometer (TLS) into the Sample Analysis at Mars (SAM) instrument to conduct in-situ stable isotope analyses of volatile compounds and organic molecules on Mars with high precision and accuracy. This technique may provide an important, Astrobiological insight for understanding the past and present planetary processes and habitability of our Earth's brother planet.

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The distribution of clay minerals in the universe is not well understood. However, recent observations of molecular clouds and star formation regions show evidence for the presence of silicates and water molecules, suggesting that clay minerals could be formed under certain conditions. The presence of clay minerals in such a star formation region is directly found in some meteorites. Carbonaceous chondrites, that are primitive materials formed in the solar nebula about 4.56 billion years ago, contain abundant aqueous alteration products such as saponite and serpentine. These samples are important to understand the conditions of aqueous alteration in the very early stage of the solar system history.
However, the presence of clay minerals in the present solar system seems pessimistic because liquid water is absent except for the earth. The planet Mars will be the only promising place where abundant clay minerals could be present as far as we currently know. The evidence for the presence of clay minerals on Mars is also found in meteorites. Some meteorites are widely believed to have originated from Mars due to many pieces of evidence (e.g., matching gas compositions between trapped gas in meteorites and martian atmosphere as analyzed by the Viking lander). Although all known martian meteorites are igneous rocks, some of them contain aqueous alteration products texturally and compositionally similar to terrestrial “iddingsite”. Martian iddingsites are found in a particular martian meteorite class called “nakhlite”. Nakhlite is a clinopyroxenite with minor abundance of olivine and mesostasis. The fractures and rims of olivine and mesostasis are altered into brown color similar to iddingsite. Martian iddingsite mainly consist of smectite and ferrihydrite with some minor components. Geochronological and mineralogical studies show that martian meteorites with clay minerals crystallized 1.3 billion to 180 million years ago and the crystallization of magma occurred near the surface (-30 m from the surface). Thus, the presence of aqueous alteration products in martian meteorites suggests that liquid water was present near the surface of Mars until recently although the abundance of water was small and the duration was short. Nevertheless, aqueous alteration products in martian meteorites are important samples to understand the history of volatile evolution on Mars and have recently provided interesting results.
The presence of clay minerals on Mars is also supported by recent observations of Mars by spacecrafts. 2001 Mars Odyssey found evidence for the possible wide distribution of water-bearing minerals in low latitude regions as well as abundant water ice in polar caps. Mars Exploration Rovers recently landed on two different places on Mars just started various analyses to look for evidence for past liquid water. Some early results are consistent with the presence of clay minerals. The results of thermodynamic calculation assuming martian environment also suggest that clay mineral are stable on Mars. Thus, claysphere is clearly present beyond earth and clay science is important to understand geological history of Mars.

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火星の表面進化史の理解に重要となる地質区分のうち，アマゾニアンは約30億年前から現在までに相当する．しかし，現在の地質現象はアマゾニアンに分類されない地域でも活発に起こっている．現在の火星の活動度を理解するには，まずこうした個々の現象の詳細を理解することが重要である．そこで本稿では，火星周回機によって近年観測された現在の表面変化を概観する．さらに現在の帯水層やメタンの放出に関与する可能性がある地形的特徴を検討し今後の火星探査ミッションの展望を概観する．

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希薄な大気と僅かな極冠氷しか持たない寒冷乾燥の惑星である火星は，かつて厚い大気と豊富な表層水を持っていた．本稿では火星の大気と表層水の起源と進化について，理論モデルと元素組成・同位体組成の観点から得られている制約と，そこから描き出されるシナリオ，未解決の課題を提示する．揮発性元素の起源について元素組成から議論するとともに，大気散逸について同位体組成をもとに散逸量・時期について制約を与える．さらに，地下圏へのH₂O 氷・CO₂ 貯蔵が表層環境進化に寄与してきた可能性を議論する．

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火星には極冠と呼ばれる雪氷が存在する.なかでも,永久極冠は地球の氷床と類似した構造物であり,二酸化炭素(CO₂)と水の氷から形成されていると考えられている.本研究では,気候システムモデルを用いて,火星における過去の温暖な気候から現在の寒冷な気候への進化を議論した.その結果,CO₂氷からなる永久極冠が気候進化に非常に重要な役割を果たすことがわかった.永久極冠は,気候システムのエネルギー収支とCO₂収支を強く制約する.温暖環境下でのシステムの不安定化によって高圧CO₂大気は暴走凝結を起こし,巨大なCO₂極冠が形成される.しかし,そのような巨大なCO₂極冠は底部で融解する可能性が高い.その場合,気体もしくは液体のCO₂が地殻中の間隙を通じて輸送され,地下に隔離された可能性が考えられる.地下に輸送されたCO₂は,クラスレート・ハイドレート,炭酸塩鉱物,もしくは自由気体(液体)として,現在も地下に残っている可能性が高い.

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サイエンスウィンドウ2018冬号の冊子体一式（PDF版）およびHTML版は下記のURLで閲覧できます。

https://sciencewindow.jst.go.jp/backnumbers/detail/93

目次

【特集】　水はめぐる

p.06　水から見える世界と私たちのつながり（沖大幹　国際連合大学）

p.12　ナノカーボンで世界の水問題に立ち向かう（遠藤守信　信州大学）

p.16　島の水環境と暮らしを考える新たな挑戦（琉球大学「水の環でつなげる南の島のくらし」プロジェクト）

p.18　江戸・東京の上下水道と暮らし（東京都水道歴史館）

p.20　子どもたちに水の未来を託すために（横浜市立緑小学校・サントリーホールディングス株式会社）

【REPORT】

p.24　「越境する」をテーマにさまざまな対話が展開（サイエンスアゴラ2017）

【連載】

p.02　かくれてるカモ？：ライチョウ

p.26　空からジオ：とかち鹿追ジオパーク／北海道

p.28　動物たちのないしょの話：フンボルトペンギン(長崎ペンギン水族館)

p.30　タイムワープ夢飛翔：水 / 生命を育んだ奇跡の化合物

p.32　自然観察法のイロハのイ：冬も野外に出て樹木観察を楽しもう

p.34　科学写真の言霊：マイケル・ファラデーの言葉より

p.36　発見！くらしの中の科学：壁や床に化石が入っているのはなぜ?

p.38　読者の広場：サイエンスウィンドウカフェ

p.40　空からジオ：解説

　

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 Following the development of high-resolution imaging, digital elevation models, thermal and hydrological data, and onsite ground information during the early period of the 21st century, the periglacial geomorphology of the Martian surface advanced rapidly. Images can even resolute meter-scale landforms, enabling identification of most periglacial features and analysis of their global distributions and detailed morphologies. This review focuses on progress in research covering permafrost distribution, patterned ground, possible heave and subsidence features, lobate debris forms, and slope-lineated features during the last decade. Most of the Martian high-latitude surface is underlain by ice-rich ground called the latitude-dependent mantle (LDM), which favors permafrost-related features possibly developed under warm-humid conditions during past high-obliquity periods or partially s,till active under the present cold-dry conditions. Thermal contraction cracking is likely to prevail in the LDM, resulting in high-centered, flat-top polygons, possibly underlain by sublimation-type wedges or sand wedges that prevail at high latitudes. The surface patterns change into subdued or peak-top polygons toward the mid-latitudes, probably reflecting long-term sublimation of the LDM. Some researchers attribute stone circles to sorting due to freeze-thaw, but the features are much larger than candidates on the Earth. Small isolated domes with concentric cracks or craters at the top may include pingos, which also prevail at high- to mid-latitudes. Asymmetrical scalloped depressions may result from sublimation or thawing of the LDM, but there is a debate between pole-ward and equator-ward slope retreats. Lobate debris aprons may originate from creep of ice-rock mixtures or debris-covered glaciers, but the distinction between the two origins is unclear, as in the long-lasting debate on terrestrial candidates. Some thin, smaller debris lobes at high latitudes resemble stone-banked solifluction lobes on the Earth, which may indicate the occurrence of seasonal freeze-thaw cycles in the recent past. Time-series images indicate active slope features, including gullies, slope streaks, and recurrent slope lineaes that develop below cliffs. These active features may originate from outflows of brine that thaws far below the melting point of water ice.

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目次

【特集】　震災１年 出会いと再生へ

p.06　日本社会は科学技術とどう向き合うか

p.08　科学の不確かさとリスクの考え方

p.10　“ 伝える” から“ つなげる” へ

p.12　あらためて「科学」って？「コミュニケーション」って？ 何だろう

p.13　被災地に見えた輝き「 教育の本質」ではないの？

p.14　地震・津波の防災教育から何を学ぶ？

p.15　今こそ科学で笑わせたい！

p.16　これからの科学コミュニケーション

【TOPICS】

p.25　子どもの俳句、連句でつなげる被災地と世界

【連載】

p.02　似姿違質：ウミガラス VS アデリーペンギン

p.18　人と大地：ブータン／ジョモラリ地方

p.20　いにしえの心：春一番

p.21　タイムワープ夢飛翔：火星探査／生命の仲間を求めて

p.22　動物たちのないしょの話：ブラジルバク（甲府市遊亀公園附属動物園）

p.24　ふるさと食の楽校：豆しとぎ（青森県十和田市）

p.26　震災検証：放射性物質の影響は――海産生物は安全か

p.28　かがくを伝える舞台裏：【童心社】編集部を訪ねて

p.29　サイエンスのお仕事図鑑：古い洋服をエネルギーに変えるベンチャー起業家

p.30　イチから伝授実験法：石を割ると葉の化石が出てくる！

p.32　発見！暮らしのなかの科学：科学的な省エネで節電暖房術

p.34　せんせいクラブ

p.36　人と大地：解説

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