火星の基本データ
火星は太陽から4番目の惑星で、地球の外側を公転する。「赤い惑星」の異名は、地表に豊富に含まれる酸化鉄（赤さび）に由来する。
| 項目 | 火星 | 地球 | 比率 |
|---|---|---|---|
| 太陽からの平均距離 | 2億2,794万km | 1億4,960万km | 1.52倍 |
| 直径 | 6,779km | 12,742km | 0.53倍 |
| 質量 | 6.42×10²³kg | 5.97×10²⁴kg | 0.107倍 |
| 表面重力 | 3.72m/s² | 9.81m/s² | 0.38倍 |
| 公転周期 | 687日 | 365日 | 1.88倍 |
| 自転周期 | 24時間37分 | 23時間56分 | ほぼ同じ |
自転周期が地球とほぼ同じという点は、将来の火星居住を考える上で有利な条件だ。1火星日（ソル）は地球の1日より約37分長いだけで、人間の体内時計を大きく狂わせない。
気温 — 平均マイナス63℃の極寒
温度データ
火星の平均表面温度は約-63℃。ただし季節・緯度・時間帯によって大きく変動する。
| 条件 | 温度 |
|---|---|
| 赤道付近の夏・日中 | 最高約20℃ |
| 赤道付近の夜間 | 約-73℃ |
| 極域の冬 | 約-143℃ |
| 全球平均 | 約-63℃ |
赤道付近の夏の日中であれば20℃程度まで上がることもあるが、大気が極めて薄いため太陽が沈むと急激に冷え込む。日較差（1日の最高気温と最低気温の差）が100℃を超えることも珍しくない。
なぜこれほど寒いのか
火星が寒い理由は主に2つある。
- 太陽からの距離 — 地球の1.52倍遠く、受け取る太陽エネルギーは地球の約43%
- 大気の薄さ — 温室効果がほとんど機能せず、地表の熱が宇宙空間に逃げやすい
大気 — 地球の0.6%の薄さ
大気組成
| 成分 | 火星 | 地球 |
|---|---|---|
| 二酸化炭素（CO₂） | 95.3% | 0.04% |
| 窒素（N₂） | 2.7% | 78% |
| アルゴン（Ar） | 1.6% | 0.93% |
| 酸素（O₂） | 0.13% | 21% |
| 水蒸気 | 微量 | 0〜4% |
火星の大気圧は約600Pa（6hPa）で、地球の海面気圧（1,013hPa）のわずか0.6%だ。この薄さでは人間は1分も生存できない。宇宙服なしで火星表面に立てば、体内の水分が瞬時に沸騰する（アームストロング限界以下の気圧）。
MOXIE実験の成果
NASAの火星探査車パーサヴィアランスに搭載された実験装置「MOXIE」は、火星大気中のCO₂から酸素を生成する実証に成功した。2021年4月〜2023年8月の運用で、合計約122gの酸素を生成。1回あたり約12gで、宇宙飛行士1人が約10分間呼吸できる量に相当する。
この技術を大規模化すれば、将来の火星有人ミッションで現地の大気から酸素を調達できる可能性がある。
重力 — 地球の38%
火星の表面重力は地球の約0.38倍。体重60kgの人は火星では約23kgに感じる。
この低重力が人体に与える長期的影響は未知数だ。ISSの微小重力（ほぼ0G）での骨密度・筋力低下は広く研究されているが、0.38Gという「中間的な重力」での影響は十分なデータがない。
想定されるリスクとしては以下がある。
- 骨密度の低下（地球ほどの負荷がかからないため）
- 筋肉量の減少
- 心血管系の適応変化
- 妊娠・胎児発育への影響（完全に未知の領域）
放射線 — 最大の健康リスク
火星の放射線環境
火星には地球のような強い磁場がなく、大気も薄いため、宇宙放射線に対する天然のシールドがほぼ存在しない。
NASAの火星探査車キュリオシティに搭載された放射線検出器（RAD）のデータによると、火星表面での年間被曝線量は約230mSvと推定されている。
| 比較対象 | 年間線量 |
|---|---|
| 地球（自然放射線） | 約2.4mSv |
| ISS滞在 | 約150〜200mSv |
| 火星表面 | 約230mSv |
| IAEA年間限度（職業被曝） | 50mSv |
火星表面での被曝量はIAEAの安全基準を大幅に超える。さらに、地球-火星間の移動中（片道約7〜9か月）にも宇宙空間で放射線を浴び続けるため、往復ミッションでの総被曝量はさらに大きくなる。
放射線の種類
火星で問題となる放射線は主に2種類だ。
- 銀河宇宙線（GCR） — 超新星爆発などに起源を持つ高エネルギー粒子。遮蔽が極めて困難
- 太陽高エネルギー粒子（SEP） — 太陽フレア時に放出される。磁場を持たない火星では地表まで到達
対策の方向性
- レゴリス（火星の土壌）を積み上げた遮蔽壁
- 溶岩チューブ（火山活動で形成された地下空洞）の居住利用
- 居住モジュールの水タンクによる遮蔽（水は放射線遮蔽に効果的）
砂嵐 — 惑星全体を覆う規模
火星の砂嵐
火星では局所的な砂嵐が頻繁に発生し、数年に一度は惑星全体を覆う大規模砂嵐（グローバル・ダストストーム）が起こる。
2018年のグローバル・ダストストームは数か月にわたって火星全体を覆い、太陽光パネルに依存していた探査車オポチュニティはこの砂嵐で通信が途絶し、最終的にミッション終了となった。
ただし、火星の大気は極めて薄いため、砂嵐の風速が時速100km以上になっても、地球の弱いそよ風程度の力しかない。映画のように人が吹き飛ばされることはない。
太陽光発電への影響
砂嵐はソーラーパネルに砂塵を堆積させ、発電効率を低下させる。将来の火星基地では、原子力電源との併用が検討されている。NASAが開発中のKilopower（キロパワー）原子炉は、砂嵐に左右されない安定した電力供給を可能にする。
水の存在
現在の水
火星表面に液体の水は存在しない。大気圧が低すぎるため、水は固体（氷）か気体（水蒸気）としてしか安定しない。
しかし、以下の形で水（H₂O）は存在する。
- 極冠の氷 — 北極冠は水の氷とドライアイス（CO₂氷）で構成。水氷だけでも直径約1,000km
- 地下氷（永久凍土） — 中緯度〜高緯度の地下浅い場所に広範囲に存在
- 含水鉱物 — レゴリスに含まれる鉱物に化学的に結合した水
将来の火星居住では、地下氷や大気中の水蒸気を採取・精製して利用する計画が検討されている。
テラフォーミング — 火星を「第二の地球」にできるか
テラフォーミングとは
テラフォーミング（惑星改造）とは、火星の環境を人間が住める状態に改変する構想だ。具体的には大気を厚くし、温度を上げ、液体の水が存在できる環境を作ることを目指す。
最新の研究（2025年）
ノースウェスタン大学のサマネ・アンサリ氏らは、火星の塵に含まれる鉄とアルミニウムから導電性のナノロッド粒子（長さ約9マイクロメートル）を製造し、大気中に散布する方法を提案した。この粒子は赤外線を効率的に吸収し、シミュレーションでは数か月で火星全体の気温を10℃以上上昇させる可能性が示された（2025年、Science Advances誌に掲載）。
また、ポーランド科学アカデミーのチェホフスキ博士は、氷でできた小惑星を火星に衝突させて水と大気を供給するテラフォーミング手法を提案している（2025年3月、月・惑星科学会議で発表）。
現実的なタイムライン
テラフォーミングの最大の課題は磁場の欠如だ。火星は約40億年前にグローバル磁場を失ったため、たとえ大気を厚くしても太陽風によって数千万年で再び散逸してしまう。
磁場なしでのテラフォーミングは、以下の2段階で考えられている。
- パラテラフォーミング（段階1） — ドーム型構造物や溶岩チューブ内に限定された居住可能空間を作る。技術的には数十年以内に実現可能
- フルテラフォーミング（段階2） — 惑星全体の環境を改変する。現在の技術では数百〜数千年規模の計画
居住モジュールの設計思想
現実的に火星に人間が住む場合、当面はパラテラフォーミングの範囲で考える必要がある。
求められる機能
- 気密維持 — 内部を1気圧に加圧
- 放射線遮蔽 — レゴリスの積層、水タンク、磁気シールドなど
- 温度制御 — 断熱と暖房システム
- 大気循環 — CO₂除去と酸素供給（MOXIEの大型版）
- 食料生産 — 植物工場（LED照明による水耕栽培）
- 水循環 — 地下氷の採掘と浄水・リサイクル
NASAの「Mars Design Reference Architecture」では、最初の有人ミッションは4〜6人のクルーが約500日間（火星表面約30日＋往復約420日）滞在する想定で計画されている。
まとめ
火星は地球の自転周期に近いという利点を除けば、人類にとって極めて過酷な環境だ。平均気温-63℃、大気圧は地球の0.6%、放射線量はIAEA基準の4倍以上。
それでも、MOXIE実験による酸素生成の実証やナノ粒子によるテラフォーミング研究など、火星の環境に人間が適応するための技術は着実に進歩している。火星移住は「できるかどうか」ではなく「いつ、どのように実現するか」のフェーズに入りつつある。
