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注目論文の減少

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毎日新聞によると、日本の科学技術分野で、注目論文が減少しており、レベルの低下が懸念されているようである。以下、引用:

研究者総数が増える一方、若手は逆に減り女性の比率も伸びず、世界に注目される論文も減っている--。政府の総合科学技術会議(議長=菅直人首相)は6日、国立大や研究機関などの研究者の現状を分析した報告書をまとめた。経費削減から、若手研究者では非常勤が増えるなど「非正規雇用」化が進んでおり、厳しい研究現場の実態が浮かんだ。

私のみるところ、日本の科学技術研究のレベルが低下しているのは、当然だと思う。そもそも、国立大学を独立行政法人化してしまったのが大悪手である。だから、大学の寄付集めに書いたように、東大でさえも資金集めに躍起である。そういう資金がないと研究さえままならない。そんな環境でじっくり基礎研究をするのは難しい。例えば、抽象的な代数幾何の研究なんて、一文にもならない。

国立大や研究を行う独立行政法人(研究独法)など計123団体を対象に09年度までの活動状況を調べた。

その結果、研究者総数は国立大が約6万人で08年度に比べ0・4%、研究独法は約1万人で4年間に6%増えた一方、37歳以下の若手教員数は国立大で4年間に8・7%減ったほか、研究独法でも若手研究者は2・7%減。研究独法では任期制限のない常勤職が22%減り、逆に非常勤が52%増加。国立大でも同様に非常勤を増やして教員の人件費を圧縮する傾向がみられた。

女性研究者の比率は、国立大が12・6%、研究独法が11%にとどまり、現行の第3期科学技術基本計画(06~10年度)の目標値25%に及ばなかった。

研究者総数が増えている理由は簡単で、大学院を濫造した結果、研究者を自称する人が増えているというだけのことである。ところが、それらの人にポストを提供しようとすると、一種のワークシェアリングで、期限付き契約のポストにするしかない。私が勤務している会社の研究所でも、期限付き契約のポスドクの人がいるが、任期の間に十分な実績を残せば正社員の途もあるらしいが、なかなか認めてもらえる人は少ない。こういう事情は、大学の非常勤講師も似たようなものだろう。また、私の知り合いの研究員で、東大の非常勤講師として週1回のペースで教えに行っている人がいるが、なんと、1回の授業の俸給が1万円で、月に4万円にしかならない。これだけで生活するということはありえないので、小遣い程度である。それでも、その人は、東大の講師という名刺を作れるのが嬉しいといっていた。名誉だけである。大学としても、そういう何ほどかの名誉心で釣って、安い経費で非常勤講師で廻しているのではないだろうか。

研究成果では、引用回数が上位10%に入る注目度の高い論文の世界シェアが、国立大では01~03年の3・3%から05~07年に2・8%に減少。特に、日本の得意分野とされる半導体や合金類などを扱う材料科学は6・2%から3・9%に急減し、計算機や環境科学など次世代の注目分野でも伸び悩んでいることが分かった。

報告書は「(新興国の発展で)国際競争が激化する中、独創性や多様性に富んだ基礎研究の抜本的強化を図るべきだ」と指摘した。【山田大輔】

こうやって科学技術の分野で日本が落ち込んでいる理由は、次のとおりである。

  1. 日本は、米国のような産学協同の文化が弱い。ハーバードやMITは、大学のレベルも高いが、金儲けも得意で、現役の大学教授がベンチャー企業のCEOに就任したりする。そういう産学協同の文化の基盤が弱いのに、米国の真似をして、独立法人のようなことを取り入れるから、齟齬が生じる。司法試験と同じである。
  2. 結局、金儲けにつながらない研究には予算がつかない。こうして、数学、理論物理などの純粋科学はどんどん肩身が狭くなる。多少応用がかっているし、国家の威信がより明確に現れる宇宙開発でも、どんどん予算が獲得しにくくなっている。
  3. あと、何度もいうが、オープン・イノベーションで述べたように、使える既知の技術が溢れてくると、研究して新技術を開発するインセンティブが下がる。マッシュアップ的に既知の技術を組み合わせるだけでかなりのことができてしまうのである。大企業でも、中央研究所を縮小したり閉鎖したりする流れは、このせいである。

これでは中国や韓国に負けると憂慮する向きもあるが、みるところ、中国や韓国は、実用科学技術は結構力をつけてきているが、雲を掴むような基礎科学では、まだまだであるように見える。このことは以前に、韓国は、どうしてノーベル賞が取れないのかに述べたことに基づくが、あれから3年近く経過したが、その事情はあまり変わっていないように思われる。宇宙開発は応用技術だから、中国に負けてしまうことはありえる。金でものをいわせることができる分野だからである。しかし、理学的基礎科学のところは、日本はなんとしても伝統を維持すべきである。それが日本人の一つのアイデンティテイだと思っている。

ロシアの科学者

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私は、若い頃はロシアに留学したいとロシア語を齧ったりしていたくらいだから、ソ連というかロシアは、好きな国だったに違いないが、ソ連が崩壊したり、チェチェンを侵略したり、アンナ・ポリトコフフカヤが暗殺されたり、プーチン政権が横暴だったりと、最近ではすっかりロシアは好きな国ではなくなってしまった。

それでも、科学技術の本を読んでいると、半端でない数のロシアの科学者が出てくるので、到底枚挙できないが、思いつくままリストしてみる。

まず物理学では、なんといってもランダウである。世界的にみてもまさに、ランダウこそが最後の万能物理学者といえる。そのランダウの得意分野の一つに統計物理があったが、低温物理の超流動の研究者として、ギンツブルクの名前は外せない。他には、研究所を組織するのに有能であったカピッツアが挙げられる。さらに理論物理でどうしても外せないのは、ボゴリューボフである。彼の「場の量子論の数学的基礎」東京図書は、場の量子論に対する公理論的アプローチを表明するもので、独特の格調がある。

数学は、物理学よりもずっと人材が豊富である。まず思いつくのが、非ユークリッド幾何学の創始者、ロバチェフスキー。次に大御所を挙げると、公理論的確率論を確立したコルモゴロフが挙げられる。あと、連続群論などの著書があるポントリャーギンも著名である。もう少し遡ると、チコノフ、マルコフがいる。マルコフは、マルコフ過程で、多くの応用がある。あと、幾何学で、ウリゾーン、アレクサンドロフ、ゲルファントなどだろうか。ゲルファントは、関数解析などに多くの業績を残す巨人である。おっと、忘れてはならないのが、ペレリマンだった。ペレリマンは、特異点をもつアレクサンドロフ空間の専門家である。きちんとロシアの伝統に則っている。そういえば、常微分方程式の解の存在性のところで、リプシッツ条件というのが出てくる。これは、リプシッツという数学者が関与するのだろう。あと、大学理系教養の範囲であるが、2階線形微分方程式の解の存在定理に、ロンスキアンというのが出てくる。これなども、ロンスキーというロシアの数学者のアイデアに違いない。あ、ロンスキーは、ポーランドだった。スラプ系は混同する。他には、多元連立常微分方程式の数値解法で、ダビデンコの方法というのがあって、これもロシア人数学者ぽいが、流石に有名とはいえない。

おっと、忘れてはならないのが、ソーニャ・コワレフスカヤ。女性数学者として、容姿も業績も華麗だったコワレフスカヤは、19世紀数学の華とも呼ばれる。コワレフスカヤの専門分野は、偏微分方程式、アーベル関数などである。力学を勉強していると、コワレフスカヤの独楽というのもでてくる。回転する剛体の振る舞いの方程式である。

また、力学といえば外せないのが、ウラジーミル・イーゴレヴィチ・アーノルド。アーノルドというと英米系のようだが、ロシア語読みでは、アルノーリトである。ヒルベルト第13問題の解決、ハミルトン力学系における業績などがあるが、それはほんの一部である。ゲルファントもそうだが、あまりにも玄人筋なので、業績の凄さの割には、数学・物理学以外の人には知られていないかもしれない。

こうみてみると、ロシア数学の伝統は、解析と幾何であり、代数はあまり強くないようである。また、応用分野に強いのも、ロシア数学の特徴である。例えば、制御理論で、リャプノフの方程式というのが出てくる。リャプノフは、ロシアの有名な数学者である。

もっと工学寄りでは、チモシェンコがいる。チモシェンコは、応用力学の父と言われ、材料力学、弾性体論などで圧倒的な業績があった。応用力学という意味では、さらに遡って、現代的な翼理論を確立したジュコーフスキーがいる。また、非線形ロバスト制御のところで、スライディングモード制御という技法があるが、これを最初に研究したのは、ロシア人のイトキンとウトキンたちだった。

ところで、数論幾何で、アラケロフ幾何というのがあるが、このアラケロフというのはロシア人の数学者なのだろうか。また、アラケロフ幾何の中で、ボゴモロフ予想というのが出てくるが、このボゴモロフというのもやはり、ロシア人数学者なのだろうか、とさっぱり分らないのであった。

また、特殊相対性理論で、ミンコフスキー空間というのが出てくるが、そのミンコフスキーは、ユダヤ系ドイツ人でロシア人ではない。ちょっとややこしい。

ともかく、ロシアには分厚い科学技術の伝統があり、だから、世界で最初に有人人工衛星を飛ばしたのも偶然ではない。でもいまはどうなんだろう。ちょっと米国に較べて影が薄いが、本当は、ペレリマンのような才能がある科学者・数学者はまだごろごろいるのではないだろうか。

あかつきの再挑戦

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あかつき失敗の原因の続編であるが、毎日新聞によると、JAXAは、金星探査機「あかつき」の早期再挑戦を計画しているという。以下、引用:

金星を回る軌道への投入に失敗した探査機「あかつき」について、宇宙航空研究開発機構(JAXA)が「6年後」としてきた金星への再投入計画を1年前倒しして、5年後の再挑戦を検討していることが4日分かった。あかつきをゆっくりと減速し、金星が追い付くのを待つ作戦で、トラブルで出力が落ちたエンジンでも実現可能な計画として浮上した。期間短縮は、機器の寿命の面でも有利に働くとみられる。【山田大輔】

気持ちは分かるが、破損したスラスターは、正常に動作するのだろうか。

あかつきは昨年12月7日に金星に最接近した際にエンジンを逆噴射して急減速し、金星の引力で進路を変えて周回させる予定だった。しかし、エンジンが計画より短い約2分半で停止。速度は十分落ちず金星を通過し、現在は太陽を回る軌道を金星より速く飛行している。

あかつきは、完全にスピンアウトしたのかと思ったら、どっこい、太陽を回る軌道上にいたのか。結構しぶとい。

JAXAは当初、金星が太陽を10周する間にあかつきが11周し、金星が「周回遅れ」になる6年後の16年12月~17年1月に最接近させる予定だった。だが、その後の調査でエンジンの出力が約6割に落ちていると判明。配管の弁の異常による燃料供給の支障や、エンジン噴射口の破損の可能性があり、完全復旧は厳しい状況だ。

そんなので本当に、金星に再投入できるのだろうか。

噴射が弱ければ、最接近時に急減速が必要となる再投入は困難になる。このため、JAXAは、あかつきの速度を少しずつ減速させ、太陽を8周する5年後に金星に追い付かせる検討を始めた。時期が早まれば太陽からの放射線による機器故障の危険性が軽減され、金星投入後の長期観測も現実味を帯びる。

なるほど、太陽を周回するトラック上で、金星を追い抜くなではなくて、減速して待つのか。なんとなく、苦し紛れの感じも否めない。

JAXA関係者は「当初計画の速度では、おそらく再投入できない。あらゆる可能性を検討し、金星の観測を実現したい」と話している。

結局、JAXA関係者は、無理だと思っているのではないだろうか。しかし、あかつき失敗の原因に書いたような理由で予算が逼迫しており、次の金星探査機を用意できる見通しもない。それで予定を早めるのだが、私はやはり、あかつきは無理で、5年以内にひっそりと再投入計画は棄却されるだろうと予測する。それは何のニュースにもならないので、JAXA関係者以外、誰も気づかないだろう。ともかく、JAXA関係者にしてみれば、「あかつきに祈る」だろう。それは実は有名な軍歌なのだが、Wikiによれば、ソ連軍によるシベリア抑留の収容所において、日本人捕虜の間で起きたとされるリンチ事件をもさす。いずれにしてもあまり縁起はよくない。

第4象限

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以前、池田信夫氏のブログで、ベストの良書として、ナシーム・タレブの「ブラック・スワン」が紹介されていたので、あまり深く考えないで早速買った。ところが、当時はまだ翻訳がなく、英語の方を買ったので、ただでさえ積読傾向のある私は、「ブラック・スワン」を放置した(なぜか、会社の席のキャビネにある)。

その後アマゾンから、ナシーム・タレブの「強さと脆さ」ダイヤモンド社の案内がきた。これはどうも、「ブラック・スワン」の第2版のために追加で書き下ろされた内容らしい。そこで、「ブラック・スワン」を読むための準備として、「強さと脆さ」を読んでみることとした。以下、自分理解用のメモである。

私の表面的な理解では、ブラック・スワンの要諦は、第4象限にある。そこでまず、第4象限とはなにか、この本に従い私が理解するところを記述してみる。

4つの象限を規定する第1の軸は、ペイオフで、単純なペイオフと、複雑なぺイオフとからなる。単純なペイオフとは、はい/いいえの2値判断で済むようなシンプルな情報である。例えば、人の生死、ルーレットの賭けなどである。一方、、複雑なぺイオフとは、影響度の期待値を考えなくてはならないようなことである。例えば、疫病のような統計値、芸術などの成功、気候の影響、リスク管理、テロの危険性、戦争の被害などてある。

4つの象限を規定する第2の軸は、月並みの国であるか、果ての国であるかである。月並みの国とは何か、この本には詳しい説明がないので、私の勝手な理解で説明すると、例えば、線形性や重ね合わせの原理が説明するような擾乱の小さい領域である。1つの例を挙げると、関数をテイラー展開すると、差の1次の項、2次の項、・・・n次の項という無限級数になる。そこで、1次の項での粗い近似で済むような領域である。

果ての国は、本質的に非線形であったり、複雑系であったり、と予測がつかない。例のバタフライ効果も、果ての国で起きる。フラクタルもおそらく、果ての国の出来事であり、だから、先日亡くなったマンデルブローが、フラクタルを利用して経済予測を行うというのもしっくりくる。

こうして、2つの軸での2つのファクタを組み合わせて、4つの象限が記述される。

  • 第1象限:月並みの国での単純なペイオフ。ここは並外れて安全である。モデルは安全で、みんなハッピーである。しかし、こういう状況は、現実よりも実験室やゲームでのみありえる。
  • 第2象限:月並みの国での複雑なペイオフ。ここは、いくらか安全である。統計的手法でなんとか凌げるが、リスク、多少ある。
  • 第3象限:果ての国での単純なペイオフ。ここもまあ、安全である。予測は間違えるかもしれないが、あまり害はない。逆にいうと、ここで被害甚大なようなら、既に第4象限か。
  • 第4象限:果ての国での複雑なペイオフ。ここにブラック・スワンが棲む。問題が待ち構えているのがここで、チャンスがあるのも、ここである。第4象限に棲むブラック・スワンには、よいブラック・スワンとに分かれる。第4象限では、あらゆる既存のモデルが使えない。リーマン・ショックに始まる金融恐慌ではあきらかに、第4象限で、悪いブラック・スワンが跳梁した。

では、第4象限ではどうするか。ここで重要なのは、間違えた地図なら使わない方がましということである。原因はよく分らないがこの薬を投与しておけ、とりあえず、ここを手術しておこうでは却って悪化する。それは医原病と呼ばれる。ここで有効なのは、○○してはいないという否定型のアドバイスである。治療しても意味ない領域を区分けするトリアージがここで光る。

また、時の試練を経た、はっきりとは表れない知識も重要である。さらには、最適化を避けることも重要。前に述べた就活エリートの悲劇は、最適化のしすぎにある。冗長性を欠くと、まさかのときに修復が利かない。さらに、ガウス分布などから得られるリスク指標を使うあてが外れることがある。そういう当てにならない指標なら、依存しないほうがましである。

それでは、ブラック・スワンに強い社会とはどのようか。

  1. まず、壊れやすいものは早く、小さいうちに潰すほうがいい。脆い巨人は、災厄の原因である。 損失を社会化し、利益は私有化しない。この意味はただ、私にはよく分らない。リーマン破綻の真相にある、政府支援機関(GSE)である住宅専門の金融会社ファニーメイとフレディマックは一体どうなのか、適切であったのか、という素朴な疑問である。
  2. 失敗した人に、再び担当するチャンスを与えてはいけない。
  3. 成功報酬をもらう立場の人に、インフラの基幹をまかせてはいけない。そういう人は、惜しげもなく冗長性を省き、コスト削減して巨額の報酬を手にする。例えば、ジェット機にどうして余分にエンジンが必要なのだ、省けという具合である。
  4. 複雑なことは、単純なことで中和する。AAAとサブプライムを混合したようなよく分らない複雑な金融商品は、災いの元である。

タレブは、壊れるものは勝手に壊れるようにし、MBA出身の偉ぶった奴らを脇へどかし、銀行員は本来に役割に戻し、そうして、企業は小規模、投機的なレバレッジはなく、銀行でなく投資家がリスクをとり、企業は毎日、生まれては死んでいくという世界を提唱する。それはそれで、資本主義の一形態なのだろう。

あかつき失敗の原因

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毎日新聞に、金星探査機「あかつき」の軌道投入失敗原因究明の記事があったので、メモしてみる。すなわち、JAXAによると、その原因は、燃料供給配管が詰まって燃料と酸化剤の混合比率が偏り、エンジン(セラミックスラスター)の噴射方向に異常が起きた可能性があると突き止められたという。

すなわち、解析によると、あかつきは、金星周回軌道投入のためのエンジン逆噴射を開始して2分32秒後、機体が回転し始めた。回転を止めるために、姿勢制御装置が働き、期待は非常時用の退避姿勢に入った。その結果、逆噴射が予定の2割で止まり、減速が不十分なため、軌道投入が失敗した。

その原因は、上記したように、燃料供給配管が詰まって燃料と酸化剤の混合比率が偏ったことであるが、より詳細には、燃料を押し出す高圧ガス配管の逆流防止弁が詰まり、これによって、燃料に対して酸化剤が過剰供給され、高温燃焼が起きて、エンジン噴射口が破損した可能性があるということである。

さらに、燃料タンクにガスを送り込む配管だけに圧力不足が確認されたことから、逆流防止弁の不具合も疑われる。

逆流防止弁は、火星探査機「のぞみ」にも用いられた。「のぞみ」には、念のため、電磁ラッチも併設されていた。「あかつき」は、さらにラッチを二個並置していた。

一方、今回破損した可能性がある、セラミック製のエンジン噴射口は、世界で始めて使用されたものであり、今まで使用されていた金属よりも熱には強いが、どうしても機械的には弱い。このセラミック製のエンジン噴射口は、6月に13秒間試験噴射されただけで、明らかにテスト不足であった。

以上述べたのは、表の原因であるが、日経ビジネスオンラインの記事に、あかつき失敗の原因の背景が書かれていたので、まとめつつコメントしてみる。すると、どうやら、JAXA自体、構造的な苦境に晒されてきたのだという。

宇宙研は前身の文部省・宇宙科学研究所時代から、「理工一体」を標榜し、理学と工学の緊密な連携を特徴としてきた。ところが2003年の宇宙三機関統合以降ずっと、宇宙研・宇宙工学部門は、宇宙空間での技術実証がままならないほどの非常に厳しい環境に置かれてきたのだ。

それは一体どういうことなのだろうか。

JAXA宇宙研のルーツをたどると、1955年に東京大学・生産技術研究所の糸川英夫教授が実験を行ったペンシルロケットに行き着く。糸川研究室のロケットはその後規模を拡大し、1964年には東京大学・宇宙航空研究所になり、1970年2月11日に日本初の衛星「おおすみ」の打ち上げに成功。1981年に、東大から独立して文部省・宇宙科学研究所となり、ロケットを開発しつつ年1機の割合で科学衛星を打ち上げ、世界的に見ても有力な宇宙科学の中核機関となった。2003年の宇宙三機関統合でJAXA宇宙科学研究本部となり、今年4月にJAXA宇宙科学研究所と名前を戻している。

これをみると、日本の宇宙開発は、まず、ロケットなどの宇宙工学者が立ち上げ、その後、理学系研究者が合流していったという形をとった。1990年代半ばまで、宇宙研は年1回の打ち上げで5機ロケットを打ち上げる間に、次世代ロケットを開発するというペースで動いており、経験を蓄積していった。このころまでは、工学側が新たな技術で道を切り開き、それを利用して理学側が観測成果を挙げるという好循環が続いていた。

ところが、1997年初打ち上げの大型のM-Vロケットの時点で、ロケットの価格が上昇し、それでいて予算は増えないので、年1機というペースが維持できなくなった。それとともに、厳しい予算を巡って、理学系と工学系が離反し始めた。

さらに日本の宇宙開発体制を弱体化させたのは、2003年の宇宙三機関統合であった。ここで、三機関とは、宇宙開発事業団、航空宇宙技術研究所及び宇宙科学研究所である。これにより、宇宙科学研究所は、JAXAの一本部に格下げとなり、予算配分の決定権もJAXAの幹部が握ることとなった。

その減る予算を巡って宇宙科学研究所内で理学系と工学系が争うのだが、研究者の数で優る理学系が主として発言権を握り、「宇宙科学は、宇宙の研究が目的である。目的がまずあって、次に目的にあった道具の技術開発が必要にある」という命題が幅を利かせた。これにより、理学系が主で工学系が従、言い換えると、工学系は、理学系のために道具を開発するという立場になってしまった。

2006年のM-Vロケット廃止は、工学系にとって痛打となった。これによりペンシルロケット以来のロケット工学研究はほぼ断絶し、一部はJAXA筑波宇宙センターに移って新型ロケット「イプシロン」(2013年度1号機打ち上げ予定)の研究に従事することになった。

この時点で、工学系が、自分達が開発したロケットで、自分たちの衛星を打ち上げるということが途絶した。工学試験衛星の最後が、あの成功を収めた「はやぶさ」であった。

実は、成功したプロジェクトのほとんどが、工学系の提案に、理学系が乗るかたちのものだった。

  1. 今年、通常の衛星の1/10の15億円という予算で開発した小型ソーラー電力セイル実証機「イカロス」。あかつき打ち上げのサブペイロードとして打ち上げることができた。イカロスは、世界初のソーラーセイル技術の実証を初めとした、すべてのミッションを完璧に成功させた。
  2. ハレー彗星探査で、まず工学試験機の「さきがけ」(1985年1 月8日打ち上げ)をM-3SIIロケット初号機で打ち上げた。
  3. 本番のハレー彗星探査機「すいせい」(1985年8月19日打ち上げ)を打ち上げた。
  4. そして、2003年5月9日打ち上げの小惑星探査機「はやぶさ」である。

ところが、理学側の宇宙プラズマ研究者らが立ち上げた火星探査機「のぞみ」(1998年7月4日打ち上げ)は、火星へ向かう軌道に投入する際、軌道変更用スラスターにトラブルが発生して、結局、火星周回軌道投入を断念した。今回の金星探査機あかつきも、理学系である。スラスターのトラブルも似ている。

これはある意味仕方がない。理学系は観測装置に集中するあまりに、打ち上げロケットや、それを搭載する探査機をついルーチン化して考える。しかし、数に劣る工学系は押され気味で道具屋に貶められがちであり、そのような状況下で、なんとか宇宙工学系の研究成果を宇宙空間で実証する方法はないかということで実現したのが、あかつきへのセラミック製スラスターの搭載だった。しかし、如何せん、2006年のM-Vロケット廃止以来、すっかり実戦不足の工学系研究者の経験不足が露呈してしまった。

今後、JAXAはこの体制をどう立て直すのか。まだその回生プランは見えない。

クロスカップリング反応

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今年のノーベル化学賞は、鈴木章・北海道大名誉教授と、根岸英一・米パデュー大教授が、クロスカップリング反応に関する研究で受賞し、先日その授与式も終了したばかりであるが、毎日新聞にクロスカップリング反応の解説記事があったので、私なりにメモしてみる。

人体を構成する主要な成分が、炭素、水素、窒素、酸素、燐、硫黄などからなる有機化合物であることは、生物学の常識であるが、特にその有機化合物は、ベンゼン環のかたちをとるものが多い。すると、医薬として化合物を合成する際には、ベンゼン環を変性させた化合物が望ましいということになるが、その際、ベンゼン環の炭素間の結合を解いて別の元素を結合させることがチャレンジであった。すなわち、ベンゼン環の炭素間の結合が安定しすぎているのである。

その炭素間の結合にうまく割り込む技術がクロスカップリング反応であって、最初に実現したのが、熊田誠京大教授(当時、現在は故人)と、玉尾皓平助手(当時、現在は理化学研究所基幹研究所長)である。クロスカップリング反応を実現させるには、結合させたい有機化合物に付ける誘導役の金属と、それを認識して反応を仲介する触媒金属とが必要である。

熊田氏と玉尾氏は、次のような組成を用意した。

  1. 原料1は、ベンゼンに誘導役の塩素を付けたものであり、これが触媒のニッケルと結合する。
  2. 原料2は、別の有機化合物に誘導役のマグネシウムを付けたものであり、このマグネシウムに、原料1の塩素が結合する。その際、ニッケルが結合の触媒の役割を果たす。マグネシウムに塩素が結合すると、ニッケルは離れ、するとニッケルは再び触媒として働く。

これは、熊田・玉尾カップリングと呼ばれ、誘導役のマグネシウム、あるいは触媒のニッケルを、より効率のよい元素に置き換えられないかと、他の研究者も研究を重ねた。

これが宇宙生物学上の発見?では、カリフォルニア州にある塩水湖に生息するGFAJIという細菌は、燐を、周期律表における同族元素である砒素に置き換えたが、ニッケルの周期律表における類似元素は、パラジウムであるので、パラジウムを触媒として使用することが検討された。

この路線上で、大阪市立大学名誉教授の薗頭健吉氏は、1975年に、パラジウムを触媒、銅を誘導役に選び、アセチレンを別の有機化合物と結合させることに成功した。

根岸英一氏は、1977年に、誘導役として亜鉛が最適だと突き止めた。一方、鈴木章氏は、1979年に、誘導役としてホウ素を選び、成功した。これがご両人のノーベル化学賞に繋がるのだが、以上のメモをみる限り、なぜノーベル化学賞は、玉尾皓平氏(熊田誠氏は既に故人なので該当しない)ではないのかという疑問が湧く。

ここで特許における進歩性みたいな概念を導入すると、おそらく、熊田・玉尾カップリングや、薗頭健吉氏の研究ではまだ実用的な性能が出ておらず、誘導役として亜鉛、あるいはホウ素を選ぶことで、何か特異な効果が発揮されるようになったのだと推察しておく。

さらなる研究として、立命館大学薬学部の北泰行教授の、触媒としてのパラジウムをヨウ素に置き換える研究もある。すなわち、パラジウムはレアメタルでなんと言っても高価なので、これがヨウ素で済むなら、経済的に有利である。

ところで、クロスカップリング反応関連の特許はどうかというと、日本では、最初の出願が1981年にあって、これは鈴木章氏の業績の少し後なので、どうもこの頃から実用化されたとみるべきであろう。

ただ、どうしても、クロスカップリング反応そのものでは特許はとれず、権利範囲は、ある物質の合成方法というものである。クロスカップリング反応の日本最初の出願は、特願昭58-192780で、発明者はなんと、熊田誠、玉尾皓平、そして梅野正行となっている。出願人は、北興化学工業となっていて、この会社は殺菌剤など農薬製造とファインケミカルを製造している。梅野正行氏は、北興化学工業の社員である。おそらく、京大と北興化学工業で共同研究していたのだろう。この出願は、2-置換-1-アルキルピロール化合物の製造法に関し、確かに、パラジウムの触媒やホウ素などの記述が出てくる。

クロスカップリング反応というキーワードを含む特許出願は、1981年以降、1281件で、決して多くない。主要な出願人は、件数順に、チッソ、日立化成、メルク、東ソー、リコー、住友化学、グラクソ、萬有製薬、武田薬品と続く。

チッソのクロスカップリング反応関連の出願は、ほとんどが液晶材料に関するものである。日立化成の出願は、ほとんどが感光材料に関するものである。

一方、武田薬品、メルクのような製薬会社が、クロスカップリング反応を製薬に使うようになったのは、1992年以降で、やはり、普通の化学材料よりも医薬の方が導入に慎重を要したのだろう。

あと、よく分らないのは、ノーベル化学賞受賞者の鈴木章氏も根岸英一氏も、少なくとも日本の特許出願についてであるが、クロスカップリング反応関連発明の発明者として出ていないことである。この点、熊田誠氏や、玉尾皓平氏とは全く異なる。すると、特許だの企業との共同研究に熱心になると、研究の革新性に拘わらず、ノーベル賞から遠ざかってしまうのだろうか。もしそうなら、西澤潤一氏がノーベル賞を貰えなかった理由も分るのである。個人的な感想では、西澤潤一氏の業績は、鈴木章氏や根岸英一氏の業績とは比較にならないほど大きい。なにしろ、光通信技術を根底からつくりあげたのである。鈴木氏や根岸氏のそれは、結局、熊田・玉尾カップリングのパラダイム上での研究なのではなかったか。

金星探査機

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日経新聞Webによると、JAXAは、金星探査機「あかつき」の失敗原因について解明するという。以下、引用:

宇宙航空研究開発機構(JAXA)の立川敬二理事長は9日午前に記者会見し、金星の周りを回る軌道へ投入できなかった探査機「あかつき」の失敗原因について「今日、明日にでも解明したい」と述べた。あかつきは高速通信はできており、失敗時のデータが地上に届いていることから早期解明ができるとの見通しを明らかにした。

理事長は「小惑星探査機『はやぶさ』でいいムードだっただけに残念だ。二度と起こらないよう努めたい」とし「原因究明を急ぐ」と語った。

あかつきは7日午前、金星の周回軌道へ入るため主力エンジンの逆噴射を開始した直後、大きな衝撃を受けて前転。緊急事態に備えた「セーフホールドモード」に切り替わり、逆噴射が止まった。衝撃を受けた原因は不明だが、主力エンジンの燃料噴射部の「スラスター」にひび割れが生じた可能性が浮上している。

ここでまず、金星探査機の簡単な歴史をみてみよう。毎日新聞からの引用である。最後の行は、私の追加である。

1961 ベネラ(ソ連)失敗
1962 マリナー1(米国)失敗
1962 マリナー2(米国)初めて成功し、地表が高温と判明
1970 ベネラ7(ソ連)地表に軟着陸
1975 ベネラ9(ソ連)地表撮影に成功
1989 マゼラン(米国)ほぼ地表全体の地図作成
2005 ビーナス・エクスプレス(欧州)大気観測中
2010 あかつき(日本)大気観測を予定するも、逆噴射失敗で軌道に乗れなかった

ここにあるように、1962年から一貫して各国が成功しているので、金星探査機を送り込むことは、イトカワに着陸して帰ってきた「はやぶさ」よりも困難とはいえない。それでも、「主力エンジンの燃料噴射部の「スラスター」にひび割れが生じた」ことにより失敗に至った原因は、毎日新聞によると、どうもセラミック・スラスターを使用したことにあるらしい。

姿勢が乱れた原因について8日会見したプロジェクトマネジャーの中村正人JAXA教授は「(微小な隕石(いんせき)のような)何かがぶつかったのかもしれないし、異常な方向に噴射したのかもしれない。データがそろっていないのできちんとしたことは言えない」と慎重な姿勢を崩さなかった。

だが今回、逆噴射に使った新開発エンジン「セラミックスラスター」の不具合を指摘する専門家もいる。

セラミックスラスターはヒドラジンと四酸化二窒素を燃料に使う小型ロケットエンジン。従来の合金製スラスターに比べ高温で燃料を燃焼させることができ、燃料効率がいい半面、割れやすい。中村教授は「当初は心配されたが、試験で十分な強度があると確認して採用した」と話す。

よく分らないのは、JAXAが、「はやぶさの場合は、イトカワの重力が小さいため状態を確かめながらゆっくりと接近することができた。だが、金星は通信に往復7分半かかる上、はるかに重力が大きい。あかつきは猛スピードで接近し、逆噴射と金星の重力によって進路を急激に大きく変える。こうしたダイナミックな動きを自在に制御する技術が必要になる。」という意味のコメントをしていることである。しかし、上にも書いたように、もう40年以上も前から米露は金星探査機の打ち上げに成功している。しかも、はやぶさの困難は、重力の小ささの困難ではなかったのか。すると、「セラミックスラスター」選択の不適切さの言い訳をしているとしか思えない。

ともかく、日本の宇宙技術は、ここにきて、米露に比べて経験の少なさを露呈してしまったようである。

宇宙生物学上の発見

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友人から教わったのだが、毎日新聞Webによると、NASAが、宇宙生物学上の発見」で会見するという。以下、引用:

米航空宇宙局(NASA)は29日、宇宙生物学上の発見に関する会見を2日午後2時(日本時間3日午前4時)に開く、と発表した。

「地球外生命体の証拠の探索に影響を与えるであろう、宇宙生物学上の発見」について議論するという。

会見はNASA本部で行われ、その様子はNASAテレビやNASAのサイト上でネット中継される。

このニュースを見て思うのは、いよいよ、アセンションのシナリオどおり、宇宙人の存在が、全世界に向けてアナウンスされるのだろうか。エリア51に沢山宇宙人が屯しているのに白々しいというのはさておいて、一体どんなアナウンスなのか想像してみよう。

  1. 典型的に考えられるのは、宇宙から到来する電波に、知性を示唆するメッセージが含まれていることを証明できた、というものである。そして、そのメッセージの内容も開示される。しかし、それは一体、「宇宙生物学上の発見」と言えるものだろうか。
  2. 次に考えられるのは、ウィルスの飛来に記述したようなことがきちんと証明されたということだろうか。もしそうなら、それは画期的であるが、ある意味私はもともと、フレッド・ホイル、チャンドラ・ウィクラマシンゲの説を信じているので、個人的には大して感慨はない。
  3. 次に考えられるのは、火星、木星、土星あるいはその衛星に、微生物と確定できるものが見つかった、というものである。これもまあ、例えば、木星の衛星エウロパや、土星の衛星タイタンに生物が発見されれても、何も驚くことはない。

私の乏しい想像力では、「宇宙生物学上の発見」から思いつくのはその程度である。是非とも私の乏しい想像力をいい意味で裏切ってほしい。さて、間近に迫った「NASAの宇宙生物学上の発見」を期待するとしよう。

イトカワのサンプル

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友人から教えてもらったのだが、日経のWeb記事によれば、はやぶさがイトカワから持ち帰ったとされるサンプルは、確かにイトカワのものであることが分かったという。以下、引用:

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は16日、小惑星探査機「はやぶさ」のカプセルに、小惑星「イトカワ」の微粒子を確認したと発表した。約1500個見つかった10マイクロ(マイクロは100万分の1)メートル大の粒子のほぼすべてが地球の物質と明らかに違うことが電子顕微鏡で判明。小惑星以外で混入したとは考えられず、イトカワ由来と断定した。月以外の天体に着陸して採取物質を地球に持ち帰るのは初めて。

どうやってイトカワ由来であると分かったかと思ったら、電子顕微鏡での解析で、判ったのだという。

地球や火星のような大きな惑星は、小惑星などがくっついたり、離れたりして形づくられたとみられている。

地球では溶けて無くなってしまった物質も小惑星には残る。太陽系が生まれた当時の物質を残す「宇宙の化石」といえ、地球を含む太陽系の成り立ちを解明する大きな手がかりとなる。これまでは小惑星の物質を手に入れる手段がなかったが、日本の技術が突破口を開いた。

なるほど、地球では、あらゆるものが熱で溶けてしまって、それから改めて結晶化しているので、そのような熱溶融を経ていないということで、非地球由来、すなわち、イトカワ由来であると判明したのだろうか。

ちなみに、イトカワから持ち帰られたのは、カンラン石と輝石の微粒子で、これ自体は、地球でもよく知られた岩石である。

分析チームは微粒子の、含有成分を詳しく分析した。鉄とマグネシウムの割合は、当てはまる地上の物質がなかった。隕石(いんせき)に似ていることなども突き止め「地球外物質であり、小惑星イトカワ由来である」と断定した。

なるほど、結晶化の度合いというよりもむしろ、鉄とマグネシウムの割合が隕石に類似しているという点が決め手になったのか。すると、微生物はどうなのだと、アストロバイオロジーの乗りで問うのであるが、そちらはとりあえず探索しないのだろうか。それとも、地球の微生物に汚染された可能性があるので、意味がなくなってしまったのだろうか。

ゴルディロックス惑星

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以前に、地球に似た星の記事をブログとして書いたが、TIMEの11月8日号に、それの関連記事が掲載されていたので、適宜メモしてみる。

まず、その記事に、"Goldilocks World"という見慣れない単語が出てきた。なんだろうと辞書を引いてみたら、ゴルディロックス惑星とは、「生物が生息可能な大きさ・環境・位置などの条件を満足する地球のような惑星」のことらしい。

ゴルディロックス惑星である条件は、恒星(太陽)から近すぎず、遠すぎずである。すなわち、近すぎると、恒星からの熱が、惑星の水を沸騰させ蒸発させてしまう。そして、惑星の表面の温度を、生物が生きられない程度まで高めてしまう。太陽系では、水星と金星がそれに該当する。一方、遠すぎると、水がかちかちに凍ってしまう。ただ、大気があると熱を保持できる。火星に大気があれば、生物が存在できただろう。すると、ゴルディロックス惑星であるためには、水を豊富に保有し、それが適度な液体状態に保たれる程度に、恒星から熱が供給されなくてはならない。

それでは、惑星の存在を測定する方法にはどんなものがあるのだろうか。記事によると、次のとおりである。

  1. ゆらぎ(wobble)法:惑星が恒星の周りを回るとき、惑星は恒星を重力的に引っ張るので、それは恒星のゆらぎとなってあらわれる。その動きを測定することにより、科学者は、惑星の存在を検証し、質量を推測することができる。
  2. トランジット法:輝く恒星の前を惑星の軌道が通り過ぎるとき、恒星から出される光が、微妙に翳る。その光の弱まりの程度で、惑星のサイズを推測できる。
  3. 重力レンズ法:一般相対性理論によれば、重力は光を屈曲させる。すなわち、惑星の存在は、恒星のイメージを歪める。これによって、惑星の存在が分る。

ケプラー宇宙望遠鏡は、2009年に打ち上げられ、10万個もの、太陽に似た星を見出した。そして、トランジット法を用いて、太陽系外惑星(exoplanet)を検索する。

ケプラーの担当科学者は、来年2月に、今までの検索結果を発表するというから、これは見物である。

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