2020年末、惑星科学者のマレク・スリプスキー氏はコンピューターに張り付き、数え切れないほどの時間を（本人は認めたくないほど）費やし、火星の大気の画像を次々とじっくりと観察していた。ズームインしたり、コントラストを調整したり、明るさを上げたり、色をいじったりした。NASAジェット推進研究所（JPL）のポスドク研究員であるスリプスキー氏は、雲を探していた。この作業のためのアルゴリズムを作成したが、結果はまちまちだったため、データを目視で確認することにした。
しかし、すぐに手に負えなくなってしまった。スリプスキーが研究していたほんのわずかなデータの中にさえ、高度や明るさが異なる、非常に多くの雲の集団が存在していたのだ。「1週間ほどこの作業を続けた後、『ああ、これはもう少し時間がかかるな』と思いました」と彼は振り返る。「誰かの助けがあればいいのにと思いました」
幸運なことに、NASAは市民科学シードファンディングプログラムの募集を開始したばかりでした。このプログラムは、宇宙ファンに最先端の研究に参加する機会を提供するものです。スリプスキー氏とJPLの大気物理学者アーミン・クラインベール氏は、すぐに提案書の作成に着手しました。もしかしたら、スリプスキー氏がこれまでほぼ一人で取り組んできた中間圏雲の特定に、NASAの協力があれば取り組めるかもしれません。中間圏雲は地表から50～80キロメートルの高度に漂い、火星の大気温度、氷、塵の含有量を測定するために火星を周回する観測機器、火星気候サウンダーのデータに含まれています。「実は、私たちの提案は惑星に関するものだけでした」とクラインベール氏は言います。「まさに星の並び、いや、惑星同士の相性だったのでしょう！」
数週間にわたるベータテストを経て、6月下旬に「火星の雲スポッティング」プロジェクトが、数百の市民プロジェクトをホストするプラットフォーム「Zooniverse」上で開始されました。これまでに約2,600人のボランティアがこのプロジェクトに参加し、フォーラムで自己紹介（「雲を追いかける準備はできました」とフランス出身の整備士が投稿）をしたり、気象サウンダーが高度、場所、時間帯ごとに作成した大気の地図を詳しく分析したりしています。参加者はコンピューターとインターネット接続さえあれば、プロジェクトに貢献できます。データはブラウザに埋め込まれた可視化ツールで閲覧でき、簡単なチュートリアルも用意されています。
クラウドスポッティングチームを構成する5人の研究者は、この研究によって赤い惑星の地球規模の気象パターンや、地球に比べて大気がなぜこれほど薄いのか、さらにはかつて火星の表面に存在していた液体の水がどのようにして宇宙空間に逃げていったのかを解明できることを期待している。「この市民科学プロジェクトを通じて得られる気候学は、これまでの文献で明らかになったものよりもはるかに包括的なものになるでしょう」と、探査機の副主任研究員であるクラインベール氏は語る。
彼は特に、二酸化炭素（ドライアイス）または水氷で構成される火星の雲の形成過程に興味を持っています。「二酸化炭素の雲は、大気の構造と力学、そして極低温につながる条件について何かを教えてくれるでしょう」と彼は言います。二酸化炭素は通常、火星の大気よりも低い温度で凝縮するためです。「一方、水氷の雲は、水蒸気の存在と、水蒸気をこのような高高度まで運ぶプロセスについて何かを教えてくれるかもしれません。」
このサウンダーは、2006年から火星を周回しているマーズ・リコネッサンス・オービター（MRO）に搭載された6つの観測機器のうちの1つです。9つのチャンネルを備え、それぞれ異なる波長の可視光線または赤外線に調整されており、火星表面から上空80キロメートルまでの熱放射を計測します。サウンダーは雲を調査するために特別に設計されたわけではありませんが、ミッションの科学者たちは、これらの熱マップに雲の存在を示唆する目立つアーチ状の特徴があることにすぐに気づきました。彼らは、これらのアーチは、探査機が軌道に沿って移動する際に、雲と赤外線センサーの角度が変化することによって生じると結論付けました。サウンダーが雲に近づくと、センサーに対して雲は空高く見えます。サウンダーが雲を越えると、雲は地表に近づいて見えます（これは、地球の自転に伴って、地球の空で太陽がアーチ状に昇ったり沈んだりするのを見るのと似ています）。つまり、アーチの頂点が、火星表面からの雲の実際の高度を表しています。
Cloudspottingプロジェクトでは、市民科学者がポイントアンドクリックツールを使い、異なる高度と時間における測深機のヒートマップ上で発見したアーチのピークを特定します。各画像は4つの異なるフレーム（オリジナル画像と、コントラストと明るさのレベルが異なる3つの画像）で表示されます。ユーザーは色を反転させて、特にかすかなアーチを見つけることもできます。アーチと見なすものには個人差があるため、人為的なミスを考慮するため、画像が完成とみなされるまでに20人のユーザーが同じ画像を分類する必要があります。
スリプスキー氏とクラインボー氏は当初、約4ヶ月半分の画像をCloudspottingのウェブサイトにアップロードしました。この大量のデータの解析には数ヶ月かかるだろうと予想していたからです。「しかし、圧倒的な反響がありました」とクラインボー氏は言います。「本当に素晴らしかったです。予想をはるかに上回りました。」わずか2週間で、市民科学者たちは6,000枚以上の画像（12万以上の分類）を精査し、平均して1枚あたり3～4つの雲を発見しました。
「火星の雲探知」では、NASA の火星探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」が収集したデータの中に、このようなアーチがないか一般の人々に探すよう呼びかけています。
写真：NASA膨大なデータセットの分析に一般の人々の協力を得ることは目新しいことではありません。科学者たちは、宇宙写真の分類や降雨記録のデジタル化などにZooniverseを活用してきました。これは、コンピューターでは識別できないほど隠れていたり複雑すぎたりする特徴を探す研究にとって有利なアプローチです。「人間は数千年かけて進化し、パターン認識と不要な情報の除去に非常に長けています」と、Zooniverseの創設につながったプロジェクト「Galaxy Zoo」の主任研究者であるハバフォード大学の天文学者カレン・マスターズ氏は述べています。「しかし、コンピューターを騙すのは依然として比較的簡単です。」
しかし、マスターズ氏によると、一般の人々と協力することには、それなりの課題が伴う。それは、人々の関心を引きつけ、そして維持することだ。人々の関心を維持するために、クラウドスポッティングチームはフォーラムで積極的に活動し、トラブルシューティング、人々が発見した興味深いアーチの特徴への対応、そして火星科学に関する議論の活性化に取り組んでいる。（あるボランティアは、アーチの特定が将来の有人探査ミッションで火星の大気圏を航行する上でどのように役立つかについて考えを巡らせ、「氷の雲の中を飛ぶのは絶対にダメ！」と発言した。）7月15日、スリプスキー氏はウェビナーを開催し、市民科学者が研究チームや科学者同士と交流する機会を提供した。
Cloudspottingチームは、ボランティアが気候サウンダーから得られる火星の8年間（地球の約16年間）にわたるデータをすべて分析できるとは考えていません。むしろ、代表的な数年間のデータを分析した後、スリプスキー氏は、雲の特徴を用いてアルゴリズムを訓練し、より信頼性の高い結果を得ることができることを期待しています。最終的には、科学者が火星の大気の過去と現在について学ぶために使用できる、最も包括的で長期的なデータセットの一つとなるでしょう。
イラスト: NASA
「16年間のデータというのは、決して些細なことではありません」と、ボストン大学の惑星科学者で、このプロジェクトには関わっていないマジド・マヤシ氏は語る。「このデータは、中間圏だけでなく、下層大気や上層大気の研究にも、水と雲の性質、そしてそれらの関係性について、間違いなく役立つでしょう」。火星の電離層から宇宙空間へ水が逃げ出す様子を研究しているマヤシ氏は、水が地表から高高度へ輸送される際に雲が重要な役割を果たしていると指摘する。
「これは、火星の大気が温暖で湿潤な惑星から、今日の冷たく乾燥した惑星へと進化する上で、非常に重要な役割を果たしてきました」とスリプスキー氏は語る。市民科学者の協力を得て、クラウドスポッティングチームは来年早々に予備的な結果を発表したいと考えている。データセット全体が分析されれば、この研究をさらに発展させ、火星全体の雲の分布と気候パターンの完全な特徴づけ、そして塵、水蒸気、二酸化炭素が火星の空をどのように移動するかを詳細に理解できるようになるだろう。
しかし、それまでにはまだ分析すべきデータが山積みだ。2週間前、クラウドスポッティングチームは2回目のバッチを公開した。約1万2000枚、地球の8か月分に相当する画像で、引き続き分類作業に携わってもらうためだ。彼らは、この市民科学プロジェクトが今後2年間継続すると予想しており、火星気候サウンダーは2022年末まで（NASAがミッション延長を決定した場合はさらに長期）、情報を送信し続ける予定だ。「できれば10年末まで、あと数年分の火星年分のデータを蓄積できればと思っています」とクラインベール氏は言う。「そうすれば、火星の大気の詳細な気候学を真に確立できるでしょう」
