もう一つの月世界へ：火星衛星探査計画MMX その1 〜MMXが開く新しい扉〜／倉本123

もう一つの月世界へ：火星衛星探査計画MMX
その1 〜MMXが開く新しい扉〜

倉本 圭1，2（要旨）火星衛星探査計画M M X ( M a r t ia n Mo ons eXplorat ion) の探査機開発が，来年の打ち上げに向け佳境に入っています．今号から，M M X計画について紹介する連載を開始することにしました．色々な切り口から，ＭＭＸの魅力，奥行き，面白さを，お届けしたいと思います．第一弾の今回は，ＭＭＸの目的地である火星の月と，ＭＭＸ計画の狙いと概要について，紹介します．

90 余の月を従える木 星を筆 頭に，太陽系の巨大大気，大量の水を湛えた海，そして水循環があり，地惑星がそれぞれ多くの月を保有するのと対照的に，球にもっとよく似た姿をしていたと推定され，今も残地球型惑星の月は全部でたったの三つしかありませる地下水圏に微生物が生き延びている可能性も指摘ん．そのうち二つが火 星のPhob o sとD ei mo sであされています．私たちは，この火星の上空に浮かぶもり，残り一つの地球の月は，いうまでもなく探査機とう一つの月世界の調査から，未だ定説がないこれら人間が到達した無二の地球外天体です．の月の起源を決め，そして大気と水を保有する，生地球の別世界の最初の直接探査，つまり地球の月の探査は，今日の惑星科学の扉を開いたといってよ

命の生存が可能な惑星の形成過程について知ることができると考えています．

いでしょう．地球の月は，自身だけでなく，地球や太ところで，これほど太陽系の調査が拡大し，惑星陽系の形成と進化について実に多くことを私たちに形成の理 解が進んだなか，火 星の月の起源が未だ語りました．太陽系に45 億年の歴史があること，月に分かっていないとは，いったいどういうことなのでは母惑星地球とともに幾多の激しい天体衝突を経てしょうか．人類が，火星に小さい2 つの月があること

きたこと，誕 生直後は熱でほぼ全体が溶けており，に気付いたのは1877年のこと，発見者は米国の天それが冷えて原始地殻が形成した後も，しばらくは文学者Asaph H a l lでした．とても小さな天体であ活動的で噴火活動を繰り返していたこと，そして太るため，地上望遠鏡の観測では点光源にか見えず限古の地球が原始惑星の巨大衝突を被り，その副産物界がありましたが，いまでは，火星探査機による観として月が生まれたことは，いずれも地球の月の調査測などから，すくなくとも外見についてはかなり良くから初めてわかったことです．

分かってきています．大きさは地球の月のそれぞれ火星衛星探査計画M M Xの目的地は，地球にもっ1/ 160（ Phob o s），1/280（ D ei mo s）ほど，大小の衝とも似る表層環境を持つ惑星である火星が従える月突クレータに覆われたいびつな形をしており( 図1)，たち，Phob o sとD ei mo sです．火星は，現在こそ大空隙のない岩石に比べ明らかに小さい密度を持っ気が薄く，寒冷な砂漠で覆われた惑星ですが，浸食ています（Phob o s 1. 86 g /cm ，Dei mo s 1.47 g /地形や堆積物の調査から，太古の火星には，濃密なcm 3 ）．こうした特徴は，小型の惑星と言えるほどの1.北海道大学
2.宇宙航空研究開発機構
keikei@ep.sci.hokudai.ac.jp

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大きさを持つ地球の月とは対照的です．表面の色は黒っぽく，波長別の日射の反射率も炭素質小惑星に似ています．ここから，火星の月は，小天体が火星の124

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図1： Phobos（ 左）とDeimos（ 右）．三軸不等楕円体で近似した三軸半径はそれぞれ13 km×11.4 km×9.1 km (Phobos)，7.5 km× 6.1 km
× 5.2 km (Deimos)．画像はそれぞれMars Reconnaissance Orbiterの撮像．明るさと色のコントラストが強調されており，実際はどちらも黒っぽい色をしている．画像NASA /JPL- Caltech/University of Arizona．

重力に捕まったものである，という「捕獲説 」が唱え遇する小天体はランダムな方向からやってくると思わられてきました．捕獲の仕組みとしては，生まれたてれ，捕獲天体が二つとも整った軌道に入る確率は非の火 星は周囲の原始惑 星 系円盤ガスを引き付けて常に低いと見積もれます．そこで，かつて火星に大規大きく広がった原始大気を持っており，その空力抵模な天体衝突があり，飛び散った大量の破片が，火抗によって接近遭遇天体が火星の重力につかまる機星の周りに円盤（リング）を作った後に，破片同士が構が提案されています．

次々に合体して月ができたとする巨大衝突説が新た

もしこれが本当だとすると，できたての火星に水に提唱されました．この仕組みなら，整った軌道がうや有機物を含んだ小天体が多数飛来して，火星に大まく説明できます．また，火星の北半球に広がる巨大気と水を供給する一方，たまたま落下を免れて，火なボレアリス盆地など，火星の月を産んだ巨大衝突星を周回するようになったのが火星の月だと考えられの痕 跡かもしれない地形が 残されています．もしこます．この場合，木星などの巨大惑星が軌道を大きくれが事実だとすると，火星の月は，原始火星と衝突変えたことで，太陽から遠方でできた氷と有機物を天体それぞれから飛び散った物質が混ざってできて豊富に含んだ天体の軌道が乱され，一部が地球型惑いることになります．ただそうした物質が，火星の月星領域に入り込んできたとする，地球型惑星への水の反射率の特徴と整合的なのかは不明です．の供給過程として有望視されている仮説が実証できるかもしれません．

もう一つの月世界は，私たちに何を語るでしょう
か．もし捕獲説が正しければ，炭素質小天体が，太しかしこの捕獲説には異論 があり，それは火 星古に地球型惑星領域へ運ばれ，火星に大気や海のの月が「整った軌道」を持つことから来ています．実材料物質をもたらした証となりうるうえ，物質を詳しは，火星の二つの月は，母星の自転と同じ向きにほぼく分析できれば，もともとの形成位置と形成環境，ま円軌道で周回しています（図2）．火星の赤道面と月た木星など巨大惑星の形成と軌道進化が関わった，の軌道面の傾きは，ほんの1°から2°しかありません

氷と有機物を含む小天体の形成，進化，移動のプロ（Phob o s 1. 02°，Dei mo s 1.788°）．火星に接近遭

セスを読み解くことができます．これは地球や金星

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図2： 火星の月の「整った」軌道．どちらも火星の赤道上をほぼ円軌道で公転している．公転半径はPhobosが9376 km (2.76火星半径)，Deimosが23463.2 km (6.92火星半径) で，Phobosは火星静止軌道半径 (6.03火星半径) よりはるかに内側を公転し，軌道周期は7時間39 分12秒と，火星の一日の長さ24時間37分に比べたいへん短い．両衛星とも公転と自転が同期し，常に同じ面を火星に向けている．
中央の火星の画像ESA, CC BY- SA 3.0 IGO．

が水と大気を獲 得した仕組みの解明に波及します．

た大気成分が少し混じっているかもしれません．こもし巨大衝突説が正しければ，いつどんなサイズとれを抽出できれば，火星の月のそばからの火星大気組成の天体が衝突したのか，そして衝突直前の原始観測と併せて，太古に氷を溶かすほど分厚かった火火星はどんな組成や状態にあったのか読み解くこと

星大気が，現在は薄くなってしまった理由がわかるでができます．理 論 的に想定されている衝突天体は，しょう．

火星の3％ほどもの質量があり，その組成次第では，

M M Xは，火星の月が秘める情報を読み解くため太古の火 星表面の大気と水のほぼ すべてを供給でに，8つの科学観測装置を用いた Phob o sの連続近きるほどの大きさです．衝突天体の同位体組成から接観測とD ei mo sのフライバイ観測，Phob o sからのは，種々の隕石の組成との対比から，太陽系のどのサンプルリターンを行います．探査機の全体像を図3領域で形成されたのか，推定できます．また，火星のに示しました．

月の起源が何であれ，物質の年代学と，衛星表面の装 置 の 主 な 役 割 を 紹 介 し ま す．望 遠 カメラ

詳しい地形・地質を突き合わせることで，火星の月の(TENG OO : TElescopic Nadir imager for

衝突史と地質史を，年代目盛りを入れて描くことがで

G eO mO r pholog y) とレーザー測 距 計 ( L I DA R :きます．

Light Detect ion a nd R a ng i ng) は Phob o s のPhob o sは火星表面から，火星の直径に満たない形 状と地形を詳しく調べ，可視多バンド広角カメラ

6000 k m弱しか離れておらず (図2)，火星上の直径(ORO CH I : O pt ic a l R a idometer compo sed O f

数 10 k m以上のサイズの衝突クレータからの放出物

CH romat ic I magers)， 近 赤 外 分 光 計 ( M I R S :が十分 到達できる範囲にあります．Phob o sの表面

M M X I n f r a re d S p e c t romet er, C N E S 提 供 )，に混入したこれらの物質を手に入れることができれガンマ線中性子分光計は ( MEGANE: Mars moons

ば，火星の表層の組成，過去の表層環境の変遷，地Exploration with GAmma rays and Neutrons,

下の微生物の有無に迫ることができるかもしれませNASA 提 供 )，Phob o s 表 層 の 鉱 物 種 と 元 素 組ん．さらには，Phob o s の土壌には火星から流出し成 を 明 ら か にしま す．イオン 質 量 分 析 計 (Mass126

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図3： MMX探査機の構成．観測機器の大部分は4 本の着陸脚に囲まれたマイナスz面に搭載される．着陸脚の先端の着陸パッドを頂点とする正方形の一辺の長さが約4 mである．MEGANEにはガンマ線分光部GSと中性子分光部NSがある．画像 JA X A．

Spectrum Analyzer) は，Phobos，火星大気，太分光計M EGA N Eは，ものをよくみるための道具で陽風に由来する種々のイオンを捉え，Phobosからのある眼鏡（日本語）にそれぞれちなんで名づけられま

水蒸気放出の有無，Phobos表面の元素組成，火星した．

大気の流出などを調べます．ダストモニタ (CM DM :予想される火 星の月の物質組成は，起源が 捕獲

Circum Ma rt ia n Dust Mon itor) は周火星空間か，巨大衝突かによって異なります．起源が 捕獲なでのダストのフラックスを観測し，火 星の月の軌 道ら，炭素質隕石と同様の化学組成と含 水 鉱物に富に沿って未発見のダストリングが 存在するのか，ダむ鉱物組み合わせになっているはずです．内部にはストの衝突が火星の月の表面の変質にどう影響して氷も残っているかもしれません．これに対して，巨大いるのか明らかにします．ローバー ( M M X Rover :衝突の場合は，衝突エネルギーによって物質が強くCN E SとDLR 提供) は，カメラ，レーザーラマン分光

熱され，また，火星からはもっぱら岩石圏の物質だ

計，熱放射計を搭載し，Phobos表面での車輪の動きけが飛散 するので，蒸発しやすい元 素や鉄に乏しの観察，鉱物の分光，地表面からの熱放射の測定なく，火成岩的な特徴をもった物質から火星の月がでどから，Phobos表面の砂礫の状態や鉱物組成を明きていると予想されます．

らかにします．以上の装置は，着陸点の選定と，採取

火 星の月が 何からできているのかは，帰 還試 料

試料の分析結果の解釈に欠かせない，試料の産状のの分析ではっきりしますが，Phob o sの接近観測か特定にも使用します．また可視多バンド広角カメラ，近らもかなりわかると期待しています．たとえば，でき赤外分光計，望遠カメラは，Deimos観測と火星の広たての衝突クレータを見つけて，風化の影響の少な域気象観測にも利用します．

い堀起こされた領域を分 光観測すれば，含 水鉱物

ところで，これらの装置の一部には，とてもユニーの有無が判別できます．また M E GA N EやM S Aはクな略称が付けられています．望遠カメラTENG OO

Phob o s 表層の主要元素の量比を決めることができは，鏡筒が伸びていることから天狗に，可視多バンドます．表面から一定量の水蒸気の放出が確認できれ広角カメラOROCH Iは，バンド別に8つの小型カメラ

ば，Phob o sに氷があるとわかります．従 来の観測を並べていることから八岐大蛇に，ガンマ線中性子は，空間解像度や観測波長帯，観測手法が万全で

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なく，火星の月の組成は曖昧なままになっています．

なっています．打ち上げ時には，推進モジュール，帰M M Xは格段に良いデータを取って，火星の月の起還モジュール，探査モジュールの組み合わせになって源に迫ります．

おり，火星周回軌道への投入が完了したのちに推進

実はこれら8つの科学観測装置のほかにも，MMXモジュールを分離，科学観測を終えたのちに探査モ

探査機にはアウトリーチを主目的とするハイビジョン

ジュールを分離して，帰還モジュールだけが火星重カメラ（SHV: Super Hi-Vision camera, NHK提供），力場から脱出し，地球への帰路につきます．

将 来 の有人 火 星 探 査 に向け， 航 行 中の放 射 線 環

M M X 探 査 機 は，2024 年に 現 在 開 発 が 進 めら

境データの取得を目的とする，放射線モニタ (IREM:れているH 3ロケットを用いて打ち上げる計画です．

Interplanetary Radiation Environment Monitor)

約一年かけて火 星圏に到着し，約三年間，二度のが搭載されます．これらの機器のデータも，探査機航Phob o s 着陸とサンプル採取を挟んだ科学観測を実法用の機器データと併せ，火星の月の理解に役立て施します．そしてまた約一年をかけて地球に帰還しることができます．

ます．計画通りに行けば，M M Xは火星の月の発見か

MMX 探査機は二種のサンプリング装置を搭載しら150周年の記念の年に，火星の月に史上初めて軟ます．主力のコアサンプラ (C - SM P: Core Sampler)着陸する探査機になります．また，他の惑星を周回しは，二重円筒構造になっているコアラーを，マニピュたのちに，地球に帰還する探査機としても世界初とレーターの操作でPhobos表面に突き刺し，内径約なります．

2 cm，長さ約10 cmの内側の円筒を引き抜いて試料読みやすさを優先するため，本稿では個々の記載を回収します．コアラーは2セットあって，異なる2地について引用文献を付すのは避けています．今回の点からの採取を行えるよう設計されています．もう一内容については，本誌に掲載した論文 [ 1] あるいは種は，技術デモンストレーションを主目的にNASAか他の専門誌の論文 [2]により詳しい記載があります．

ら提供されるニューマティック（空 気 圧式）サンプラ

個々の項目についての引用文献については，これら( P- SM P: Pneumatic Sampler) です．これは純 粋の論文からたどっていただければ幸いです．

な窒 素ガスを吹き付けて表 土を採 取します．こちらは 1 地 点 からの 採 取に限 定されます．回収試料はいずれも，帰還カプセル（SRC：Sample ReturnCapsule）に収 容するサンプルコンテナに移送され次号へ続く．

参考文献[1] 倉本圭ほか, 2018, 遊星人 27, 207.

ます．
M M Xは，火星の重力圏の奥深くに一度入り，そこ[2] Kuramoto, K. et al., 2022, EPS 74, 12.

から地球に戻るため，探査機を順次減量する設計に

著者紹介
C OE 研究員，日本学術振興会特別研究員PD，北海倉本 圭
北海道大学 大学院理学 研究院

道大学理学部助手，北海道大学理学部助教授など

教 授．東京大学大学院理学系研を経て2007年から現職．2018 年から宇宙航空研究

究 科地 球 惑 星物理 学 専 攻 博士

開発機構宇宙科学研究所特任教授を兼任，M M X

課 程修了．東 京工業 大学 理学部

計画の主任研究者を務める．専門は惑星科学．特に一般教育等地学技術補佐員，東初期太陽系の物質進化，惑星の分化，大気の起源と京大学気候システム研究センター進化など．日本惑星科学会，Jp GUなどに所属．