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日本惑星科学会誌 Vol.17.No.1,2008

JAXAブリーフィング

水星および木星系の探査
岡田 達明

1

（要旨）日本が目指す将来の水星および木星系探査の進め方，開発や検討の状況を報告する．水星や木星は固体惑星・大気・宇宙プラズマにわたる分野横断的に重要な研究対象である．その一方で長期間の宇宙航行を余儀なくされ，熱や放射線などの環境条件を克服する必要があるなど技術的制約が厳しく，探査の機会も限定される．それゆえ分野横断的な総合探査を国際協力も含めた最高の技術水準・規模で実施するのが望ましい．そのため長期戦略に立脚したプログラムとして立案し，その実現に向けた技術開発や基礎研究を進めてゆくスタンスが求められる．

1. はじめにャー 1，2号のフライバイとガリレオによる探査のみである．ガリレオは大規模探査であったが，高利得ア水星と木星では，小型の岩石惑星と大型のガス惑星，ンテナの不具合によって最小限の成果に留まった．つ

内惑星と外惑星，という大きな違いがあるにもかかわ

まり水星と木星は偵察的な探査が実施され，いくつからずここで同時に取り上げる理由は，科学目標よりもの重要科学課題が明確化されている状況にあり，それ探査計画立案の技術的困難さや過去の探査実績の度合らを解明するための本格的な探査の実現が切望されていで整理したためである．

いる．

人類は先ず地球・月圏における宇宙技術を開発し，しかし，水星や木星の探査には高い推力と長期間の有人探査を含めた大規模な計画を進めてきた．アポロ

宇宙航行が必要である．探査機や搭載機器の軽量化，やルナによる合計９回の月試料サンプルリターンのほ高機能化，熱対策や放射線耐性など耐環境設計等の技か，周回軌道や月面での科学探査がなされた．その後術課題の克服が必要である．当然，安価な小型探査でも最近の「かぐや」まで数機の探査機が送られている．

は実現困難であり，打ち上げ機会も限定される．それ

月探査は科学，有人の両面で今後の最重要な国際的なゆえ限られた探査機会を有効活用するための策を講じ探査対象と考えられている．金星・火星圏には失敗もる必要がある．

含めてともに30機以上の無人探査機を飛ばしている．
特に近年は火星に2年毎に探査機を送り，地質・気候・

2. 太陽系探査の基本方針

生命を中心に火星集中探査が進められている．金星でもプラネットC計画など大気観測を主題にした探査が進行中である．小惑星や彗星など始原的小天体にも，

2.1

太陽系探査ロードマップ

地球軌道に接近する時機を狙って探査機を送り，スタ

太陽系探査における主要な科学目標は，JAXA内外ーダストと「はやぶさ」のサンプルリターンに代表さの研究者によって議論された太陽系探査ロードマップ

れる探査が精力的に進められている．

[1] が基となる．それによれば，1) 太陽系および惑星

一方，水星はマリナー 10号の３回のフライバイの起源・進化の解明，2) 太陽系および惑星圏の環境（2008年1月14日にメッセンジャーが1回目のフライバの解明，が主課題である．前者は特に太陽系始原物質イ）のみである．木星はパイオニア10，11号やボイジの分析や惑星内部構造の探査などを軸に，後者はプラ

1. 宇宙航空研究開発機構

ズマ物理，生存圏の理解などを軸に進めてゆく．

水星および木星系の探査／岡田59䝧䝑䝢䞉䝁䝻䞁䝪㔠ᫍ䞉ⅆᫍ㔠ᫍⅆᫍ䠄䝷䝥䝷䝇䠅Ỉᫍᆅ⌫䞉᭶ᮌᫍᑠኳయ
図１： 地球からの距離（探査機の到達しやすさ ）で分類した太陽系探査の対象．水星や木星系はこれらの中で探査の実現が最も技術的に難しいグループに属する．
（画像：NASA，JAXA提供）

太陽系探査の進め方には今後２通りが考えられる．
タイムリーな科学課題を厳選し追求する旧来の方式と，長期的視点でプログラム的に進める方式である．それぞれの方式の長所を活かし，規模の大小も適宜織り交ぜて探査を実施してゆくことが重要である．但し太陽系探査の場合，打ち上げから到着まで数年以上，水星

図２： メッセンジャーのフライバイで撮像された未撮像側の写真．丸い領域は直径1300kmのカロリス盆地である．月のオリエンターレ（東の海 ）などと異なり，見た目で存在自体がよく分からないほど色の明暗差が小さい．これはマグネシウム数が100近い還元的マントルをもつことを意味するのか，解決は今後の探査に期待される（画像：NASA提供）．

や木星では5 ～ 6年かかるため，結果を見てから次のが大きい理由（水星の起源），2) 太陽系内縁部の酸化主課題を検討する方式はもはや適当とは言えず，ある還元環境の理解（水星は還元的か？），3) 水星固有磁程度の戦略性をもって当たる必要がある．

場の構造とその成因，4) 水星の地殻変動（熱収縮かテ2.2

水星・木星探査の進め方

クトニクスか），5) 希薄大気の成因，6) 水星磁気圏の構造と変動，7) 水星の極の氷の有無，などである．

水星・木星に到着するまでに大きな速度変化（ΔV）

まさに固体惑星・大気・宇宙プラズマ科学の総合探査を必要とするので，探査機重量に占める推薬や推進系の対象である．固体惑星分野については特に，低高度の割合が高く，観測系が相対的に乏しくなる．日本独周回による重力場の精査や太陽潮汐による水星形状の自の探査計画を立てる場合は小規模かつ目的を限定し変位調査による内部構造の理解，全球の平均組成や放た探査なってしまう．この場合，ある重要な発見があ

射性元素存在比の決定による地殻物質や地殻形成モデ

り，課題が見つかっても，次の探査を行う機会の目処ルの構築，低高度および高高度での同時磁場測定によすらない状態となる．ゆえに分野連携の総合的探査をる水星内部磁場の構造の精査などが必須である．

行い，技術的最高の観測データをひと通り収集する正攻法が，長期的にみても最適といえるだろう．これは3.2

水星探査探査計画が大規模かつ高額になることを意味する．し水星は地球からみた太陽離角が小さいため観測がかし，国際協力まで含めた大型探査を実現させてこそ，難しく，過去に反射スペクトルや赤外スペクトル観大きな科学的貢献を果たすことができる．現在，水星測，大気観測，レーダ探査による極氷など限られた観探査は欧州のCornerstone枠で選定されて日欧共同で測が行われたのみである．水星はマリナー 10号によ開発を進めており，木星探査は欧州のCosmic Visionって初めて直接探査され，無数のクレータに覆われたの枠で日米欧で検討を進めている．

大地や，数100kmに及ぶ断崖地形，水星固有磁場を発見した．但し，表面組成の情報は皆無である．マリナ

3. 水星探査ー 10号による1974 ～ 75年の３回のフライバイに続き，メッセンジャーが最初のフライバイを2008年1月14日

3.1

水星の科学

水星の主要な科学的課題は[2]，1) 水星の平均密度に実施した．これで未撮像側の半球の多くの地域が撮像され，ようやく水星がその全貌を現した．メッセン
ジャー [3]はNASAのDiscovery（ 既存技術で短期間に

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たが，技術的・重量的・資金的な困難さから搭載を見送られた．
分野横断的な総合探査としては月周回衛星「かぐや（SELENE）」でも行っているが，日欧共同という国際協力で進めた点で，ベッピ・コロンボは今後のひとつの雛形的計画といえる．なお，立ち上げ時期に「はやぶさ」「かぐや」の開発が架橋だったことも影響してか，日本の固体惑星分野からの参加は，レーザ高度計，エックス線分光計，ガンマ線分光計などで，主に科学メンバーとしての参加に留まっている．機器開発グルー
プと学会やコミュニティの連携により，長期的視点で手を打つという戦略性をもつことが今後の国際協力探査への参加についての課題といえる．
図３： メッセンジャーおよびベッピ・コロンボ（低高度：MPO，高高度：MMOの2機同時観測 ）の水星周回軌道の比較．メッセンジャーは長楕円で北極側に近水点がある特殊な軌道をもつ．

4. 木星および木星系探査
4.1

木星および木星系の科学開発，単目的の探査）クラスのいわば中小規模探査で木星系は多くの衛星やリングからなるミニ太陽系をある．水星本体の地形や組成，重力場，周辺プラズマ構成しており，特にガリレオが発見した４大衛星は環境などの探査を行い，水星の知見を大きく前進させ惑星なみのサイズをもつ．活発な火山活動をするイる重要な科学的成果をもたらすと期待されるが，長楕

オ，年代の新しい氷表面をもち内部海の存在を示唆す

円軌道のため解像度，分解能，精度に限界がある．

るエウロパ，磁場があり表層進化の痕跡があるガニメ

この後に実施される水星探査としては，総合探査にデ，相対的に未進化のカリスト．木星からの距離に伴よる多項目にわたる精査である．低高度・高高度周回って木星潮汐作用の大きさが進化の違い，現在の活動の２機構成にする必要があり，探査計画は必然的に大度の違いに現れているのだろう．また，内側のリング型化する．ベッピ・コロンボ計画は日欧共同で行う２や，低密度の衛星の存在もあり，物質の組成・同位体機構成の総合探査である．

比などを系統的に調べることができれば，木星系の進3.3

ベッピ・コロンボ化過程が解明できるかもしれず，それは太陽系進化の理解にもつながる．木星本体の大気運動や組成，大赤ベ ッ ピ・ コ ロ ン ボ[4]は， 欧 州 が 開 発 を 担 当 す る

斑に代表される巨大雲の形成，衛星の希薄大気は大気MPO（ 惑 星 周 回 機： 高 度400km×1,500km）と 主 に 日科学的にも興味深い対象である．また，木星磁気圏は

本が開発を担当するMMO（磁気圏周回機：400km×

太陽系内最大最強な磁気圏であり，宇宙プラズマ物理12,000km）の2機の極周回探査機で同時探査を行う．の最重要な探査対象である．それゆえ，木星もまた分日欧の観測機器が両探査機に搭載される．前者は主に野横断の総合探査が期待される．

水星表面の地形や組成，内部構造のための探査を行い，後者は主に水星磁気圏や希薄大気の探査を行う．２機

4.2

木星探査

連携により，MPOで水星の磁場構造，MMOで周辺磁木星系の探査は水星探査と同様の問題に加え，太陽場を同時測定することで水星固有磁場の測定精度を向から5.2AU（AU＝天文単位．太陽と地球の平均距離）上させる．2013年初頭に打ち上げ，電気推進によってと遠いため，太陽光照度が低く，太陽電池による発電航行し，2019年に水星軌道に投入されるミッション期

効率が悪い．電源確保の困難さから日本独自の探査計間は約１年である．なお，初期には着陸機も検討され画だと極めて限定された探査になる．

水星および木星系の探査／岡田61

1970年代に打ち上げたパイオニア10，11号，ボイジャー 1，2号によるフライバイで木星リングの発見，SELENE᭶䝸 䝉᭶䝸䝰䝉䞁㔜ຊ䞉ෆ㒊ᅛయᝨᫍ

イオの火山活動，多くの小衛星の発見をした．1990年
代のガリレオ探査機は木星にプローブを投入，また木星本体や衛星の探査を行い，鮮明な撮像，ガリレオ衛星の磁場の発見（ガニメデは固有磁場，エウロパは誘ᝨᫍ኱ẼNozomi

PLANET-C㔠ᫍẼ㇟ⅆᫍ኱Ẽ☢Ẽᅪ

導磁場とされる）を行った．しかし，高利得アンテナの不具合により伝送された情報は限定された．
現在検討される木星・木星系探査は，NASAの次期
New Horizonとして木星極周回で大気運動や内部コアを探るJUNOが計画されている．木星系も含めた探査

SELENE-X ээ ᭶䠄䠇ⅆᫍ䠅㊰⥺╔㝣᥈ᰝ
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Ẽᅪᮌᫍ⾨ᫍ☢Ẽᅪ䠯䠰䠬(Solar Sail?)

図４： 分野横断的ミッションとその流れとして多くの提案はあるが，そのひとつに日米欧共同で欧州Cosmic Visionに提案中のラプラスがある．

査ではその長所を継承しつつ，日本の科学コミュニテ

4.3

ィにとってよりよい探査にしてゆく必要がある．

ラプラス

木星系探査は分野横断的に重要であるが，限定的とはいえ過去にある程度のデータ蓄積があることから，中小規模の探査よりも本格的な総合探査を実現することで大きな科学的進展が期待される．それゆえ，国際協力による大型探査計画の推進が重要である．ラプラス[5]は現在検討段階にあり，複数の試案の状態である
が，大体の構成は以下のようになっている．
衛 星 は 木 星 系 周 回 探 査 機（JPO）， 磁 気 圏 探 査 機（JMO），エウロパ周回探査機（JEO）から構成される．
打ち上げ時期は2020年頃で，5年ほどかけて木星系に到着する．現在，「起源」「衛星」「大気」「磁気圏」の４つの班で科学提案，搭載機器検討などを進めているので，興味のある方は積極的な参加を期待したい．

5. まとめ：水星・木星探査への流れ
このように水星および木星・木星系の探査は，複数分野連携による総合探査，国際協力まで含めた本格的なミッションとして推進することが最も妥当な策と思われる．これには長期的視点をもって早期に目標を掲げ，技術開発，機器開発，基礎科学研究，国際協調の議論を進める必要がある．その意味で，戦略的なプログラム探査という要素無しには成立しない．
分野横断的探査はすでに「かぐや（SELENE）」で実施しており，さらにベッピ・コロンボでは分野横断に加えて日欧協力で進めており，国際協力の道筋が築かれつつある．木星探査，さらに今後のプログラム的探参考文献[1] 太陽系ロードマップ検討小委員会報告書, 2007,(http://www.isas.jaxa.jp/home/rigaku/roadmap_report.htm).
[2] 岡田達明, 2005, 遊星人, 14, 127-133.
[3] Solomon, S.C., 2001, Planetary Space Sci., 49,1445-1465.
[4] Grard, R., and Balogh, A., 2001, Planetary Space
Sci., 49, 1395-1407.
[5] Blanc, M. et al., Experimental Astronomy, inpress.