古今未曽有の日本の月/火星地下世界探査 (UZUME)計画／春山 他

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特集「古今未曽有の日本の月/火星地下世界探査 (UZUME)計画」

古今未曽有の日本の月/火星地下世界探査(UZUME)計画

春山 純一1，河野 功1，西堀 俊幸1，岩田 隆浩1，山本 幸生1，桜井 誠人1，大槻 真嗣1，諸田 智克 2，石上 玄也 3，
月火星の地下空洞直接探査リサーチグループ（要旨）Unprecedented Zipa ng u Underworld of the Moon / Mars Exploration ( UZU M E:古今
未曽有の日本の月/火星の地下世界探査計画）は，月や火星の縦孔とその底の奥に広がる溶岩チューブのような地下空洞の探査を目指すものである．本計画では，理学目的として，1）「 生命圏」の発現，そしてその「持続条件」，および2）人類の「居住圏」拡大の可能性についての知識を積み重ねることを掲げ，これまで，宇宙科学研究所宇宙理学委員会のもとで「月火星の地下空洞直接探査リサーチグループ」において検討を重ねてきた．現在，ワーキンググループとなることを目指している．本特集では，UZU M E計画に関わる，解説論文 2 本ほか，査読論文4本を本号，ならびに次号以降に収録予定である．本稿では，UZU M E計画の概要を解説する．

図1： SELENE搭載地形カメラが2009年に発見した縦孔の位置．1：マリウス丘の縦孔（303.3°E, 14.2°N）．2:静の海の縦孔（33.2°
E, 8.3°N)，3：賢者の海の縦孔（166.0°
E，35.6°
S)．背景はSELENE/地形カメラ画像．

1. 月の縦孔・地下空洞にも及ぶ縦孔を，月のマリウス丘，静の海，賢者の海に発見した（図1）[ 1- 3]．ハワイ島や日本の富士山

20 09 年， 日 本 の月 周 回 探 査 機 S elenolog ic a l

麓は，月の海と同じ玄武 岩質溶岩に覆われているa nd Eng i neer i ng Ex plorer ( S E L E N E，かぐや）が，そこには火成活動起源の地下空洞「溶岩チューブ」に搭載された地形カメラは，直径深さともに数 10mが数多く見られることから，これら月の縦孔は，溶岩チューブに開いたものとの仮説が立てられた[1- 3]．

1. 宇宙航空研究開発機構
2.東京大
3.慶応大

その 後， 米 国 探 査 機 Lu n a r Recon n a is sa nce
O rbiter ( L RO) に搭載された狭 角カメラによる高解 像 度画像データにおいて，これらの縦 孔 底は通116

日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 3, 2020

図2： LRO狭角カメラによる,月の静の海の縦孔直下視画像（Product ID: M12671087R）．縦孔の底は,お椀型をしておらず，また縦孔周辺に飛散物が見られない．これらのことは,縦孔は溶岩チューブのような地下空間に開いたものとの仮説を支持する．撮像時の太陽角度と,縦孔底の明暗境界位置から深さ107ｍと求められている．

図3： LRO 狭 角カメラによる，月の 静 の 海 の 縦 孔 直 下 視 画 像（左：Product Id _M155016845R）と 斜 め 撮 像 画 像（右：Product ID_M152662021R)．斜め観測から直下視で見えていた三つの岩の奥に空間が広がっていることが分かる．右画像の三日月状の明るいとこ
ろは，縦孔の壁でおおよそ47mの張り出し，すなわち高さ60mにも及ぶ空洞の入り口になっている．
（両図中の楕円は，安田遼氏による）常のクレータとは異なり，お椀型となっていないこと

2017年，米国の重力場探査機 Gravity Recovery

や，縦孔周りには飛散物がまったく見られないこと

and Interior Laboratory （GR A I L）のデータ解が確認され（図2）[4]，月の縦孔は地下空洞に開いた析結果から，マリウス丘の縦孔から西方向，縦孔がものとの仮説がより強く支持されることになった．

見られるリル構造に沿って，質量が相対的に欠損し更 に，L RO 狭 角 カメラ に よる 斜 方 観 測 で は，ていることが見いだされた[6]．また，S E L E N E 搭載

S E L E N Eの発見した三つの巨大な縦孔底に，明らの能 動 的なレーダ 探 査 装置 であるLu n a r R ada r

かに水平方向に延びている地下空間が存在すること

S ou nder（ L R S ) の データに， このマリウス丘 の 縦が見いだされ，この仮説が更に一層支持されること孔がみられたリル構造にほぼ 沿った場所数カ所に，になった[4]．

地下からのエコーの 急 激 な減 少（地下の空 洞の 存

その後，「海」領域には，十にも及ぶ縦孔，あるい在を示唆する）の後に引き続いてみられる強い反射は陥没地形が発見されているが [ 5]，画像データ以外（チューブの底の存在を示唆する）を示すものが発見にも，「月の縦孔は，溶岩チューブに開いたもの」とすされた[ 7]．これから推察するに，この溶岩チューブる仮説を支持する探査データが得られてきている．

は距離にして50k mに及ぶ．

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図4： マリウス丘の縦孔（矢印先）近傍で得られたSELENE搭載レーダサウンダー受信波のプロファイル．横軸は，真空を仮定したときの反射面の深さ．月の平均半径1737.4kmが、ここでは0km．縦軸は反射波強度．月表面からの最も強い反射（赤点）と，より深部からの二番目に強い反射（青点）が見られる．これら一番目と二番目の強い反射の間に急激な反射の減少が見られ，地下空洞の存在を強く示唆する[7]．

図5： a:MRO搭載HiRISEが撮像したエリシウム山近傍の縦孔列（28.5N,139.9E，EPS _ 04629_ 2090)．b:aの四角枠拡大図．火星にも，多数の縦孔が見つかっており，中には本図のように，縦孔や陥没地形が鎖状に連ななってみられるものがあり，その下に溶岩チューブが存在しているのが想像に難くない．図は，Goto et al. (2017）[10]より転載．

このように，近年得られた様々なデータから，月のの1年のうち1-2 週間ほど，温 度- 圧力関係から液層地下空洞の存在が，そしてそれは溶岩チューブであの水が存在しうる可能性が高く，生命探査の重要候ることが，確実なものになりつつある．

補地である．また，利用可能性も高い．火星の縦孔・

2. 火星の縦孔・地下空洞
火星においても，月と同様の縦孔が発見されている[8]．その形態から，火星の縦孔も溶岩チューブに開いたものと考えられる．すでに火 星では発見された縦孔の数は，50以上にも上り[ 9]，最初に発見され地下空洞探 査において，地球により近い月の縦孔・溶岩チューブの探査で培われる知見と経験が，非常に有用になることは言うまでも無い．

3. 月火星の縦孔・地下空洞の基地としての有用性とUZUME計画たアルシア山の麓の他，かつて海に囲まれていたと

月火 星の溶岩チューブが 重要 視されるのは何 故されるエリシウム山にも，多 数 見つかっている[ 10]か？それは，人類が活動領域を地球から宇宙に拡げ(図 5）．アルシア山，エリシウム山地域は共に，火星て行く際に，優れた居住域を提供すると考えられる

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日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 3, 2020からである[ 1, 3,11]．例えば，月火星の溶岩チューブプ」が設置され，探査の第一歩をより現実的にしようの様な地下空間は，宇宙からの放射線や，微隕石かとしてきた．2020 年度には次のステップとなるワーキら，人類や機器を守ってくれる．
（月の縦孔内におけンググループへ移行し，2020 年代半ばのプロジェクる，放射線の影響については，本特集号の内藤らにト実現を目指す．

よる論文を参照されたい．）また月表面は，極端な温度変動がある場所であるが，マリウス丘や静の海の縦孔に関わる地下空洞は，約－20℃，非常に一定し4. UZUME計画における科学探査た温度環境であると理論的に推測されている．火星

宇宙理 工学委員会のもとに設 置された国際宇宙表面には砂嵐が発生するが，それもまた，地下空間

探 査専門委員会による中間報 告 書（2019 年 3月）にであれば，影響がきわめて少ないであろう．

よれ ば，「惑 星科 学 の大目的は『ハビタビリティ』にアポロ11号による人類初の月面着陸は，すでに50かかわる知識を増やしていくこと」である．すなわち，年以上前のことである．当時，人類はすぐにでも宇（１）過去にどのように生命や生命を育んだ環境「生宙へとその活動領域を広げていくかに見えた．しか命圏」が生まれ，その後，進化維持されたかというし月面の過酷な環境は人類の訪れを拒み，また一方「持続条件」といった知識を増やしていくこと （２）で，アポロ計画や旧ソ連のルナ計画による優れたリ今後，我々人類の住む世界「居住圏」を宇宙へと「拡モセンデータ，合計400kg 近くにもなる岩や砂の試大 」していくうえで必要な宇宙の知識を増やしていく料をもとに，月の科学が一気に推し進められたこと

こと，である．

で，逆に，月の科学探査の魅力を失わせ，結果的に惑星科学の大目的（１）の「生命圏」の起源と進化

月探 査を推し進める原動力が無くしてしまったのか

維持に関わる要素は，多種多様にあるが，地球のよもしれない．実際，月への回帰が始まるのは，1990

うな固体天体でも最も重要な要素の一つは「火成活

年代を待たねばならなかった．

動」である．火成活動は，地表面，大気，更には深今世紀に入って再び，日本をはじめ，欧米，イン海に物質・エネルギーの再分配をもたらし，環境にド，中国が，月探査へと乗り出している．そうした中，大 小 様々な規 模の変 動をもたらす．言い 換えると，月の溶岩チューブ探査も探査対象として，注目を浴

環境変動に敏感な「生命圏」の変化を理解するにはびつつある．例えば，2018年3月，日本によるホスト「火成活動の理解」が必須である．

で， 各 国の 宇 宙 機 関の閣 僚 級 会 合International

月の地下空 洞直接 探 査によって調 査を行おうと

s p a c e e x p l o r a t i o n f o r u m 2 ( I S E F 2) が 開 催する月の「溶岩チューブ」は，地球にも見られる溶岩されたが，それに先立ち，I nt e r n a t i o n a l S p a c e

流によって形成される地下空洞である．火成活動がExploration Coordinate Group ( ISECG) により大規模，広範囲になれば，より多くの生態系へと影まとめられたGlobal Exploration Roadmap (GER)

響し，「生命圏」の激変を生むことにもなるが，溶岩3版で，将来の探査地点候補として” lava tube”の語

チューブの形成は，溶岩の長 距離輸送を可能にし，句が記されたりしている．

火 成活動の影 響を広範囲に広げることから，溶岩こうした動きもふまえ，我々，宇宙理学・工学者，チューブの形成は，火成活動そのものだけでなく，更に 教 育 現 場 や 科 学 館 など 文化 施 設に籍をおく生命圏への火成活動への影響，という点で重要な因者たちで，月火 星の縦 孔，地下空洞探 査を進めよ子である．また，溶岩チューブのサイズや形 状等かうとして い る．この 探 査 計 画 をUnprecedented

らは溶岩流の物理的諸量が求まり，それらは，例えZipa ng u Underworld of t he Moon / Ma rs

ば溶岩流の温度などの噴出情報を知る手がかりとな

Ex plorat ion ( 古今 未曽有の日本の月/火星地下世

る．更にまた，月火星の火成活動を知る上で縦孔が界探査）「 UZ U M E」計画とよんでいる．

最適な場所の一つである．というのも，縦孔の垂直2016 年，30 名以上に上る研究者達の申請により，「壁」が露頭だからである．地質活動を理解する上でJA X A /宇宙科学研究所の宇宙理学・工学委員会の露頭が重要なのは言うまでも無い．月の縦孔壁にはもとに「月火星の地下空洞直接探 査リサーチグルー

層構造が見られている（図 6）[3,4]．その調査は，天古今未曽有の日本の月/火星地下世界探査 (UZUME)計画／春山 他

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図6： LROによる静の海の縦孔の斜め観測画像（直下視画像は，図２ならびに図３の左図）．縦孔の壁には各数ｍ程度の厚さからなる層構造がみられ，地質学的に極めて重要な露頭となっている．
（Product ID_M144395745L)．

体の噴出物の時代変遷を語ってくれるであろう．
こうした溶岩噴出情報によって，天体の火成活動

5. UZUME初号機によるエネルギー再分 配や水を含む 揮発 性物質や前節に述べたように，月の縦孔・地下空洞は，月ダストの放出等によるに環 境変 動の可能 性に関わ惑星における生命生存圏の発 現と維持，また人類る知見が高まり，ひいては「生命圏」がどのように生の居住圏の拡大につながる鍵をいくつも有しており，まれ，その後，進化維持，あるいは破壊されたかの世界的にも注目を浴びており，月における最も重要理解においても重要な情報を与えることが期待されな探査対象である．

る．

一方で，月の縦孔・地下空洞は，月周回軌道から溶岩チューブを構成する岩体は，月表面表層の砕のリモートセンシングによってのみ知られており，対屑された，或いは礫化した環境とは異なり，固化し象が地下にあることで，その詳細は不明である．将たときの状態そのままである．このため，溶岩チュー来のサンプルリターンを含む詳細な理学探査，基地

ブは，過去の磁場や，過去に噴出した揮発性物質，建設着手のためにも，月の縦孔・地下空洞に関してそして，地下深部物質等の情報を保持している可能最も基本的な情報である，（１）地下空洞は実際どの性が高い．こうした情報は，天体の火成活動，さら程度巨大なのか，そして，また（２）その地下空洞がにまた，天体での生命 現 象の起源と進化の理 解に溶岩チューブである可能性はどの程度有るのかといとって，有意義である．例えば，磁場は多くの生命う情報の収集を，最初にそして確実に行う必要があ現象にとっては有害となる宇宙放射線を遮蔽する効る．そのため，まず，縦孔付近にピンポイント着陸し果があるため，月での残留磁化の情報は，月，ひいなければならない．しかし，これまで日本は月軟着ては固体天体一般の磁場の形成メカニズムを解明す陸の実績がなかった．そこが大きな壁であった．

る手がかりとなる．言い換えれば，月での残留磁化

しかし，JA X A宇宙科学研究所は，2022 年度にの情報は，固体天体での生命圏の発現の有無，ある月ピンポイント着陸探 査 S L I Mを実施すべく開発をいはその条件を推察する上で重要な情報となる．

進めている．このS L I Mのヘリテージを，UZ U M Eの初号機に大いに利用できることがみえてきたので

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日本惑星科学会誌Vol. 29, No. 3, 2020ある．実際に，地下空洞内のデータを得るのに，広達とともになしていく計画である．そのためには，現角カメラと，できればレーザ測距計が有用であるが，在の計画を知ってもらうことが必要である．そして，そうした機器は既に民生品として小型・軽量のもの

単に「支援をお願いします」ではなく，「一緒にやってが開発されている．もちろん，宇宙機搭載品としてのいきましょう」とする活動を目指している．UZ U M E

耐環境性は十分に確認，場合によっては改良していのアウトリーチ活動には，高校や高専の先生方，科く必要はあるが，S L I M 搭載機器重量範囲に十分載学館の方々に担ってもらっている．本 特集号の新井るものと思われる．さらに，これら機器以外にも，さらによる解説記事を参照されたい．

らにエクストラな観測もできるであろう．
もちろん，実際の探査計画を推し進める上で，更なる工学的挑戦は多い．それは次の三つの課題に集約されよう：1) 垂直移動，2) 不整地踏破，3) 未知領域調査．

7. 終わりにかえて
何故，人は月を，そしてその先を目指すのか？それは，自然は人類に必ずしも優しくなく，人類はその生

縦 孔 底 へのアプローチは， オーソドックスには，存環境を様々に求めておくことが必要であるからでローバによるものが考えられる．投 擲マシンの検 討ある．にも関わらず，1972 年に，アポロ17号が月面もなされている．更に，近年の急速なロボット技術を去って以来，人類は月へと訪れていない．その理の発展は，多肢型のロボットの可能性もまた，検討

由としては，多額になってしまった予算のことなどもに値するものとなっている．多肢型のロボットは，垂あるだろうが，やはり，過酷な月面環境が挙げられよ

直降下のみならず，不整地踏破，未知領域調査まで，う．しかし，月の縦孔の発見により，状況が変わろう

多様な場面で，時には形 状を変えるなどして，作動としている．月に，そして火星に，人類が新たな世界されることも期待される．

を築ける天然の環境が用意されているようなのであ

縦孔底へのアプローチとして，最近になって可能る．もちろん，そのような世界のことはもっと先に考性を高めているひとつに，通信を確保するテザー付えればよい，という考えもあるかもしれない．しかし，きのプローブを，探査機が縦孔上空を通過する際に少しずつでもその可能性を知るための情報を集める投下しようというものがある．

ことは，科学者にとって興味あふれることである．

問題は，プローブが 投下後のハードランディング

月火星で人類が切り拓く新たな世界は，初期におに耐えられるか，テザーによる緩衝制御は可能か，いては，人類にとって究極の極限環境である．少な投下後の探査は実現可能か，ということである．しい人的・物的資源を効率良く使って，活動を維持・発かし，はやぶさ2 号機でのミニローバによる自律 探展させなければ いけない．その過 程で，科 学 者に査， 近く行 われ る月面 へ のミニプローブ 投 下 計 画

よって大いなる知見が得られるであろう．得られた

OMO T E NA S H Iなどのヘリテージによって，問題知見は，地上での活動，特に少子高齢化が進行する解決の可能性も見えてきている．こうしたミニプロー

我が国にとって有益なものとなることが 期待されよブによる探査可能性を高め，他月探査プロジェクト

う．との相乗りを含めた「パスファインダー」的な探査を，UZ U M E計画では視野に入れている．

6. UZUMEのアウトリーチ活動

更に一方で，本特集号でも論じられるように，人類の生存環境の拡大に資する情報とは別に，月や火星の様々な科学課題を解明できるための様々な知見が，月や火星の地下空洞探査で得られる．
UZ U M E（古今 未曽有の日本の月/火 星地下世界

UZ U M E計画では，理学，工学の他に，もう一つ探 査）を行う価値は高い．現在，50人近くの日本人重要な柱を立てている．それはアウトリーチである．

科学者とエンジニアが，計画を実現に至らせようと議UZ U M E 計画は，将来的には，人類の宇宙への論を行っている．もちろん，困難にあふれた探 査に進出を目指すものである．それは，理学者・工学者なるであろう．一度や二度で成し遂げられないことはだけでなされるものではない．より多くの，一般の人確実である．それ故，UZ U M E計画では，宇宙理学

古今未曽有の日本の月/火星地下世界探査 (UZUME)計画／春山 他者・工学者だけでなく，様々な人たちが，様々な面で活躍していくことになっていく．本 特集でUZ U M E
計画に様々な面から興味を持っていただけたらと思う．UZ U M E計画，「是非，一緒にやりませんか」．

謝辞
本解説記事は，2019 年度，日本航空宇宙学会主催の宇宙科学 技術連合講演会 予稿として投 稿された「UZ U M E 計 画

そ の 現 状と今 後 について」を元としています．許諾いただいた当学会に謝 意を表します．図 5については，G oto . Y. , et a l . . , ( 2017) ,JA X A- R M -16 - 008から転 載しています． 許 諾い
ただいた著者らならびにJA X A 出版に謝 意を表します．

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