惑星科学／太陽系科学 研究領域の目標・戦略・工程表（2018 年改訂版）

APPENDIX
目次

APPENDIX-0: (前書き) 2017 年改訂版からの主な変更点 ..................................................................... 2
APPENDIX-1: (a.1.7) 氷天体（氷衛星、Kuiper-Belt 天体）探査（詳細） ........................................ 3
APPENDIX-2: (a.1.8) 系外惑星研究におけるｻｲｴﾝｽおよび海外ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄの動向（詳細） ............... 4
APPENDIX-3: (b.1.2.2) MACO 計画（詳細） ......................................................................................... 7
APPENDIX-4: (b.2) 戦略的なミッション実現の鍵となる技術開発（各機器の概要） .................. 11
APPENDIX-5: (b.3) 将来 SR 探査における化学分析とｷｭﾚｰｼｮﾝの長期展望（詳細） ..................... 17

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APPENDIX-0: (前書き) 2017 年改訂版からの主な変更点「(a.1) 今後 10―20 年の世界のサイエンスの動向と海外プロジェクトの動向」に関する変更点
2018 年に打ち上げられた「ベピコロンボ」、現在運用中である「あかつき」によって、今後、
サイエンスの進展が見込まれる水星探査と金星探査に関して新規項目（「(a.1.2) 水星探査」と「(a.1.3) 金星探査」）を追加した。また、2017 年版では、「(a.1.4) ガス惑星系・氷惑星系・Kuiper-Belt 天体(KB 天体)探査」として、まとめて記載していたものを、「(a.1.6) ガス惑星・氷惑星探査」と「(a.1.7) 氷天体（氷衛星、Kuiper-Belt 天体）探査」の２つに分けた。その背景としては、ガス惑星・氷惑星探査の科学目標が惑星内部構造を明らかにすることで、惑星形成および太陽系形成を主眼としているのに対して、氷天体探査の場合は、主に内部海の探査から生命生存環
境の理解と制約を目標としており、それぞれ科学目標が異なるためである。その他、2017 年版か
ら継続して掲載している項目に関しては、国内外の最近の動向を反映する形で改訂した。
「(b.1) 惑星探査プログラム案」に関する変更点
太陽系天体に限らず系外惑星に関する提案も複数あることから、2017 年版で用いていた「(b.1) 太陽系探査プログラム案」という見出しを「(b.1) 惑星探査プログラム案」に変更した。ここでの「惑星」は、小天体や衛星を含めた広い意味での「天体」を意味する。
また、近年、新たな惑星探査の枠組みとして登場した国際宇宙探査を踏まえ、「(b.1.3) 国際宇宙探査」の枠を新規に設けて、特に検討が進んでいる３つの項目「(b.1.3.1) 月極域探査計画」「(b.1.3.2) 月離着陸実証（HERACLES）ミッション」「(b.1.3.3) 戦略的火星探査」を追加した。
このことにともない、2017 年版で「(b.1.1) 戦略的中型提案」に掲載していた月探査に関する２つの項目「(b.1.1.3) 月面その場観測による KREEP 物質・年代測定の探査計画」「(b.1.1.5) 月裏側原
始地殻サンプルリターン探査計画」を、「(b.1.3.2) 月離着陸実証（HERACLES）ミッション」に含める形で記載した。
「(b.1.2) プログラム的小型計画案」に関する変更点
2017 年版では理学と工学で分けて記載していたプログラム的小型計画案を統一し、「(b.1.2)
プログラム的小型計画案」とした。火星探査において分けて記載していた２つの提案「(b.1.2a.2)
火星宇宙天気・宇宙気候探査計画(旧火星大気散逸探査計画[のぞみ後継機])」と「(b.1.2b.2) 火星
エアロキャプチャオービタ」を統合して、「(b.1.2.2) 戦略的火星探査：周回・探査技術実証機による火星宇宙天気・気候・水環境探査(MACO)計画」として記載した。また、2017 年版で提案していた「(b.1.2a.1) ペネトレータ技術実証探査計画:月震計による内部構探査」に関しては、プログ
ラム的小型計画案としての掲載からは外すことになった。
「(b.1.4) 機器の提供による国外探査計画・小規模計画」に関する変更点
JUICE 計画がプロジェクト化されたことにより、2017 年版で記載していた「(b.1.3.1) 木星氷衛星探査計画:日本分担部分(JUICE-JAPAN)」を提案から外し、「(d)工程表（ロードマップ）」には、プロジェクト化された計画として掲載した。また、新規項目として、「(b.1.4.3) ESA Fast ミッシ
ョンへの参加 (AI3, Comet Interceptor)」を追加した。
「(b.1.5) 将来探査コンセプト提案」に関する変更点
新規項目として、「(b.1.5.7) 宇宙赤外線望遠鏡による小惑星の含水鉱物探査（WHAM）」を追加した。
「(c) 惑星探査を支える人材の育成（惑星探査コンソーシアム）」に関して2017 年版では、「(d) 工程表とミッションプランの改訂」に記載していた「惑星探査コンソー
シアム」に関して、その重要性を考慮して、別項目としてロードマップの前の項目として記載した。
「(d) 工程表(ロードマップ) 」の改訂に関して「(a.2) 日本の戦略・狙うサイエンス・期待される成果」に記載されているサイエンスを軸としたロードマップに改訂した。そのことにともない、ロードマップに記載された年代は、各探査計画の打ち上げ年ではなく、主要な科学成果の獲得を見込む年代とした。
その他の改訂に関して
その他、すべての項目に関して、2017 年版から内容が進展した箇所に関しては、その内容を反映させる形で改訂を行った。

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APPENDIX-1: (a.1.7) 氷天体（氷衛星、Kuiper-Belt 天体）探査（詳細）• 各天体の探査の科学的意義・工学的ハードル
o 地球外生命圏の環境把握へ：氷天体その場探査– 科学的意義：従来探査はいくつかの氷天体に対して生命を育み得る条件（液体、エネルギ－、有機物の長期的安定的共存）を有する可能性があることを明らかにしたが、フライバ
イ探査や観測機器性能の制約から情報は極めて不十分であり、可能性の域を出ない。今後
は各天体の全容を精査しその物理化学的特徴を把握する「環境調査」を、実証的に行う必要がある。
– 工学的ハードル：高精度かつ軽量の質量分析装置や、表面の掘削（地下海への到達）機構
や潜水装置、揮発性物質や複雑有機物の非変質捕獲装置の開発が必要とされるとともに、長期間の運用を可能にする放射性同位体電池（特に土星系以遠）、そして木星や土星系調
査では高度の放射線耐性が全ての機器において必須である。
• 今後の動向・探査計画
o 現在進行中の計画– NEW HORIZONS（NASA: New Frontiers program#2、冥王星・KB 天体）：2019 年 1 月
2014MU69 フライバイ。2026 年計画終了。
o 準備中の探査計画（予算承認済）– JUICE（ESA: L-class program、木星系）：2022 年打上、2029 年木星到着、2032 年ガニメデ
周回軌道投入。2033 年計画終了。
– Europa Clipper (NASA: Flagship program#2): 2022-25 年打上（TBD）、2025-32 年木星到着、
木星周回・Europa フライバイ探査。
o 提案された探査計画（予算未承認）– 米国：次期 Flagship mission （2020 年選定予定）候補の中に本領域への探査計画は含まれていないが、前回の選定(Europa Clipper)時に次点となった下記計画は継続検討中。
• Icy Giant Explorer: 4 種のミッション案を検討。Neptune Orbiter w/ Probe、Uranus Orbiter w/
Probe、Uranus Orbiter w/o Probe、Uranus Flyby w/ Probe、2024-2037 の Decadal Survey を見据える。衛星観測も視野に入る。
– 米国：次期 New Frontiers Program#4 へ提案された計画のうち本領域対象のもの（2019 年冬
選定、2024 年打上予定）• Flyby of Io with Repeat Encounters (FIRE): Io 観測機。打上 6 年後に到着、多回数（4 ヶ月
間に 10 回以上）フライバイ、火山活動観測。
• Oceanus: Titan 周回機。打上後 10 年で到着、2 年間の土星周回後、Titan 周回軌道へ。着陸機搭載の可能性有。
• Dragonfly: Titan 大気飛行回転翼機・着陸機。気象観測および湖（湖底）と表面の化学観測。
• Enceladus Life Finder (ELF): Enceladus プルーム物質のその場質量分析。
• Enceladus Life Signatures and Habitability (ELSAH): Enceladus 探査のようだが詳細不明。
– 欧州：次期 Cosmic Vision M-class #5 へ提案された計画のうち本領域対象のもの（2020 年冬
選定、2029–30 年打上予定）• Akon: エウロパペネトレータ。
• Explorer of Enceladus and Titan (E2T): 2036 年土星到着。土星周回にて両衛星に複数回フ
ライバイ探査。その場物質分析と表面電波探査。
• Joint Europa Mission (JEM): NASA のエウロパランダーの運搬とデータ中継に加え、エウロパ周回中に科学観測を行う。

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APPENDIX-2: (a.1.8) 系外惑星研究におけるｻｲｴﾝｽおよび海外ﾌﾟﾛｼﾞｪｸﾄの動向（詳細）Kepler 宇宙望遠鏡等による大規模な系外惑星サーベイ計画によって、これまでに 3000 個以上の系外惑星が発見され、宇宙における惑星系の普遍性が証明された。同時に、太陽系とは構造の大きく異なる惑星系や、スーパーアースのように太陽系には存在しない惑星が無数に発見されるなど、惑
星系および惑星の多様性も明らかになった。これにより、太陽系内に閉じていた比較惑星学は太陽系外も含めた比較惑星系学へと発展した。そして、太陽系の構造や太陽系内惑星の個性を俯瞰的に理解しようとする試みがなされている。それだけなく、系外惑星の発見によってもたらされた惑星移動等の新たな知見が、太陽系形成史の理解にフィードバックされ、グランドタックモデルに代表されるように太陽系形成史に対する新たな描像も生まれた。
近年では、発見された惑星を追観測し、その特性をより詳細に解明しようとする試み（いわゆる特徴付け）が行われている。特徴づけ可能な惑星数はまだ非常に限られているが、惑星の質量や半径、軌道要素などの物理的特徴だけでなく、惑星の内部組成や大気成分、大気の鉛直・水平温度分
布、雲の有無、アルベドなどに関する新たなデータが取られつつある。これらによって、惑星形成
に対して化学的な制約が新たに与えられる。それに加えて、極限環境下での大気の特性や物理・化学的応答に対する知見も得られる。その中には、強い紫外線に晒された惑星や強還元的大気を持つ
惑星など生命が発生した頃の初期地球環境に似た惑星もある。
さらに最近では、Proxima Centauri や TRAPPIST-1 などのように、太陽に比べて小さな恒星（赤色矮星）であるが、その周りに地球と同程度のサイズで同程度の中心星光照射を受ける（いわゆるハビタブルゾーン内にある）惑星が発見されはじめた。 しかも、これらの惑星系は太陽系から 10 パー
セク程度以内と非常に近くにあるため、上述のような特徴づけが可能である。これまで仮想的な惑星に対する理論研究をベースに進展してきたハビタブル惑星研究が、いよいよ実在の惑星を対象とした実証的な研究となる時代が到来したと言える。
こうした流れの中、系外惑星研究の今後 10–20 年における主要課題として(A) 公転周期が約 100 日以下の惑星（いわゆる短周期惑星）の特徴づけ(B) 公転周期 100–104 日程度の惑星（いわゆる中周期惑星）の発見 とその特徴づけ、太陽系類似系の存在度の決定(C) 主に低温度星まわりのハビタブルゾーン内に存在する地球型惑星の大気成分の同定およびバイオマーカーの検出が挙げられる。図 A2-1 に計画されている宇宙望遠鏡プロジェクトを示した。さらに、図 A2-2 には、
特徴づけのための分光観測を行う計画のターゲット層を示 した。
課題(A) — Kepler の第１期ミッションのターゲットは、太陽から 100 パーセク以上と遠く、そのために暗く、追観測による特徴付けに不向きであることが知られている。そこで、次世代サーベ
図 A2-1—系外惑星観測に関連する
宇宙望遠鏡計画。検出を目的とした測光観測と、特徴付けを目的として分光観測が分けて示されている。赤はアメリカ主導、緑はヨーロッパ主導のミッションを示す。黄色で示し
た JWST は欧米共同、紫で示した
WSO-UV は日露共同のミッションである。

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イ・ミッション（2018 年に終了した K2、2018 年 4 月に打ち上げられた TESS）では、Kepler ターゲ
ットとは対照的に太陽近傍の明るい恒星に対して系外惑星サーベイを行い、特徴付けに相応しいターゲットを検出することを目的としている。これらのミッションでは、惑星サーベイはトランジッ
ト観測によって行われ、各方向に対する観測期間が１年以下と短いため、検出されるのは主に短周期惑星となる。
そして、検出された系外惑星の特徴付けに活躍が期待されるのが、CHEOPS、JWST、ARIEL である。CHEOPS は、高精度測光観測により惑星の物理量を精度よく決めるミッションであり、分光性能はない。一方、JWST は可視域（> 0.6μm）から中間赤外域（< 28μm）にわたって分光できる大型宇宙望遠鏡であり、系外惑星大気の特徴付けに大きな期待が寄せられているが、汎用望遠鏡であるため観測時間は限られる。そこで、ESA の M4 ミッションとして採択された ARIEL（2028 年打ち上げ予定）は系外惑星専用望遠鏡として提案されており、500–1000 個のトランジット惑星について
大気組成をサーベイすることが可能となる。
課題(B) — これまでの系外惑星観測は主にトランジット法と視線速度法によって行われてきたが、その観測バイアスのために、これまでの研究対象は主に短周期惑星であった。しかし、太陽系の特殊性あるいは類似な惑星系の普遍性を本当に理解するためには、太陽系類似の惑星系（同程度の広がりを持ち、その中での惑星の空間分布・質量分布が似ている惑星系）を調べ、太陽系との直接的な比較ができるようになる必要がある。そのために、広いパラメータ領域の惑星を検出していく必要がある。2026 年打ち上げ予定の PLATO は、トランジット法によるサーベイであるが、1AU 以内にある地球程度の惑星まで検出することを目標にしている。また、WFIRST が行う重力マイクロレンズ法は、太陽系で言えば木星や土星の公転周期に相当する中周期に感度があり、GAIA が行うアス
トロメトリ法はより長周期の惑星も検出可能である。したがって、WFIRST や GAIA によるサーベ
イによって、系外惑星の統計的理解がさらに拡大することが期待される。 また、WFIRST には 1–
5AU 程度の木星型惑星の反射光の直接撮像が可能になるコロナグラフも搭載予定であり、これらの惑星については大気組成などについての特徴付けも可能になってくるだろう。
課題(C) — K2 や TESS によって検出される系外惑星の中には、少なくとも赤色矮星（M 型星）のまわりでは、ハビタブルゾーン内に地球サイズ惑星が複数個あるに違いない。また、PLATO は太陽型星（G 型星）のハビタブルゾーン内の地球サイズ惑星の検出を目指している。そのような生命存
在の可能性が期待される惑星については、惑星大気透過光や惑星放射光の分光観測によってより詳細な情報を得ることが極めて重要である。そのような観測は、JWST や、2020 年代に運用開始予定の 30m 級の地上大型望遠鏡で試みられるだろう。しかし、地球型惑星の大気分子のシグナルは弱いので、このような次世代の大型望遠鏡でも、酸素（O2）やオゾン（O3）といったバイオマーカーの検出は難しい観測となる。一方、日本が提案に参画している紫外線宇宙望遠鏡 WSO-UV は、ハッブル宇宙望遠鏡の稼動停止以降の唯一の紫外線望遠鏡であるだけでなく、広がった酸素原子（O）を検出できる観測として期待される。
上述のように、系外惑星の化学的特徴付けは、2020 年代に大きく飛躍すると期待される。しかし、ハビタブルゾーン内の地球サイズの惑星のバイオマーカー探査といった高精度な観測がこれらの将来観測でどこまでできるかは議論の的である。それはターゲット惑星の大気の属性や検出器の運用精度に大きく依存するが、ハビタブル惑星で大気分子を検出できるのは多くても 2–3 個ではないかとも言われる。そこで現在 NASA では、2030 年以降に打ち上げる新しい宇宙望遠鏡として現時点で3 つの可能性を検討中であり、そのどれもがバイオマーカー探査を念頭に置いたものとなっている。
そのうちの 2 つとして LUVOIR と HabEx は、K・ G・ F 型星の周りのハビタブル惑星の反射光による直接撮像を主要なサイエンスゴールとするコンセプトであり、LUVOIR は口径 10m クラスの汎用
望遠鏡、HabEx は口径 4–6.5m 程度の望遠鏡として提案されている。一方 OST は中間–遠赤外領域における 10m クラスの汎用大型望遠鏡として計画されており、主に M 型星周りのトランジットハビタ
ブル惑星について、惑星食を利用した熱輻射スペクトル、そして透過光スペクトルを得ることも目標となっている。このいずれが採択されるとしても、2030 年代には、地球に似た惑星（サイズ・温度）の特徴付けに本格的に迫っていくと考えられ、 地球の普遍性、特殊性、ひいては生命環境の可能性が徐々に明らかになってくると期待される。

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図 A2-2：系外惑星の分光観測を行う将来計画のおよそのターゲット層。個々の天体の観測可能性は、主星の特徴や明るさ等、さまざまな要素に影響される。
黒点はすでに見つかっている系外惑星で、アルベドを 0とした場合の平衡温度を温度としている。

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APPENDIX-3: (b.1.2.2) MACO 計画（詳細）達成目標、観測項目、モデル科学機器
本文(b.1.2.2)に示したように、本計画は、近年の先行火星探査における新発見も踏まえ、ハビタブ
ル惑星の理解に向けて、火星における宇宙天気・気候・水環境を探ることを目指している。また、
国際協働宇宙探査に向けた我が国の戦略的火星探査の重要な一歩として、周回機と着陸技術実証機を組み合わせ、火星の大気や放射線環境の太陽変動への応答を調べるとともに、将来の着陸探査に向けた事前観測と技術実証も目的としている。本文に記した科学目標を達成するため、本計画では以下の 3 つの達成目標を掲げ、その実現に向け 8 つの観測項目を設定している。
達成目標：
1. 定地方時観測により、太陽変動への応答関数を観測的に導出し、過去 40 億年の大気散逸の変遷を時系列で推定可能にする[下記の観測項目: B, D, E に対応]
2. 火星オーロラを用いて火星周辺の宇宙環境を可視化し、南北半球の比較により、放射線環境と大気散逸への固有磁場の影響を理解する[観測項目: A, B, C, D]
3. RSL に着目して現在の火星水環境を測定することで、火星の水循環を推定するとともに、将来の着陸探査の事前調査を行う[観測項目: F,G,H]）
観測項目:
A: 火星オーロラ撮像, B: 磁場観測, C: 高エネルギー粒子観測,
D: 火星軌道での太陽風・太陽放射モニター, E: 電離大気流出観測(撮像・その場),
F: 浅部地下構造サウンディング, G: 水蒸気分布観測, H: RSL 高解像度撮像、上空気象観測
本計画では、上記の達成目標と観測項目をもとに、ミッション要求を精査し、これらを満たすモ
デル科学機器群を表 A3-1 に示す。

表 A3-1. MACO 計画のモデル機器と観測項目、開発状況

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戦略的火星探査における位置づけ
今後 20 年間の我が国の火星探査の方向性を検討した、JAXA 国際宇宙探査センターの火星タスクフ
ォース報告書では、2030 年代の「火星地下水圏・生命圏探査火星着陸探査 (b.1.1.3)」を今後 20 年のマイルストーンと見据え、2020 年代の「MMX：Martian Moons eXploration」に続く、本格的火星着陸探査に向けた重要なステップとして、本計画を戦略的火星探査シリーズの計画２として位置づけている(図 A3-1)。

図 A3-1. 戦略的火星探査のロードマップ（出典：JAXA 国際宇宙探査センター火星 TF）
報告書）。

ミッションのアーキテクチャ候補と獲得可能な火星探査技術
戦略的火星探査の実現に必要な技術のすべてを、一つの火星探査ミッションを実行する活動の中で獲得することは、コスト、時間、人的リソースの点でも極めて困難である。したがって、個々の必要技術の研究開発を進めながらも、利用できる実証済みの技術は最大限活用し、また他の宇宙ミッションで獲得が期待されるものを適切に取り込み発展させることによって、火星探査ミッションの実行時にすべての必要技術が獲得されている状況を作り出すことが望ましい。他の宇宙ミッションで獲得される技術を最大限活用するためには、他のミッションとの時系列な相関の中で、火星探査に必要なすべての技術が効率良く最短時間で獲得され、また他のミッションおける実績や技術の熟成によって高い信頼性を担保できるように、戦略的な技術開発を行わなければならないことを意味する。
戦略的火星探査においても、一度にすべての技術を用いるミッションを実行するのはリスクが高
く、必要な技術を前駆的なミッションによって段階的に実証することが適切であろう。本計画は、戦略的火星探査において、着陸探査にむけた前駆的なミッションとしての位置づけられており、用いられるアーキテクチャと技術は、着陸探査ミッションで用いられるそれらと本質的に同じものでなければならないことは言うまでもない。また、将来我が国が国際協働有人火星探査へ参加し、そのアーキテクチャの中で主要な役割を担うことを最終的な目標としている観点からは、火星有人アーキテクチャと調和的な技術の獲得を選択的に行うことが望ましい（このアーキテクチャの中では、
我が国は、HTV-X を発展させた HTV-M を用いて火星軌道へ貨物を輸送し、エアロキャプチャによって軌道投入し、火星ステーションへランデヴーすることや、軌道上／火星上での環境制御生命維持サブシステム、中規模の着陸システムとローバ等移動プラットフォームによる探査を担うことを8

検討している）。火星後発国の我が国は、このような基本的な戦略を採用しなければ、効率的に（最小コストかつ最短時間で）最終ゴールに近づくことができず、将来の国際協働有人火星探査では限定的な参加に留まることが危惧される。
このような観点から、戦略的火星探査に必要な技術獲得に向けて、本探査計画のミッションのアーキテクチャと技術開発ロードマップを以下に考察する。まず、着陸探査のアーキテクチャがどのような場合においても、ミッションの実現時点において、独自の周回機を有することが極めて有効である（あるいは必須である）ことは言うまでもない。周回機と地上系プラットフォームを同時に実現するミッションは、システムが複雑で規模が巨大（大型ミッションクラス）となることが分かっており、実現することが極めて困難である。したがって、周回機探査を前駆ミッションにおいて実現し、それに続く着陸探査においてこれを利用する、という 2 段階（あるいはそれ以上）の探査プログラムを想定することが合理的である。火星戦略探査の中で MMX の次に周回機を用いることは、①火星オービタとして火星環境の長期的な科学観察を行うプラットフォームを提供し、②既存の海外の地上系プラットフォームへのデータリレーサービスの提供など国際協力に寄与し、③前駆ミッションに続く着陸ミッションのためのインフラストラクチャー（データリレー / EDL 支援機能等）を提供し、また④着陸ミッションの着地点選定に必要なリモートセンシングデータの獲得を可能とするなど、複数の利点を有する。
また、本計画に続く火星着陸探査として移動プラットフォームによる探査を想定した場合、その前駆ミッションとして想定される本計画のアーキテクチャ候補を表 A3-2 に、各アーキテクチャによって獲得可能な火星表層環境探査の必要技術の内訳を表 A3-3 に示す。表 A3-2 の 1 は、火星着陸探
査ミッションのサブスケールモデルとなる定点着陸実証機を用いるものであり、着陸探査に必要なほぼすべての技術を獲得することができる。しかし、実現可能な規模に抑えるためにオービタを含
まないアーキテクチャとなっており（NASA の MSL と同じアーキテクチャを用いる）、軌道上プラットフォームを獲得することができず、上記①〜④を実現することもできない。また、一度にすべての技術実証を行うことになるため技術的なリスクが高く、規模も小規模に抑えることが困難であると考えられる。表 A3-2 の 2〜6 は 1 の欠点を克服するためにオービタを用いるアーキテクチャである。2 は化学推進を用いてオービタを投入し、オプション地上系として小型の地上系プラットフォームを投下するものである。システム規模を実行可能な範囲に抑える地上系としては、飛行機、ペネトレータ、あるいは簡易な着陸機を搭載することを想定しており、空力誘導や着陸推進系など、重要な EDL 要素技術の実証ができない。3 はこの欠点を補うために EDL 実証機を搭載するものであるが、システムの複雑さと規模は EDL 実証機の規模（あるいは取り込む技術の数）に応じて増大する。オービタに完全な EDL 実証機（1 に相当）を搭載したアーキテクチャでは、ほぼすべての技術
実証を可能とし軌道上プラットフォームを実現するものの、システム規模とコストは大きくなり、実現は困難と考えられる。
表 A3-2 の 4 は、オービタを実現しながら EDL 技術の部分実証を行うために、軌道投入にエアロ
キャプチャを用いるものである。エアロキャプチャは、定点着陸に必要な空力減速や空力誘導による軌道制御を用いてオービタを軌道投入することから、これを用いることで、着陸の最終フェーズ
を除く EDL 技術の部分実証を行うことが可能である。また、エアロキャプチャはこれまで深宇宙探査において実行されたことがないことから、技術的独自性においても優れている。さらには、火星
エアロキャプチャオービタは、火星圏輸送を行う HTV-M の実証ミッションとしての位置づけも担う。
このように、軌道上プラットフォームを実現しながら、EDL 技術の部分実証を可能とし、将来の火星アーキテクチャへの連続性を有するという点において、エアロキャプチャオービタは本計画のアーキテクチャとして優れたソリューションの一つであると考えられる。しかしエアロキャプチャオ
ービタ単体では火星表層環境へのアクセス手段がないため、地上系プラットフォームに係る技術を
火星表層環境において実証できない。この欠点を補うものとして、オプション地上系を付加するもの（表 A3-2 の 5）、あるいは EDL 実証機を付加するもの（表 A3-2 の 6）が想定される。火星エア
ロキャプチャオービタは小型〜中型規模の探査機で実現可能であるが、これらの地上系を付加することによって、獲得できる技術が増加する半面、システムの規模とコストは増大することとなる。
最も推奨されるアーキテクチャは 4 または 5 であるが、5 においては地上系として何を選択しどの程度の規模とするかについて、十分な議論が必要であり、火星飛行機などの可能性も含めて、検討が始められている。

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表 A3-2. 火星 MACO 計画のミッションアーキテクチャ候補（出典：火星 TF 報告書、一部改訂）

表 A3-3. 本計画のアーキテクチャ候補と獲得可能な火星探査技術（出典：火星 TF 報告書、一部改訂）

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APPENDIX-4: (b.2) 戦略的なミッション実現の鍵となる技術開発（各機器の概要）
優先するミッションを実現するためには高性能の搭載観測装置が必要である。また、優れた搭載観測装置を自前で持つことにより、国内の技術実証のための太陽系探査ミッション、海外の太陽系科
学探査ミッションへの搭載機会を得る可能性も高くなる。そのために、戦略的な搭載機器の研究開発を実施する。ここでは、各機器の概要を示す。
1. 着陸・タッチダウン探査① 生命探査顕微鏡（LDM：Life Detection Microscope）【計画の規模】戦略中型、国際宇宙探査、海外ミッションへの参加を目指した装置開発。
【実施時期】2018 年度から 3 年間で BBM 製作、その後数年で EM と FM の製作。2020 年代後半の打上に対応可能。
【学術的価値】火星現存生命密度の上限を明らかする。生命生存環境を同時に分析することで生命の誕生・継続に関する知見を得る。惑星保護や、有人探査時の宇宙飛行士の安全確保のために必須な情報である。装置は、試料（火星土）を蛍光色素染色し、蛍光画像および明視
野画像を取得し、微生物細胞、非生物起源有機物、鉱物を識別する。検出感度 104 細胞/g で火星における微生物細胞存在密度の上限を決定する。現存する微生物細胞を検出する点で、有機物探査が主の欧米の機器とは異なる。これを 1μm/ピクセルという他に無い画像分解能
によって実現する。
【実施体制】2010 年頃より MELOS-WG、Mars2020LDM-WG、LDM-WG で開発を実施してきている。
【計画の妥当性・成熟度】WG および戦略経費で毎年審査を受けている。BBM を製作する費用
は、JAXA の戦略的開発研究費やその他の外部資金を用いる。
② 赤外ファイバを用いた小型レーザ分光器【計画の規模】ロシアとの国際共同で東北大学・名古屋大学が中心に計画を推進している。
【実施時期】火星着陸計画で浅地下の水関連物質、有機物、ガス探査を行う（想定時期未定）。
また、米露金星探査計画 Venera-D 気球搭載を検討（2026–2031 年）。その他にも搭載検討を広く視野に入れて進めている。
【学術的価値】火星水環境の進化を理解するには従来の宇宙散逸だけでなく地中および物質内の水計測による地下表層への流入を理解する必要があるが、これまでの探査ではガンマ線や電波による間接的傍証にとどまり、実現されてこなかった。ピンホール経由による物質内・地下へもアクセス可能な医療用赤外ファイバ挿入による希ガス・有機物・表層好物高精度計
測を実現し、地中水貯蔵量の見積もり・大気ー表層の水循環、そして火星における生命生存可能性の理解に大きく貢献する。
【実施体制】理工連携のもと、赤外ファイバを用いた光混合・分波のための数値シミュレーシ
ョン・実証用素子の製造を片桐が、分光器への実装を中川・平原が、国際連携を笠羽がとりまとめる。これまでファイバの特性試験を実施し、小型試作器による地球大気計測を行ってきた。東北大ハワイ望遠鏡に実装し惑星観測を実現することで評価試験を進める。
【計画の妥当性・成熟度】基盤 B・C、および山田化学振興財団の助成を受けて特性試験を実施してきた。2018 年度も基盤 B・JSPS 二国間交流事業で申請済みである。
③ 火星探査用ミュオグラフィ装置
宇宙線起源高エネルギー粒子ミュオンを検出し、その軌跡と数密度から地下数 km 程度までの地下構造を線密度の意味で推定するもの。密度を直接的に推定できる手法は他になく、火山体および氷層などの構造探査に強みがある。日本で初めて実証された技術であり、地球での実例も多数あるため、世界に先駆けて宇宙用の開発ができれば、原理的にも日本発の極めて独自性の高い機器となる。火星環境においても地球と同等に応用可能と考えられるが、他にも火星
衛星や小惑星へ適用できる可能性もある。現在小型化、宇宙用としての対応を検討しており、TRL は 3。
④ 惑星大気・表層物質その場分析のための質量分析器【計画の規模】基礎開発は科研費等ベース。搭載品はミッションに依る。
【実施時期】現在推進中・検討中の MMX、月極域探査、将来火星探査などが対象【実施体制】これまで磁気圏・月周辺プラズマ計測で実績を積んできたメンバーが開発を進め
ている。

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【計画の妥当性・成熟度】MMX 搭載イオン分析器は搭載が決定している。その先の搭載を目指す機器については科研費を獲得して開発を進めている。
【学術的価値】質量分析器を用いた元素・同位体分析は、太陽系初期の物質輸送や惑星の進化を調べる上で鍵となる情報を提供する。このため惑星探査用の質量分析器は海外でも多くの開発・搭載実績があるが、国内で自前の質量分析器を開発する事は、各ミッションに最適化した観測を実現し独自の科学成果を出していくために極めて重要である。
⑤ HRMS（高分解能質量分析システム）
マルチターン飛行時間型質量分析器（MULTUM）は、彗星探査機 Rosetta に搭載可能な小型・軽量・高質量分解能を実現する質量分析器として大阪大により開発された。HRMS システ
ムは MULTUM をベースとし、OKEANOS ミッションに搭載を前提として大阪大を中心とした開発グループにより試作評価中である（計画の規模、時期については母体である OKEANOS を参照）。トロヤ群小惑星は木星型惑星の移動に伴い捉えられた太陽系外縁部天体である可能性が指摘されており、惑星形成過程の制約や太陽系外縁部天体とメインベルト小惑星の関連性を解明する鍵となる天体である。トロヤ群小惑星の起源や有機物進化を調べるため、木星トロヤ
小惑星表面から得られるレゴリス中の有機物、含水鉱物、揮発性物質中の水素・炭素・窒素・酸素の同位体比及び組成を測定対象とする。δD 値の精度は±100‰、質量分解能は 30,000＠
m/z~300、質量誤差は<50 ppm の精度を達成見込みである。試料の前処理のためのパイロライザ
ーやガスクロマトグラフィー(GC)、また、宇宙仕様に対応した高速パルス高圧電源・スイッチ
ング回路、高速読み出し処理などの要素技術も開発中である。OKEANOS のための表面及び地
下サンプラーも開発されており、サンプラーと MULTUM の連動試験も実施した。
⑥ 短周期+広帯域地震計【計画の規模】小型、中型は問わない。国内、海外の固体天体の着陸探査における地球物理観測機器として提供を想定している。
【実施時期】具体的に決まっているものはないが、国際共同月探査計画である HERACLES ミッション(2020 年代前半)への提供を視野に入れている。
【学術的価値】まず、固体天体における地震動の有無、その活動状況、内部ダイナミクスについての見解を得ることができる。加えて、地震波が伝搬した領域の弾性波速度構造、層構造を解明し、更に、温度・圧力の情報を加えることで、内部の鉱物組成、物質構造も推定可能となる。これらは固体天体の起源を考えるうえで最も基本の情報を与える。
【実施体制】ペネトレータ開発グループの地震観測チームが主体となる。LUNAR-A、SELENE2、APPROACH 提案でペネトレータ及び軟着陸機用として開発、検討がなされてきた。広帯域地震計は 2015–2017 年度の科研費でも集中的に開発がなされた。
【計画の妥当性・成熟度】短周期地震計はペネトレータ搭載用として開発されたものであり、地上での観測実績を有し、月面環境下での性能評価を実施済みである。また、広帯域地震計はすでに設計を終え、観測試験を実施済みである。
⑦ 小型アクティブ地震計
月惑星表面で弾性波探査 (表面波・屈折法・反射法探査) を行い、直下および周囲の地下構造を探査するための小型軽量のサブシステム。着陸機、ローバ、あるいは別途提案する「月惑星表面長期その場観測ユニット」などに搭載することを想定する。機器内の振動源から人工振動を発生し、その応答を加速度計で観測することで、地下の弾性波速度の深さ分布が得られる。
これにより、地下物質の存在状態 (地盤強度、岩塊の特性、あるいはレゴリス層の特性・レゴリ
ス層厚など) や氷の存在度など、弾性波速度を変化しうる地下状態を地表面から推定することができる。辻健、川村太一、小川和律、新谷昌人らを中心に検討・開発を継続しており、火星衛星探査計画、月極域着陸探査計画において搭載提案を行なった。各探査計画に適合させるための要素レベルの技術課題が存在するが、探査手法は地上で高いレベルで確立されており、日本の得意分野として世界的にリードできる状態にある。
⑧ 月惑星表面長期その場観測ユニット
月・小惑星など、主に大気の無い固体天体の表面に長期間定点設置する観測機器を天体環境から保護して、(主に熱設計・電力設計など技術的な意味で) 長期生存・観測を可能とさせる理学観測用サブシステム。特に月面など自転周期が長く昼夜の温度変動が観測装置の動作温度範囲を逸脱する環境において必須のサブシステムである。内部に搭載する観測装置は主に地震計、
熱流量計、磁力計などの地球物理学的な長期観測型の機器を想定するが、これらに限定はされない。SELENE-2 地震計・熱流量計・磁力計・iVLBI 電波源の月面設置のため検討・開発を開始

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し、現在は基礎開発が終了して PM・FM を製作可能な段階にある。SELENE-2 では審査ののち搭載機器として選定されたが計画が中止となった。この他、火星衛星探査計画・月極域探査計
画などで検討・提案を行なった。小川和律、および JAXA に技術と開発成果が蓄積されており、新たな計画に即座に提案できる状況にある。
⑨ 地下探査レーダ（ローバ搭載 GPR）
本グループでは、周回機搭載レーダサウンダとローバ搭載 GPR(Ground penetrating radar)で
月・火星地下の水・氷探査を行うことを提案しているが、複数ミッションに分けて行われることも想定して、２項目に分けて、本項目ではローバ搭載 GPR の概要情報を記載する。ローバに
GPR を搭載し、火星や月面 2～100m 程度までの構造を探査する。月極域探査計画においては表層深さ 1.5m までに存在する 10cm を超える地下帯水層・氷層・氷塊を検出する。水・氷の分布状況から、循環・集積過程を明らかにする。他のローバ搭載機器で掘削・分析が行われる場合、掘削前に水・氷の存在が期待できるか、掘削を妨げる岩塊がないかの予備調査にも GPR は貢献する。さらに掘削アームにアンテナを取り付けて掘削孔内で受信を行うことができれば（ボアホールレーダ観測）、地中の誘電率分布を絶対値で決定することができ、レゴリスの空隙に氷が含まれているような難しいケースでも氷有無の判定が可能となる。火星でのローバ搭載 GPR
観測は、ExoMars Rover/WISDOM（2020 年打上・2021 年着陸予定）が先行することになるが、この GPR は観測周波数 0.5～3GHz、偏波（フルポラリメトリック）で観測を行う。フルポラリ
メトリック方式は、送受信アンテナ２セットを要するが、地中の不均質の特性変化、氷層・氷塊検出に有利であることから、本提案の GPR でも検討している。さらなる重量削減を要するミッション、基幹ローバに加えて予備調査用の小型ローバの展開を考えるようなミッションを想定して、インパルス方式・省重量の機能限定モデルの検討も進めている。
⑩ K-Ar 年代計測装置【計画の規模】MMX のあとの火星着陸(戦略的中型)、月着陸、HERACLES、今後の国際共同ミッションによる搭載を目指す。
【実施時期】ヘラクレス探査に提案済み。MMX ローバや月極域探査などにおいて個々の要素機器を実現させ、将来の月火星着陸探査での年代計測実現を狙う(ラマン分光装置の欄を参照)。
【学術的価値】月・火星の地質ユニットの年代計測によって地球生命誕生期の内側太陽系への物質輸送と太陽系力学構造の変化を理解することは、惑星科学に広汎な波及効果を持つ。同様に、月面クレータ年代の推定精度（精度≦15%）の向上は、地球型惑星全般の表面年代推定精度向上および小天体のサイズ分布進化の復元に役立ち、いずれも月科学に留まらない重要性を持つ。
【実施体制】国内では長、亀田を中心に開発。火星着陸技術実証 WG で 2014 年度に検討を実施。
2016 年 4 月から 2018 年 6 月まで長が NASA Goddard Space Flight Center に在籍して B.A.
Cohen のグループで技術開発。玄武岩試料の年代計測の可能性を実証済み(Cho & Cohen 2018)。
【計画の妥当性・成熟度】SLIM、火星着陸技術実証 WG、HERACLES へ提案。BBM を完成し、伊豆大島でのローバ搭載試験を 2016 年度に実施した。搭載機器要素である LIBS、質量分析器、イメージャ、コア抜き装置等はそれぞれの探査提案で個々に実現させ、戦略的に TRL 向上を狙う。
⑪ レーザー誘起発光分光装置 (LIBS)【計画の規模】月極域探査、HERACLES 探査に提案。いずれも国際共同ミッションを想定する。
【実施時期】月極域探査、HERACLES 探査に提案。将来火星着陸探査での利用も想定する。
【学術的価値】着陸地点の地質調査には、露頭の地形を観察するカメラ、露頭を構成する表土や岩盤の化学組成、岩石種・組成・組織及び鉱物分布・粒径・組成を計測する機器が必要となる。LIBS は高い空間分解能(〜300 µｍ)を持ち、短時間で遠距離物質（1.0-1.5 m）の化学組
成分析を行うことができる。また、レーザアブレーションにより深さ方向（〜1 mm）の分析が可能であるため、表面を覆うレゴリスや宇宙風化層を取り除いた岩石の化学組成データを取得できる。水素や炭素などの揮発性元素を計測することも可能である。
【実施体制】長・亀田を中心に開発。2016 年度に MMX 搭載のため概念検討を実施。2018 年度
後半からは東大にて月極域ミッションに向けた実証実験とレーザーの環境試験が進行中。
【計画の妥当性・成熟度】SLIM、MMX、HERACLES、月極域探査へ搭載提案を行った。MMX
計画への提案の過程でメーカー検討を実施済。ラマン分光装置用に開発する焦点調整機構つき顕微光学系(後述)を活用し、集光光学系の開発を進める。
⑫ ラマン分光装置

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【計画の規模】MMX ローバへ搭載予定。ドイツ DLR とスペイン INTA が開発するラマン分光計(RAX)のサブシステムとして、日本で集光用対物レンズと焦点調節機構を提供。
【実施時期】MMX と同時打ち上げ。
【学術的価値】分子間結合種の同定により、有機物・塩・含水鉱物など地質学的・アストロバ
イオロジー的に重要な物質の組成分析を行うことができる。鉱物組成の情報は、 LIBS・APXS 等による元素分析と相補的である。レーザーを用いるため遠隔・局所分析が可能で、所要時間も数分程度と非常に短時間であり、表面研磨などの試料前処理が不要である強みを持つ。
【実施体制】DLR、INTA との共同開発の検討を 2018 年夏から開始。国内では亀田(立教大)、長(東大)、臼井、大槻、川勝、藤本(ISAS)で担当。
【計画の妥当性・成熟度】MMX ローバ側(DLR、CNES)で搭載に向けて開発中。ラマン散乱励
起用の可視レーザは、INTA が ExoMars RLS 用に開発したフライトスペアを使用する。対物レンズ用光学系の設計は DLR により概ね完了している。日本側では焦点位置移動用アクチ
ュエータを選定中である。本計画で開発する着陸探査用の焦点調整機構つき顕微光学系は、顕微撮像装置(Microimager)、LIBS 元素分析装置、K-Ar 年代計測装置に必須の技術であることから、これら将来の着陸探査用装置への展開を念頭に置いた開発が進められている。
2. 周回探査① 惑星探査用高コントラストオプティクス【計画の規模・実施時期】火星宇宙天気・気候・水環境探査検討グループで検討を進めている
火星大気流出撮像装置に実装を予定（2026 年頃）。
【学術的価値】系外惑星観測技術で培った技術を活用し、微細ガウシアンエッジ構造をもつ遮光バッフルを独自に開発。それを実装することで惑星大気宇宙散逸の 2 次元撮像を可能にし、太陽風と惑星大気の直接相互作用領域のグローバルな描像を初めて明らかにする。これまでの衛星では捉えることができなかった散逸現場の空間構造を捉えることで、大気散逸機構の太陽風活動依存性を同定することができるというブレークスルーをもたらす。
【実施体制】系外惑星の技術を活かした概念設計・シミュレーション・実証用素子の製造を塩谷が、実証用素子による実証実験の実施と総括を中川・山崎が、科学的意義・探査ミッショ
ン全体のとりまとめを関・寺田が行なっている。遮光バッフル素子の実装実験により離隔 1
度で 7 桁を達成しており、本成果を学術誌投稿へ向けて準備中である。
【計画の妥当性・成熟度】H28 搭載機器基礎開発実験費採択。BBM 製作・小型化に向けた追試実験を行い、科研費獲得を目指している。
② AOTF を用いた小型赤外分光撮像装置【計画の規模】仏との国際共同・CNES-JAXA 協定のもと MMX 搭載に向けて開発を進めている。
火星宇宙天気・気候・水環境探査検討グループで検討を進めている小型赤外分光器としても検討候補。将来の月火星着陸探査なども対象。
【実施時期】火星衛星サンプルリターンミッション MMX に搭載を予定（2024 年）【学術的価値】火星衛星の起源論を決着させるとともに火星圏の生命居住可能環境形成過程を明らかにするため、近赤外分光観測を行い、衛星表面の含水鉱物・水関連物質・有機物を検出する。
【実施体制】はやぶさ 2 搭載器・ExoMars 搭載器のヘリテイジを活かし開発を進めている。
ExoMars 搭載用 AOTF を用いた鉱物計測評価試験を実施した他、熱設計・運用計画・SNR 検
討を進めている。今年には BBM による FM タイプ AOTF 評価試験を実施し、キーとなる装置関数や温度計測精度を議論した。
【計画の妥当性・成熟度】今年度末〜次年度には機器のフェーズ A レビューが終了し、基本設計着手となる予定。仏側予算以外にも、試験・旅費に充当するための経費を新学術領域研究（公募研究）にて採用されている。
③ 水素吸収セル
2020 年代の打ち上げを目指す国際共同ミッションへの機器提供に向けた開発を進めている。
観測対象は惑星および彗星近傍の水素原子の発光強度・温度・重水素水素比の測定である。水素大気の発光強度と温度の分布から、散逸率と太陽活動度の関係を解明する。また、彗星近傍の水素重水素比の測定に向けた搭載機会の創出を目指し、国際共同ミッションのプロポーザルに加わっている。本観測装置は「のぞみ」に搭載された装置をベースとして性能を向上させた

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ものである。当時の開発を主導していたメンバーと若手研究者が融合し、国内外の放射光施設を用いた性能評価試験を毎年実施するなど、精力的に活動を続けている。吸収セルの開発を題材にした科研費として、すでに取得済みのものが 1 件、申請中のものが 2 件ある。また 2017 年
3 月には吸収セルの開発を主題にした博士論文が東京大学に受理された。
④ 地下探査レーダ（周回機搭載レーダサウンダ）
本グループでは、周回機搭載レーダサウンダとローバ搭載 GPR(Ground Penetrating Radar)で
月・火星地下の水・氷探査を行うことを提案しているが、複数ミッションに分けて行われることも想定して、２項目に分けて、本項目では周回機搭載レーダサウンダの概要情報を記載する。
ローバによる探査が可能な領域は限られるため、着陸探査に先立って、周回機で広域探査を行
い、水・氷にアクセスできる可能性の高い着陸地点を選定する。火星の傾斜地では、分光観測から、地下帯水層・氷層の露頭であることが示唆されている場所があるが(McEwin et al., 2013;
Dundas et al.,2018)、傾斜地の探査はローバでは難しい。その周辺を周回機で探査することによって、アクセス可能な深さにその帯水層・氷層が続いた平坦地を見いだせる可能性がある。周回 機 に は 、 分 解 能 数 m の UHF 帯 レ ー ダ サ ウ ン ダ を 搭 載 し て 、 従 来 の レ ー ダ サ ウ ン ダ（MEX/MARSIS、分解能 150m; MRO/SHARAD、分解能 15m）が検知できなかった火星表層の水・氷有無を広域探査し、着陸候補地点を絞り込む。従来の周回機搭載地下レーダでは行われていないが偏波（フルポラリメトリック）方式は、送受信アンテナ２セットを要するが、地中の不均質の特性変化、氷層・氷塊検出に有利であることから、本提案のレーダサウンダでも検討している。
3. フライバイ・ランデヴ探査① 衝突探査パッケージ
衝突探査は、本物の天体における宇宙衝突実験であるとともに天体の内部状況を探る手段でもあって、単なるリモセン観測とは一線を画す探査手法である。「衝突探査パッケージ」は小天体における衝突探査を実現すべく衝突装置および関連観測機器群（別途記載の分散観測用小型分離カメラ等）からなり、先例として「はやぶさ２」搭載の小型搭載型衝突装置（SCI）と分
離カメラ（DCAM3）がある。将来の具体的計画としては、ESA Fast class mission （2027 年打ち上げ想定）に提案中の小惑星内部構造探査計画 AI3（別途記載）におけるキューブサットを用いた衝突装置と観測機器が挙げられる。現在、はやぶさ２搭載 SCI と DCAM3 の開発メンバー
を中心に検討を継続しており、キューブサットによる衝突装置について千葉工大にも検討チームが結成された。これまで、はやぶさ２の他にも「イトカワ再探査による宇宙衝突実験」について惑星科学会の「月惑星探査の来たる 10 年」へ提案し審議されるなど、様々な機会をとらえて衝突探査パッケージを提案している。今後も、はやぶさ２によって得られる日本の“衝突探査先進国”としての優位性を生かすべく衝突探査パッケージを検討提案するものである。
② 天体追尾可視望遠カメラ
本装置は、小天体の高速フライバイ観測のためのカメラである。駆動鏡により視線方向を変えて天体を追尾しながら、最接近時も含めて幅広い太陽位相角に渡って高空間分解能観測が可能であり、これまでのフライバイ撮像よりも多くの情報を取得できる。特に、相対速度が速い、
軌道傾斜角が大きいなど、ランデブー探査の難しい天体の観測も可能であり、太陽系の起源および進化の解明の大きな手掛かりとなる小天体への接近観測機会を大幅に増やせる。2022 年打
ち上げ予定の小惑星 Phaethon フライバイミッション DESTINY+へ TCAP（Telescopic Camera for
Phaethon）として搭載予定であり、その後継小天体探査ミッション（プログラム的小型）への搭載も念頭に置いて開発を進めている。TCAP の開発は千葉工大、宇宙研、東北大を中心に進めている。概念検討を実施し、試作による検証試験も開始しており、2019 年度中には基本設計へ移行予定である。これまでに、DESTINY+ミッションがミッション定義審査および ISAS 所内プロ
ジェクト準備審査を通過する中で、TCAP の検討状況についても審査され、評価されている。
DESTINY+ミッションにける基本的な小惑星追尾撮像技術の獲得と、それをベースとした改良（例えば分光撮像機能の追加など）により、地球接近小惑星や彗星など、相対速度が大きく軌
道傾斜角の大きい小天体のフライバイ観測ミッションにおける強力なツールとなる。
③ 分散観測用小型分離カメラ
天体軌道上にある探査機から複数の超小型ユニット (大きさ 10 cm 程度) を分離し、分散的に観測を行う理学観測用サブシステム。観測内容は探査計画ごとに最適化されるが、主として分離後の軌道上での可視光カメラ撮像、天体衝突時の加速度応答による地盤強度計測、天体着地

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後の地表面の詳細なカメラ撮像などを行う。着陸機やローバなどが接近できない複雑地形などの危険な領域に侵入して詳細観測を実施することができ、別途記載する「衝突探査パッケージ」の一部として衝突実験の近傍観測などを行うことも可能である。また複数地点に投入すること
により地表面特性の地域的偏りを明らかにでき、将来的には弾性波などの多点同時観測を担うシステムとしても期待する。同シリーズ機器は過去、DCAM1,2 として IKAROS、DCAM3 として Hayabusa2 に搭載され、その後も複数の探査計画において検討・提案されており、新たな計画に即座に機器提案が可能な段階にある。現在は小川和律、和田浩二、澤田弘崇らを中心として体制が維持されており、継続的に検討・開発を実施している。
4. 望遠鏡
① 宇宙用真空紫外線観測装置
国内計画 1 件(科研費、小規模計画）、国際共同計画 4 件について検討中である。
2021 年打ち上げ予定 超小型衛星搭載用恒星紫外線輻射・彗星水素発光観測装置（提案中(科研費)・国内計画）
2024 年打ち上げ予定 1.7m 紫外線宇宙望遠鏡 WSO-UV への系外惑星観測用高感度紫外線分
光器提供（プロジェクトは承認済み。プロジェクトから受入意思表明あり。JAXA と協議中）
2026 年打ち上げを目標 地球磁気圏撮像計画 STORM への中性水素観測用紫外線カメラの提供（NASA MIDEX に提案予定。PI: David Sibeck(NASA/GSFC)から機器提供検討の依頼。PI から
JAXA に連絡済み）
2028 年打ち上げ予定 系外惑星観測専用望遠鏡 ARIEL への恒星紫外線輻射観測器提供（プロジェクトは承認済み。プロジェクトから受入意思表明あり。JAXA と協議中）2028 年打ち上げを目標 非周期彗星探査 Comet Interceptor 計画への水素観測用紫外線カメラの提供（ESA Fclass に提案中。PI: Geraint Jones (UCL) から機器提供検討の依頼。JAXA RG 申請済み）
上記 5 件の計画で紫外線観測装置の打ち上げを検討している。
天文分野（系外惑星観測）、惑星科学分野（系外惑星・彗星水素観測）、STP 分野（磁気圏撮像）といった複数分野で国内外から求められている観測技術である。のぞみ、かぐや、
BepiColombo、ひさき、プロキオン等で紫外線観測装置の実績を積み重ねてきており、それらの実績のある装置に対し、大きな開発要素は識別されていない。また、新型の MCP の開発を進め、
LUVOIR、HabEx といった 2040 年頃の超大型計画検討チームからも情報提供依頼を受けている。

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APPENDIX-5: (b.3) 将来 SR 探査における化学分析とｷｭﾚｰｼｮﾝの長期展望（詳細）1. サンプラー仕様
表 A5-1 で、はやぶさ２と将来探査との間におけるサンプラー仕様要求を比較した。試料採取方式の多様化・改良、試料格納量改善、および固体以外の物質への対応については、サンプラーの大型化、および天体性質（レゴリス、礫、岩盤、氷、液体、ガス）に適したサンプリング機構（弾丸、粘着物、コアリング、凍結、ガスボトル等）の設計・開発が必要である。試料形状については、岩石組織情報を保存可能な中・大型岩石試料採取機構（マニピュレータ等）が求められる。地質情報を保存するためには、複数地点からのサンプリングおよびコアリングとこれに対応した保存機構（試料間分離機構）の開発が必要である。試料への人工物および地球物質による汚染については汚染コントロール・モニタにより対策を講じるが、対象天体や科学目標に応じた対策の検討が重要である。新たな汚染軽減策としてはサンプリング現場（対象天体上）での少量分割梱包機構やマニピ
ュレータによる分取・分配機構の搭載が考えられる。気密性対策としてははやぶさ２ではメタルシール機構を搭載する。
帰還サンプルに含まれる揮発性成分の存在度・同位体分析においては、サンプリング時から分析時までの間に試料が経験した環境変化を最小限にする、あるいはその変化を把握できるようにしておくことが重要である。そのためには、温度・圧力のコントロールが極めて重要になるため、高気密で温度コントロール可能な帰還カプセル及びサンプルコンテナの開発が必要となる。また、揮発性成分はありとあらゆる人工物や地球天然物に含まれており、かつその拡散速度は重元素に比べて大きく汚染の影響を受けやすい。したがって、衛星部品の製造、組み立てから打ち上げに始まり、
帰還カプセルの回収、カプセルからの試料回収キュレーション、その後の分析者への配布、分析におよぶすべての工程での汚染管理が必須となる。これらを達成するにはかなりの労力を伴い、かつ不完全である場合が多いと予想される。その対策の一つとしては、宇宙空間でのサンプリング時に少量分取・封入を行い、封入状態のまま分析者へ配布するシステムの構築が考えられる。
以上のようなサイエンス要求に適合した回収環境を達成するためのサンプリングシステムの構築には工学と理学との密接な連携が重要である。
表 A5-1: はやぶさ２と将来探査との間のサンプラー仕様要求比較
保管機構の仕様要求

はやぶさ２

将来探査

試料量

100mg(最少)～数百 mg

10g–1kg（目標天体とサイエンスにより決定）

形状

固体、気体

固体、気体（液体は凍結試料として回収？）

温度・圧力＜80℃、<1 気圧＜~0℃（クライオサンプラー）

試料間の分離3 部屋 for >300 um 粒子

地質情報を反映したサンプリング（複数天体表面およびコアリング）に対応した回収試料の分
離保管

気密性（メタルシール）< 10-6 cm3 STP/sec/cm2< 10-6 cm3 STP/sec/cm2

汚染対策

汚染コントロール（材料物質選定・管理、洗浄）、汚染モニタ

汚染コントロール（材料物質選定・管理、洗浄）、汚染モニタ

キュレーション、化学分析との連携

コンテナ内気体の回収、真空中での試料分取、固体試料の回収作業効率を考慮した構造設計

サンプリング現場での少量分割梱包

2. キュレーション
キュレーション分野については、今後サンプルリターンのサイエンス要求を達成する為の課題（b3 参照）に対して、キュレーションはその入り口にあたるサンプラー仕様と、出口にあたる各種
帰還試料分析との間で連帯することが重要である。将来ミッションとして帰還試料の物理状態は従来のミッションにあった固体に加えて、気体・液体試料や高圧試料およびそれらの複合試料が想定され、それぞれに対応する技術の検討･開発を要する。たとえば、彗星物質サンプルリターン探査では、氷、揮発性成分、圧力から解放される事により形態が変化する可能性がある高圧物質など、常温では変質しやすい試料の受入れ・保管のための低温キュレーション施設が必要である。現在、従来設備における対応状況の可否を帰還試料形態別にまとめたものを表 A5-2 に示す。

17

ただし、表 A5-2 で達成されている（○印）項目も、ミッションが達成を目指すサイエンス要求に応じて更なる検討を要する(例えば鉄質小惑星帰還試料に対する親鉄元素汚染低減への対応など)。また、目標天体試料が地球外生命関連物質を含有する可能性がある（惑星検疫カテゴリー５(制限)相当、例えば火星及び火星衛星試料帰還）場合、試料取り扱い環境の滅菌技術及び帰還試料の封じ込め技術の検討･開発が求められる。
表 A5-2: 帰還試料形態別の技術検討･開発状況のまとめ
帰還試料形態

固体

固体(< 0℃)

液体

気体

高圧(>1 MPa)(1)取出し･回収

○

×

×

△

×

(2)初期記載

○

×

×

△

×

(3)保管

○

×

×

×

×

(4)分割･配布

○

×

×

×

×

3. 元素・同位体分析
試料全岩の元素・同位体組成は、天体の地質活動や物理化学的環境、また物質進化過程を理解するため非常に重要である。試料全岩の元素・同位体分析には一般に多量（数 mg 以上）の試料が必要である。これまでのサンプルリターンにおける全岩試料分析の位置づけは不十分であったため、将来のサンプルリターンにおいてはより一層重点を置くべき分析手法である (表 A5-3)。試料全岩の酸素同位体比は探査天体を特徴づけるだけでなく、太陽系物質の酸素同位体比がいかに決定されたかという宇宙化学における最重要問題に直結する。また、Ti, Cr, Mo, Ru などの同位体異常は、太陽系内における同位体比不均一性のメカニズムを解明し、探査天体の材料物質を考察する手がかりとなる。一方、ミクロンスケールの微小領域における元素・同位体分析は彗星や D 型小惑星など始原的な（それゆえ細粒かつ化学的に非平衡な）天体の試料の分析に特に有効である。次世代サイエンスの具体例として、１）水星の酸素・亜鉛・水銀・チタン・クロムの同位体比測定による太陽系の同位体比不均一性メカニズム・天体の材料物質および揮発性元素の挙動の解明、２）D 型小惑星や彗
星物質全岩および難揮発性包有物やコンドルールの酸素同位体比、Al-Mg 年代、プレソーラー粒子
や有機物の軽元素同位体比分析による太陽系始原物質の形成・分布・移動の解明、３）火星・氷天
体の表面・内部試料の酸素同位体比、微量元素存在度測定による天体形成史、地質活動、物理化学
的環境（温度、酸化還元状態）の解明、４）メインベルト彗星中の氷の水素・炭素・窒素・酸素同位体比分析、および岩石部分の酸素・チタン・クロム同位体比分析、プレソーラー粒子や有機物の軽元素同位体比分析による天体の形成場所やメインベルト小惑星との関係の解明、等が挙げられる。
表 A5-3: 元素・同位体組成のサイエンスと分析手法
サイエンス
揮発性/難揮発性元素存在量比と隕石グループとの対応づけ、火成岩・鉄隕石類似物質の同定、結晶分化作用

太陽系同位体比不均一性メカニズ
ム、天体の材料物質の解明

天体の形成年代
母天体変成作用の温度推定

1–1000 mg(1 mm 以上)

1–1000 μg(数 100 μm)
NAA, レーザーア
ブレーション(LA)-ICP-MS

全岩酸素同位体組成

中性子放射化分析(NAA), TIMS, ICPMS
レーザーフッ素化

Hg, Zn etc. 同位体組成

TIMS, ICP-MS

Ti, Cr, Mo, Ru etc. 同
位体異常
Pb-Pb, Hf-W, Al-Mg,
Mn-Cr 年代など
ケ イ 酸 塩 鉱物 ・ 炭 酸
塩の酸素同位体組成

TIMS, ICP-MS

項目
全岩元素組成TIMS, ICP-MS

太陽風照射量・組成分析
太陽系始原物質の起源と分布

プレソーラー粒子の酸素
同位体異常、有機物の水素や窒素同位体異常

1 μg 未満(100 μm 未満)

LA-ICP-MS, 二 次 イ
オン質量分析(SIMS)
SIMS

SIMS

SIMS, レーザー共鳴
イオン化質量分析(RIMS), SNMS

SIMS, RIMS,
SNMS

SIMS

NanoSIMS, RIMS,
スパッタ中性粒子
質量分析(SNMS)

18

4. 岩石鉱物分析
岩石鉱物分析では、分析する試料がどのような岩石・鉱物組織、粒径を有し、どのような種類の鉱物（鉱物モード比を含む）で構成されているかを明らかにする。構成鉱物については、化学組成と結晶構造を正確に明らかにし、組織情報と組み合わせることにより（表 A5-4）、探査対象天体を問わず、その試料が形成された際の環境（温度、圧力、酸素雰囲気など）を明らかにすることができる。また、残留磁化を調べることで、試料がこれまでに経験した最高温度や探査対象天体の過去の磁場環境に関する情報を得ることができる。貴重な帰還試料から最大限の情報を得るためには最初に放射光 X 線などによる非破壊分析を行ない、その後に電子線などを用いた破壊分析を行うという手順が望ましい。最近では、プラズマ FIB-SEM 技術が開発され、従来より大面積の試料薄片加工
および構造観察が可能になることが期待される。また、リモートセンシングや着陸探査等との連携も重要である。異なる進化を経た小惑星を体系的に理解し太陽系形成過程の全貌を解明するために、
はやぶさ、はやぶさ２がそれぞれ S 型、C 型小惑星を目指し、MMX が D 型小惑星の可能性のある火星衛星を探査予定であることから、次にＥ型小惑星を探査する意義は大きい。また、近年の観測で彗星の多様性が明らかになっており、NASA では彗星塵サンプルリターン（スターダスト計画）に続く彗星物質サンプルリターンとして CAESAR ミッションが提案されている。したがって、次世代サイエンスの具体例として、１）E 型小惑星、エンスタタイトコンドライト隕石、オーブライトとの岩石鉱物学的対応づけによる地球の材料物質の解明、２）彗星に含まれる CAI やコンドルールの組成・分布の多様性と初期太陽系形成過程の解明、等が挙げられる。
表 A5-4: 岩石鉱物のサイエンスと分析手法
サイエンス

項目

1–1000 mg (1 mm 以上)

1–1000 μg（数 100 μm）

岩石天体の起源

組織観察

大視野 X 線トモグラフ

放射光 X 線 CTと進化、天体環

ィー（CT）

境の決定
同上

同上

1 μg 未満（100 μm 未満）

研磨薄片観察
鉱物組成

紫外可視赤外反射分光、

放射光蛍光 X 線分析

電子線マイクロプローブ（SR-XRF）（累帯構造（EPMA）など）

元素組成

SR-XRF

顕微ラマン分光

集 束 イ オ ン ビ ー ム（ FIB ） 加 工 後 、 透 過 型
電 子 顕 微 鏡 （ TEM ） ,
STEM

同上

化 学 組 成固体核磁気共鳴分光

（鉄の価数

（NMR）

SR-XAFS, XANESSR-XAFS (XANES)

結 晶 方 位 分 布 （ SEM-

放 射 光 X 線 回 折 （ SR-SR-XRD, FIB 後 、 TEM

EBSD）

XRD）

（電子線回折）超伝導量子干渉素子

光電子顕微鏡 (PEEM)

電子線ホログラフィ

など）
同上
同上

結晶構造
残留磁化

（SQUID）

TEM 、 光 電 子 顕 微 鏡(PEEM)

天体内部構造の推定

磁性

超伝導量子干渉素子

光電子顕微鏡 (PEEM)

光電子顕微鏡 (PEEM)（SQUID）

5. 揮発性成分分析
揮発性成分（H, C, N, O, S など軽元素化合物、希ガス）の元素・同位体組成は太陽系や生命の起源と進化、惑星大気及び宇宙空間への散逸イベントといった物質移動・混合に関する情報をもたらす。特に水は宇宙・惑星空間において普遍に存在し、その特色ある物理・化学的挙動のため、多くの惑星物質進化に関与している。そのため、水の存在量、状態、分布、同位体比、化学組成（溶存
元素組成、Eh, pH 等）に関する惑星物質の全岩および局所分析が重要である。氷天体表層は昇華や天体衝突だけでなく、太陽風や銀河宇宙線(GCR)にさらされており、岩石天体同様の放射線損傷によ19

る非晶質化が起こる非晶質氷の揮発性元素保持力は結晶性のものより高く、氷天体表層氷中の揮発性元素存在度は昇華・非晶質化・太陽風インプランテーション・GCR 照射による生成などの影響を複合的に反映している。氷に流動性がない場合、表面ほど太陽風や GCR 起源の同位体が蓄積するが、流動性がある場合は、揮発性元素の損失および同位体異常の均質化・希釈が起こると予想される。
彗星や木星衛星などの氷天体の氷の起源を議論する際、太陽風や GCR 照射による同位体組成の変化の寄与率を検証することができる。次世代サイエンスの具体例として、１）彗星や木星衛星など氷
天体表層・深部氷中の揮発性元素・同位体組成分析による氷天体の形成年代とその表層物質の変質および流動性の評価、太陽系内天体大移動の解明、２）天体地下水中の希ガス同位体比分析による
エンケラドス地下海の理解や古代火星環境の復元、などが挙げられる（表 A5-5）。また、惑星大気
サンプルリターンの場合、リモート観測探査や現場分析等との連携により発展することが期待できる。
表 A5-5: 揮発性成分のサイエンスと試料量・サイズ毎の分析手法
サイエンス

項目

1–1000 mg (1 mm 以上)

小天体の宇宙風化

軽元素・希ガス同

軽元素質量分析計，希

年代・衝突年代決

位体組成

ガス質量分析計

1–1000 μg (数 100 μm)
RIMS, SNMS

1 μg 未満 (100 μm 未満)
RIMS, SNMS

定、氷天体形成年
代、表層作用、流動性評価、惑星古固体 NMR，中性子

環境復元、天体内

岩石氷比，氷の物

部海の形成史解明

性

太陽系始原水の起

水（氷）の水素・源

酸素同位体組成

惑星大気進化、太軽元素同位体組

キャビティリングダウ

陽系始原物質の起成，希ガス同位体

ン吸収分光法

源と分布

組成

TEM

SIMS

SIMS, NanoSIMS

6. 有機物分析
初期太陽系の歴史において、星間分子雲での光化学反応で最初に生じた有機分子は、その後原始惑星系円盤や微惑星での熱反応、光反応、水—岩石相互作用により分解と合成を繰り返し、始原小
天体の化学的多様性を生み出した。有機物は反応性が高いことから初期太陽系での様々な物理化学
プロセスを敏感に記録し、特に低温条件での物質進化の解明に優れる。また、始原小天体有機物の組成から、地球へ供給された生命材料の組成に制約を与えることが期待されている。これまでに始原的な炭素質コンドライト隕石から数百種の有機分子が同定定量されているが、我々が隕石中から未だ同定していない有機分子は 50000 種にのぼる。また酸不溶性有機物の元素・官能基組成は明らかにされているもののその詳細な分子構造モデル（立体構造を含む）については推測の域を出ない。
これらの問題を網羅解明してこそ、宇宙有機物の起源と形成過程に真の答えを見出すことが可能となる。
一方で、（小天体以外の）様々な天体に存在する有機物の組成と分布は、惑星環境の形成と進化
およびその天体のハビタビリティの理解に重要な情報を提供する。そのため、化学分析手法は同じでも、先に述べた小天体有機物の起源と進化とはサイエンスが大きく異なるという意識が必要である。たとえば、高圧環境で生成しやすいオリゴペプチドや脂肪族炭化水素などの重合体、大気圏へのエネルギー照射で生成しやすい有機エアロゾル粒子、水圏に特徴的な有機金属錯体など、各環境に特化した生成物が新たなターゲットとなる可能性が高い。また、近年 NASA が火星表層で検出したメタンや固体有機物の起源が注目されているように、生物起源・非生物起源の識別が明確な分子指標・同位体指標を活用することが求められる。
次世代サイエンスの具体例として、１）大量採取した小惑星・彗星地下物質中の個別分子の分子
内同位体比分析による起源と形成過程の決定、およびエナンチオマー過剰率の決定、２）大量採取した小惑星・彗星地下物質中の固体有機物の分子構造単位レベルでの多元素同位体分析による形成20環境（分子雲、円盤、母天体）の識別、３）火星深部や氷天体内部海に存在する有機ポリマーの組
成（重合度）から読み解く高圧惑星環境、４）氷天体内部海に存在する有機金属錯体の組成と分布による惑星熱水環境の物質循環プロセス、５）タイタン大気圏の高度別に採取した有機エアロゾルのナノレベル構造およびフリーラジカル濃度と惑星気候変動の解明、などが挙げられる（表 A5-6）。

表 A5-6: 有機物のサイエンスと試料量・サイズ毎の分析手法
サイエンス
天体の一般性

項目
元素組成

1–1000 mg(1 mm 以上)
ミュオン

1–1000 μg（数 100 μm）
CHNO 元 素 分 析 装

1 μg 未満（100 μm 未満）
SEM-EDS

置（燃焼式）
有機物・水・鉱物相互

官能基組成

NMR, 顕 微 ラ マ ン 分

顕 微 赤 外 分 光 (μ-光 (μ-Raman)

FTIR), μ-Raman, 放NMR, 熱 分 解 GCMS,

ガスクロマトグラフ

射光 X 線吸収分光(STXM-XANES,TXM)
μ-FTIR,
μ-Raman,
STXM-XANES,ToF-SIMS, MALDIToFMS
Nano-LCMS, 脱離エ

過程、天体環境条件のィ ー 質 量 分 析

レクトロスプレー

評価、前生物的化学進（GCMS）, 液体クロ

イ オ ン 化 （ DESI）

化の解明

マトグラフィー質量

質量分析

宇宙におけるホモキラ

分 析 (LCMS), 2 次 元
GCxGC
円二色性分散計，2 次元高速液体クロ

GCMS, LCMS, 2 次元
GCxGC

マトグラフィー
(2D-HPLC)

ガスクロマトグラフ

元素分析計−同位体過程、由来天体の炭素

燃焼同位体比質量分の起源

析 (GC-C-IRMS)

比質量分析計 (EAIRMS)

作用の不均一性、天体
環境条件の評価

固体有機物の構造と形

分子組成

成過程
超微量有機分子の形成

選択的化学分解
分子組成

光学分割分析

リティの起源と地球生命起源との関係性
有機分子の起源と形成

同位体組成

光化学反応度評価、そフリーラジカの年代推定

ル濃度、分子STXM-XANES,
TXM,
AFM-FTIR, AFM-Raman

STXM-XANES,ToFSIMS, MALDI-ToFMS,
TEM-EELS
Nano-LCMS, DESI, FT
ICRMS

2D-HPLC

電 子 ス ピ ン 共 鳴
(ESR)

組成
太陽系始原物質の起源

局所同位体組と分布

成

太陽系始原物質の起組織

SEM源、天体環境条件の評
価、機能性有機物の前
生物的化学進化の解明

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SIMS

SIMS, NanoSIMS

SEM, TEM, SR-μXCTTEM, STEM, SR-μ-XCT