【連載】

水星が映す、もうひとつの地球 - 日欧の水星探査機「ベピコロンボ」の挑戦

3 日本と欧州の絆は木星圏へ、そして太陽系の外の惑星について知る旅へ

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欧州宇宙機関(ESA)と宇宙航空研究開発機構(JAXA)は7月6日、共同で開発を進めていた水星探査機「ベピコロンボ」の、打ち上げ前最後の大掛かりな試験が完了したと発表した。

打ち上げは2018年10月の予定で、約7年後の2025年12月の水星到着を目指す。

太陽に最も近い惑星である水星は、地球からの観測や探査機による探査が難しく、ほとんど手つかずの状態で、多くの謎が残されている。日本と欧州はベピコロンボによって、この太陽系最内縁の惑星に潜む謎の解明に挑むとともに、太陽系以外にある惑星の姿かたちや、地球のような惑星が他に存在し得るのかといった謎を解き明かす鍵もつかもうとしている。

連載の第1回では、水星にはどのような謎があるのか、ベピコロンボは何を探査するのかということについて、第2回では、ベピコロンボの仕組みについて解説した。第3回となる今回は、ベピコロンボの次に予定されている日欧共同の大型探査計画「ジュース(JUICE:Jupiter Icy Moon Explorer)」と、これらの探査が系外惑星の研究にも役立つということについて解説したい。

ESAとJAXAがベピコロンボの次の大型探査計画として検討中の木星氷衛星探査機「ジュース」 (C) ESA, NASA, J. Nichols (University of Leicester), NASA/JPL, University of Arizona, DLR

ベピコロンボによる探査とその成果は、この想像図のような、太陽系の外にある惑星(系外惑星)について知ることにも役立つかもしれない (C) NASA/JPL-Caltech

日欧の違いが産んだ苦難と相乗効果

第2回で触れたように、ベピコロンボは日本と欧州が初めて開発した本格的な大型の探査機である。そのため、開発には多くの苦労があったという。

ベピコロンボの開発に日本側からかかわったJAXAの小川博之教授は、「とくに考え方の違いでは苦労しました。宇宙研がやってきた衛星の造り方と、ESAのやり方は違いますから」と語る。

宇宙研がやってきた衛星の造り方、というのは、通称「宇宙研方式」とも呼ばれるものである。宇宙研方式がどういうものか厳密な定義はなく、一概には言いにくい。

ただ、おおまかには、まず工学系の教授と理学系の教授が、どちらかがリーダーとなりつつタッグを組み、このトップの2人と、他の研究者や製造を担当する企業の人間などが、会議で顔を突き合わせながら、衛星の仕様や運用方法などを考えていく。すべての情報は基本的にトップの教授に集まり、その責任のもとで物事が決定されていく。まるでワンマン経営者が率いる中小企業、あるいはカリスマ実業家が率いるベンチャー企業のようでもある。

このやり方は、わずらわしい書類仕事が発生しないため、小規模な衛星や探査機を造る際には、開発期間が短くでき、コストも抑えられるなど効率的ではあるものの、大型の計画になると対応しきれないことも出てくるという、良くも悪くも独特な方法である。その後者の悪いほうが全面に出てしまったのが、昨年のX線天文衛星「ひとみ」の事故だったといわれる。

一方、NASAをはじめ宇宙機関の多くは、書類で設計、開発の顛末すべてを管理する手法を採用している。書類を管理、保管するだけで、専門の人員と部屋が必要にもなるといわれる効率の悪いやり方だが、たとえば何かトラブルがあったとき、教授の記憶をたどることになる宇宙研方式とは違い、書類をたどればトラブルのタネがどこかに載っているため、大規模な衛星の開発などには向いている。

宇宙研方式という伝統をもつ宇宙研にとって、ESAのような別の国の、そして異なる開発方法でやってきた機関と、共同でひとつのものを造り上げようとすると、さまざまなところで軋轢が生まれることは致し方ない。小川教授によると、そうした考え方、やり方の違いをすり合わせ、お互いが納得できる形で造り上げていくのが難しかったという。

しかし、小川教授は「でも、楽しかったですね」とも振り返る。「ぶつかりあうこともありましたが、その後でわかり合い、仲良くなって、ひとつのものを造り上げていくという過程は、僕は楽しく、いいものだと思いました」(小川教授)。

また、探査機に搭載される観測装置の開発を担当した、JAXAの斎藤義文 教授も、「日本と欧州では装置の造り方が違うため、最初は設計がころころ変わり、なかなか進みませんでした。けれども、たとえば欧州にはあって日本にはない技術というものがあったとき、『こうしたらいいのでは』と提案を受け、それを取り入れるといったことがあり、それにより相乗効果が生まれました」と振り返る。

ベピコロンボの開発にかかわったJAXA宇宙科学研究所の小川博之(おがわ・ひろゆき)教授 (筆者撮影)

ベピコロンボに搭載される観測装置の開発にかかわったJAXA宇宙科学研究所の斎藤義文(さいとう・よしふみ)教授 (筆者撮影)

日欧の絆、次は木星圏へ

そしてベピコロンボの開発の終わりと、打ち上げが迫る今、両者は早くも、次の計画に向けた準備を始めている。

それは「ジュース(JUICE)」と名づけられた、木星の衛星「ガニメデ」の探査計画である。ESAの主導で行われる計画で、日本は探査機に搭載される4つの観測機器の開発での協力を検討している。打ち上げは2022年の予定で、2030年に木星圏に到着。2032年にガニメデを回る周回軌道への投入を目指す。

ジュースという名前は、Jupiter Icy Moons Explorer(木星氷衛星探査計画)から取られたもので、飲み物のジュースにもかかっている。もちろんただの洒落ではなく、ガニメデの地下にはジュースのような液体の水の海が広がっている可能性があり、さらに生命がいるかもしれないともいわれていることにちなんでいる。

木星は太陽から遠く離れているため、水は固まって氷になってしまい、実際ガニメデの表面も氷で覆われている。しかし、木星のまわりを回ることで衛星本体に歪みが生じ、それによって衛星の内部が暖められる「潮汐加熱」という現象が起きていると考えられており、そのため衛星の内部では氷が溶け、液体の海が広がっているかもしれないという。さらに、その熱のおかげで生命が誕生する環境になっているとさえ考えられている。

また、ガニメデと並んで、木星の衛星の中でとくに大きな4つの「ガリレオ衛星」のひとつである「エウロパ」からは、表面から水のようなものが吹き出ていることが、宇宙望遠鏡の観測によって判明している。さらに、より太陽から遠い土星の衛星「エンケラドゥス」では、プルームと呼ばれる間欠泉が吹き出しており、そこを探査機で観測したところ、衛星内部に液体の水があり、さらに地球の海底にある熱水鉱床のようなものがあるのではないか、ということを示唆するデータが得られている。

こうしたことから、ガニメデを含む木星や土星の氷衛星は近年注目が集まりつつあり、とくに液体の水や熱源など、生命が誕生するのに必要不可欠と言われている条件のうちいくつかが揃っている可能性があることからも、その詳しい探査に期待が高まっている。

また、ガニメデにはもうひとつ科学的に大きな魅力がある。この連載の第1回で「太陽系の地球型惑星の中で磁場や磁気圏をもっているのは地球と水星だけ」と書いたが、実は衛星も含めると、ガニメデにも磁場や磁気圏があり、なおかつ衛星の中では唯一無二でもある。

ガニメデの大きさ(体積)は水星より少し大きいくらいで、磁気圏の大きさもほとんど同じと考えられている。さらに、木星というとびきり強い磁場をもつ惑星のまわりを回っていることで、その木星によって加速された高いエネルギーの粒子がぶつかり、地球のようなオーロラも発生していることがわかっている。

つまり、ベピコロンボによる太陽風プラズマが吹き付ける水星の磁気圏の探査と、ジュースによるガニメデ磁気圏の探査、さらに日本が2016年に打ち上げたジオスペース探査衛星「あらせ」などによる、地球の磁気圏の探査などを組み合わせ、比較することで、この宇宙全体の磁気圏や宇宙プラズマのふるまいなどを理解することができると考えられている。

日本と欧州がベピコロンボの次の大型共同計画として検討している木星氷衛星探査計画「ジュース」 (C) ESA, NASA, J. Nichols (University of Leicester), NASA/JPL, University of Arizona, DLR

ジュースが探査を目指す木星の衛星「ガニメデ」 (C) NASA/JPL

水星が映す、もうひとつの地球の姿

日本と欧州によるベピコロンボとジュースの探査は、さらに遠くの、太陽系の外にある、別の惑星系の研究にも役立つという。

太陽系外にある惑星のことを系外惑星といい、宇宙望遠鏡などによる観測から、これまでに3000個を超える数の系外惑星が発見されている。その中には、太陽系でたとえると水星よりもはるかに太陽に近いところを回る、木星ほどもある大きなガス惑星のようなものもあるが、一方で「ハビタブル・ゾーン」と呼ばれる、恒星からほどよく離れた、水が液体で存在できる環境と考えられる領域を回る、地球型惑星も発見されている。

とくに2017年2月には、太陽系から約39光年離れたところにある「トラピスト1」と呼ばれる恒星のまわりに、7つの惑星が見つかったこと、そしてそのうちトラピスト1に近いほうから数えて4番目から6番目までの3つは、ハビタブル・ゾーンにあるらしいということが、「NASAの重大発表」などという煽り文句とともに大きな話題になった。

このトラピスト1は、「赤色矮星」と呼ばれる太陽よりもはるかに小さく、温度も低く、出ているエネルギーも小さな恒星で、ハビタブル・ゾーンにあたる範囲も、太陽系より恒星に近いところにある。見つかった7つの惑星も、太陽系に置き換えると、水星よりさらに内側に7つすべてが収まるほどで、その星にとっての1年(=公転周期)は、地球の時間でいえばわずか数日~十数日にすぎない。

トラピスト1系に見つかった惑星のひとつ「トラピスト1f」の想像図。ただしこのような環境や光景であるというたしかな根拠はどこにもないため、研究者からは「やりすぎ」との声も上がった (C) NASA/JPL-Caltech

太陽系(下)とトラピスト1系(真ん中)、木星系(上)の比較図。トラピスト1系の図は太陽系より25倍に拡大してある。トラピスト1系は太陽系の水星よりもはるかに内側にすべての惑星がおさまっており、むしろ木星とその月の関係に近いほどである (C) Caltech/IPA

これだけ恒星に近いと、温度環境はともかく、恒星の表面活動の影響を強く受けていると考えられる。そこではいったいどのような現象が起きているか? ということを知りたい、見たいと考えたとき、では太陽系でその環境に近いところはどこかといえば、他ならぬ、太陽に一番近く、太陽活動の影響を強く受けている、そしてベピコロンボが赴こうとしている水星である。

また、こうした系外惑星にも、ガニメデのような氷の衛星があることが期待されており、もしジュースによる探査で、ガニメデなどに地下に海があることがわかり、そしてその環境や状況について知ることができれば、それは系外惑星の氷衛星の研究に役立つ。

ベピコロンボによって恒星に近い惑星の環境への理解と、そしてジュースによって氷惑星への理解が進めば、それは太陽系のみならず、系外惑星も含めた、そのなりたちから現在までの歴史や姿かたち、そして地球外生命の存在の有無について、より深く知るための手がかりになるかもしれない。

まもなく始まる、日本と欧州による太陽系最内縁の世界を知る旅は、太陽系の外の世界を知る旅へと続いていこうとしている。

参考

ESA Science & Technology: Spacecraft
JUICE-JAPAN - 木星氷衛星探査計画 ガニメデ周回衛星
NASA Telescope Reveals Record-Breaking Exoplanet Discovery | NASA
Ultracool Dwarf and the Seven Planets | ESO
ベピコロンボ(BepiColombo)国際水星探査計画

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インデックス

連載目次
第3回 日本と欧州の絆は木星圏へ、そして太陽系の外の惑星について知る旅へ
第2回 太陽系をも飛び出せるエネルギーと7年もの時間をかけ、灼熱の世界へ
第1回 2機の探査機しか訪れたことのない、謎だらけの水星
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