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JAXAの新探査計画・火星衛星探査計画(MMX)を
世界的科学者と語る会

9/6(水)、東京大学本郷キャンパスにおいて「火星衛星表面環境に関する国際レビュー会」が開催されました。
それに伴い、レビュー会に参加した世界各国の研究者の皆さんにTeNQへお越しいただき、MMXの概要など多岐にわたってお話いただきました。
その専門家の1人でもある東京大学大学院教授・TeNQリサーチセンター長の宮本英昭氏が逐次通訳を行い、お客様からのご質問にもお答えしました。
平日にも関わらず多くのお客様にお越しいただき、ありがとうございました。

<概要>

タイトル
JAXAの新探査計画・火星衛星探査計画(MMX)を世界的科学者と語る会

テーマ
なぜ火星の月を目指すのか?

日時
2017年9月6日(水) 17:00~18:30

場所
宇宙ミュージアムTeNQ

MMXとは

現在ISAS/JAXAでは火星を周回する衛星(これを「火星の月」とよんでいます)である「フォボス」と「ダイモス(デイモス)」を探査するミッション、通称MMX(Martian Moons eXplorationの略称)の検討を進めており、レビュー会では探査機の設計に必要な諸条件(火星表面環境がどうなっているか、探査機着陸には衛星のどの場所がよいか、など)が議論されました。

MMXのミッション遂行のためには日本国内にとどまらず、世界の研究者・専門家からも広く見解を募り、議論し計画の精度を高める必要があります。
今回、以下のそれぞれの研究分野における第一人者が各国から集まりました。

ポール・アベル博士 (NASA)
ダン・ブリット教授(中央フロリダ大学)
パトリック・ミッシェル博士(フランス国立科学研究センター)
マティアス・グロット博士(ドイツ航空宇宙センター)
エリック・アスバーグ教授(アリゾナ州立大学)

イベント内容

まず、JAXA宇宙科学研究科の川勝康弘氏よりMMXの概要についての説明がありました。
「MMXは火星の周りを回る衛星(フォボス・ダイモス)へ行って着陸・サンプル(砂や石)を回収し地球へ持ち帰り、分析するための計画です。
具体的には今から7年後・2024年の打ち上げを目指しJAXAや国内外の研究者らと検討を進めています。」
次に、火星の衛星であるフォボス・ダイモスについて簡単な説明ののちにミッションの流れについてスライドを用いた解説がありました。
川勝氏によると、まず2024年9月に探査機を打ち上げ、1年ほどかけ火星付近へ到達するとのことです。そして火星の衛星であるフォボスを2~3年ほどかけて観測します。
その際に2回ほどフォボスに着陸するとのことです。それぞれ着陸している時間は2~3時間ほどですが、その間にサンプルを回収しますので、計2ヶ所からサンプルを入手することになります。その後1年かけて地球に戻ってくるそうです。打ち上げから帰還まで丸5年の壮大な計画です。
MMXで使う探査機についても説明が。2007年に打ち上げられた月周回衛星「かぐや」よりも大きな、全体で3400kgもの探査機を用いるのだそうです。
「火星衛星への着陸は、もっとも重要で、もっとも難しいイベントです。
安全に着陸するためには、火星衛星の表面状態を知った上で着陸の仕方やサンプリングのメカニズムを設計する必要があります。
なので今回、火星衛星に関わる世界中の専門家が集まって議論しました。
せっかくの機会なので、宮本先生にご協力いただきこの場を借りて皆さんにお話してもらうことになりました。」

川勝康弘氏(左)

Q)MMXが「はやぶさ」ミッションより難しい理由は何ですか?

A)対象への距離ではなく、エネルギーの問題です。火星は小惑星より大きな重力をもっています。そこへ入って急ブレーキでとまる、そこからまた出てきて帰ってくる。使うエネルギーははやぶさの2倍以上にもなります。行って帰ってくることの大変さが理由のひとつ。
はやぶさはゆっくりとホバリングでき、行動の判断も比較的ゆっくりできました。しかし今回のミッションではすばやい判断が必要になるというのも、難しい理由のひとつです。

次に、宮本教授紹介のもとダン・ブリット教授(中央フロリダ大学)が登壇され、「火星衛星を探査する重要性」といったテーマでお話くださいました。

「17世紀の『ガリバー旅行記』で、火星に2つの衛星が存在すると、きわめて正確に記述されています。」
フォボスが実際に発見されたのが19世紀ですから、それよりもかなり前の時代にこうした記述があるのは、極めて不思議なことですね。
ところでなぜ、火星の衛星(MMXではフォボス)が重要なのでしょうか?ブリット教授はこの問いにこう答えます。
「第1の理由は火星へ向かう足がかりになるからです。火星の表面へ行くとその大きな重力にとらわれてしまいますが、フォボスならばそのリスクなく、火星と「対話」ができるようになるのです。
第2に、燃料・原料・揮発性物質といった資源があるかもしれないからです。これらは人類が火星に行く際に必要になるかもしれません。
さらに第3の理由として火星表面を探査するための重要な基地になりうる、ということがあります。火星とフォボスの距離はとても近いので、フォボスからは火星探査ローバーやロボットをリアルタイムで操作できるのです(※記者註:通常、地球から火星探査機の操作には信号のやりとりで十数分以上を要します)。」
そして、ブリット教授は火星衛星探査の重要性をこうまとめられました。
「火星への道は、フォボスから導かれるのです。」フォボスを調査することこそ、人類が火星へ向かうのに不可欠だということなのですね。

ダン・ブリット教授

Q)フォボスが火星探査の前哨基地になるとしたら、人もフォボスにいられるということですか?

A)今、NASAはフォボスに有人基地を作るためには何が必要なのかを検討しています。困難は多く予想されますが、それもこの探査で答えが見つかると信じています。

Q)なぜダイモスじゃなくフォボスを探査するのですか?

A)とてもいい質問ですね!私自身はダイモス探査の計画を提案していました。フォボスはより火星に近く、そしてより大きいので様々な地質があるといった点で、有人基地を作るうえでの候補としては有力と言えるでしょう。それでも私はダイモス派ですがね(笑)

次に登壇したのはパトリック・ミッシェル博士(フランス国立科学研究センター)。
MMXの魅力について、熱く語ってくださいました。
「MMXはとても困難ですが面白く、若い世代にも大きな影響を与える計画です。」
ミッシェル博士によると、フォボスを知るということは太陽系の初期の情報を得られるということなのだそうです。サンプルを回収し、それを研究することで火星系の初期の環境まで知ることができるのだとか。
「フォボスはそれ自体、科学者・技術者両者にとってとても魅力的な天体です。とても小さいので、地球から打ち上げて長い旅を経てそこへ着陸できるようなものを作らなきゃいけません。」緻密な計算が、それを可能にするのですね。
JAXAは既にそれができることを「はやぶさ」で証明しているものの、MMXが一筋縄では成功しないと語るミッシェル氏。
「フォボスは場所によって重力がたいへん異なります。(「はやぶさ」が探査した小惑星の)イトカワでは重力の違いはあまりありませんが、フォボスでは着陸しようと思ってもちょっと跳ね返ると戻れなくなってしまったりします。」緻密な計算に基づいた、とても繊細な操作が必要になるのだとか。

パトリック・ミッシェル博士

「これまでのミッションでも火星衛星の画像が入手されていましたが、MMXが成功すればより鮮明な画像を入手し、初めてフォボスからサンプルを持ち帰るという偉業を達成できるのです。私にとってこのミッションを日本が行うというのは筋が通るものです。というのも日本は「はやぶさ」でとても小さな天体からもサンプルを持ち帰ることに成功している、サンプルリターンのパイオニアですからね。」
「はやぶさ」の時はそれを題材に複数の映画が撮られましたが、今回もそうなるでしょう、と語るミッシェル氏。
「MMXが多くの驚き・発見をもたらし、人々に「科学って面白い!」と思ってもらえるきっかけになることを期待しています。」

Q)フォボスの重力が各地で異なるということは、どのようにしてわかったのですか?

A)ニュートンの法則によってです(笑)我々はフォボスの形・質量・火星の周りをどのくらいの速さで回っているかを知っていますから、古典的な計算式で導き出せるのですよ。数学・物理学を理解していれば、小さい天体の表面における重力を推定できたりもするのです。私が小さいころから数学・物理学に魅せられている理由のひとつですね。

ミッシェル博士の次はエリック・アスバーグ教授(アリゾナ州立大学)が登壇し、「フォボスの科学的な謎」をテーマに話されました。

アスバーグ教授によると、フォボスの謎とは以下の4つです。
①金星・水星には衛星がなく、地球には大きな衛星(月)がある。なぜ火星の衛星はこんなにも小さいのか? ②フォボスの表面には線状のひっかき傷のようなものがあるが、これは何なのか? ③ひっかき傷は対照的な形をとるが、これはフォボスに何が起きていて、火星とのどのような関係を示唆するものなのか? ④フォボスは火星を7時間で公転し、火星は約24時間で自転している。その結果、フォボスは火星にゆっくりとどんどん引き寄せられ最終的に4000万年後、計算上では火星に衝突することになる。4000万年というのは火星の歴史からするとあっという間のことだが、なぜ我々は今フォボスを見つけられているのか?

さらに火星の「最期」について話は進みます。
「衝突の時に何が起こるのか私の仮説を説明しますと、フォボスについた傷はフォボスがゆっくりと横に引っ張られていることを示すもので、ある日限界まで達し天体が完全に壊れ、破片が火星の周りを土星の環のように囲むのではないかと考えています。MMXで得られる探査結果により、こうした仮設にも答えが与えられるものと思います。」

エリック・アスバーグ教授

Q)人工物をたくさん持ち込んだら、火星に近づくスピードを速くしたり遅らせたりすることはできるのですか?

A)ほんのちょっとですね(笑)。そもそもフォボスが引き伸ばされているとすると、人が降りて何かすると砂埃などが巻き上げられるとか、いろんな危険性もあります。その意味で、基地などを作るのは実は難しいのかもしれないですね。

Q)基地を作ろうと思ったら一番適切な場所はどこですか?

A)一番重力がある場所、火星を観察したいので常に見える場所、地球と通信しやすい場所、そして日光の届く場所つまり太陽エネルギーを受けられる場所、この4つの条件をうまく満たす場所ですね。

次に登壇したのはマティアス・グロット博士(ドイツ航空宇宙センター)。フォボスの起源について、現在の研究でどのように考えられているかを説明してくださいました。
「これまでフォボスの最期について話がありましたが、私はフォボスの起源について話したいと思います。火星にはフォボスとダイモスという2つの衛星がありますが、これらの起源には2つの仮説があります。1つは、小惑星帯にあった小惑星が火星の重力によって捕えられたというものです。もう1つは、火星に大きな衝突があって、そこから巻き上げられたものが集まってフォボスやダイモスができた、という仮説です。」
どちらも私のような素人からするともっともらしく思える仮説ですが…
グロット博士はそれぞれの説についてさらに解説を加えます。
「フォボスやダイモスについて我々がわかっていることとして、あるタイプの小惑星に似た見かけをしている、ということがあります。これらの天体には、本来そこにあるはずでない物質が存在しています。有機物に富んだケイ酸塩だとか、氷などですね。そのため、火星と何かの大きな衝突があって、巻き上げられた火星由来の物質が火星の周りを回り、だんだんそれらが集まって衛星を形成した、というのがひとつの仮説です。
もうひとつの(フォボス・ダイモスが)小惑星起源であるという仮説ですが、これを正しいとするとその小惑星はおそらく小惑星帯の外側か、木星の軌道にある小惑星に似ているものと考えられますが、それが火星の軌道に捕獲されたと説明することは物理的・数学的にはとても困難です。そのため、現在ははじめの仮説の方を信じる科学者の方が多いようです。」

どちらの説が正しいのか。その答えを与えるのがMMXなのだとグロット博士は言います。
「MMXは一番外側にあるものをサンプルとして持ち帰ることになります。それには、元々フォボスにあったもの、火星由来のもの、太陽系のどこか違うところにあったものが含まれる可能性があります。はやぶさの時もそうでしたが、サンプルに含まれるほんの小さな粒子から、地球化学者はその物質がどこから来たのか長い物語を語ることができます。そのため、10グラムほどの物質を持ち帰ることができれば、大部分のことがわかってしまうでしょう。火星についての、根本的な謎を解明しうるということが、MMXの面白いところだと思っています。」

Q)近接観測だけでは火星の衛星について詳しくわからないのですか?

A)サンプルを地球で高い精度で研究することがどうしても必要です。起源を知るには表面粒子の化学的な組成だけでなく同位体比を知ることが重要なのですが、そのためには近接観測のみでなくサンプルリターンが不可欠なのです。

Q)フォボスとダイモスは同一起源なのですか?

A)Oh・・・(笑)難しい質問ですね。もちろん確実なことはわかっていませんが、私が思うに、ひとつのプロセスで極めて似通った2つの衛星ができたと思います。

マティアス・グロット博士

質問の後、ミッシェル博士が「これだけ言わせて!」と乱入(笑)
「私は宇宙化学者ではありませんが、ほんの小さなサンプルからすべてのことを解き明かせるのが宇宙化学のすごいところだと思います。
ほんの小さなサンプルが何十年も若い世代の研究に大いに役立つという点で、プラチナよりも貴重なものになるんです。」
研究者の熱意が感じられる一幕で、会場もじっと聴き入っていました。

最後に登壇したのはポール・アベル博士 (NASA)。NASAによるフォボス有人探査計画とMMXについて話してくださいました。
アベル博士によるとNASAは火星への強い関心のもと、国際的協力を得て「人間を火星に送る」ということを計画しているのだそうです。しかしそのためにはいくつかの問題があり、まず火星は地球から遠く、なおかつ中途半端に大気があるため、かえって着陸が非常に難しくなっているのです。
「しかし解決策もあります。フォボス・ダイモスのような衛星に人間を送ることは火星に直接送ることよりも危険が少なく、さらにそこで火星表面到達への資源が得られるかもしれない、とも考えています。」
アベル博士はまた、近地球型小惑星とフォボス・ダイモスの共通点を指摘しました。
「近地球型小惑星は、地球に比較的近い場所に存在する小惑星ですが、これらはフォボスやダイモスと類似した性質を持っています。こうした小惑星には今まで何度か探査機を送っていますから、その探査結果はフォボス・ダイモス探査の上でも重要な礎になると考えています。」
アベル博士いわくアポロ計画と同様に、困難を伴う有人探査計画の前にはまず衛星への無人探査を行う必要があり、さらにその計画では、次のような複数の目標を達成される必要があるそうです。
①火星の周回軌道上・付近・表面にどのような危険があるかを特定すること ②火星探査に有用な資源があるかどうかの特定 ③近接・表面での有人探査の際に不可欠なフォボス・ダイモスの物理的状態のデータ収集 ④今後の研究や有人探査に重要な情報をもたらすサンプルリターン ⑤有人探査におけるリスクを減らす 「JAXAのMMX計画は今後の火星系の研究に重要な役割を果たすだけでなく、将来的な火星有人探査への重要な一歩となるでしょう。
そのため、我々NASAやヨーロッパの仲間たちは、このミッションで共に仕事ができることをとても楽しく思っています。
こうしたミッションをどんどん行って、将来の火星有人基地建設の夢を実現したいですね。」

Q)もしフォボス・火星に有人基地ができるとして、やはりジャガイモは持っていくのでしょうか?(笑)
(※記者註:「ジャガイモ?なんじゃそりゃ?」という方は、2015年の映画『オデッセイ』をご覧ください!)

A)もちろん。TAKUSAN(たくさん)!

Q)火星への着陸が困難と仰っていましたが、大気があると着陸が大変なのですか?

A)火星の大気はとても複雑で、そのため着陸は困難ですが二つの方法があります。
それはパラシュートとロケットですが、パラシュートだけで降り立つには、火星の大気というのはあまりに薄いです。一方で大気との摩擦で高温に加熱されてしまいます。また火星は大きいのでロケットを使って逆噴射をしながら降りる必要があります。小さいものだと比較的簡単ですが、大きいものを火星に降ろすのはとても大変なのです。

ポール・アベル博士(右)

全ての研究者のお話が終わったところで、会場は質問タイムに入りました。
あちらこちらで手が挙がり、最期まで雰囲気が盛り上がりました!

Q)フォボスのどこに着陸するべきなのですか?

A)一同「着陸できればどこでも(笑)平らなところがいいですね。」
宮本教授「今日もいろいろ議論していたんですけれどもね(笑)たとえば標高差が少ないところがいいとか…おおざっぱに言うと、科学的にはどこでも重要な場所ですね。」

Q)フォボス、火星の次に資源獲得を狙うとするとどの惑星に目を向けますか?

A)アスフォーク教授「月の極は面白いですね。日照が届かず暗いけれども水など様々な物質が含まれ、地球に近いですしね。」
アベル博士「NASAの観点では、水がたくさん含まれている小惑星も資源確保の面では重要ですね。ロケットの燃料、飲料水などになりますからね。」
ミッシェル博士「そうしたミッションに対しては、企業もそうですがルクセンブルグのように、国ぐるみで支援をしてくれる国もあるんですよね。(宇宙での資源獲得が)ビジネスモデルとして成り立つかまだ議論が必要ではあるけれども、そうした議論が進んでいるということは紹介しておきたいと思います。」

Q)皆さんは我々人類のような知的生命体が、この宇宙のどこかに存在すると考えますか?

A)ミッシェル博士「我々を知的生命体、とするならね(笑)。ものすごい数の星が銀河にはあります。それよりさらに多くの数の銀河が宇宙空間にはあるのです。なので確率の問題なんですが、生命体がいたとして、それがどの段階にあるのか…といった問題も出てきますね。そのため、惑星を調べるということに科学者は魅かれるのですね。」


宮本教授には5人の研究者たちの逐次通訳をしていただきました!

お客様からも様々な質問が飛び出し、予定をしていた時間よりも30分以上長く続いた講演会は、ご来場の皆様の大きな拍手の中閉会しました。
MMXと聞いて、初めはピンと来なかった方もその面白さを熱く語る研究者たちにいつしか魅せられていったのではないでしょうか。「火星に探査機を送る」と口に出すことは簡単ですが、そこに到達するためにはとてつもなく多くの段階を踏む必要があり、さらにその過程ひとつひとつには緻密な計算や計画が練られていることがわかり、宇宙研究の面白さ・奥深さをまたひとつ知ることができたように思います。
2019年に予定される探査機打ち上げの際は、ぜひ成功を見守りたいですね!
研究者の皆様も終始ざっくばらんな雰囲気でユーモアを交えながら話してくれ、どの質問にも快く答えていただき、とてもよい雰囲気の講演会になりました。
今後もこのような機会を増やし、お客様に「生の」宇宙研究に触れていただくことができればと思っております。
今回ご来場くださったお客様、講演者の皆様、宮本教授、本当にありがとうございました。