NASA、火星衛星フォボスのサンプル回収と探査を目指す日本のMMX計画に参加

NASAと宇宙航空研究開発機構（JAXA）が、野心的な火星衛星探査計画「MMX」で協力し、国際的な宇宙事業が動き出している。¹ 共同計画の中心となるのは、フォボスとダイモスの性質や起源をめぐる長年の謎を解明するとともに、フォボスの汚染されていないレゴリスを採取して地球に持ち帰ることだ。¹ 合意された科学協力に基づき、米宇宙機関は、回収サンプル全体の約15％を受け取り、ヒューストンのジョンソン宇宙センター内にある専用の宇宙物質研究施設で保管・管理する予定だ。¹ 証拠によれば、フォボスから持ち帰られるサンプルの大半はNASAの施設外で保管・管理される。¹ この協力により、米国の研究者は火星系から採取された実物の破片に直接アクセスできる。¹ NASAの取り分は約15％で、持ち帰られる物質のより大きな部分はNASA施設外で保管・管理される。¹

MMX探査機は10月19日月曜日午後3時41分（米東部夏時間）に日本の種子島宇宙センターから打ち上げられる予定で、現地時間では10月20日火曜日午前4時41分（日本時間）に当たる。¹ 日本の発射場を出発した後、探査機は火星に向けて惑星間空間を数年かけて航行する。¹ 探査機は2027年8月に火星に到着し、2つの火星衛星の調査を開始する予定だ。¹ 報道によると、MMX探査機はフォボスでの表面サンプリングを試みる前に、少なくとも16カ月間、火星の衛星を観測する。¹ 初期調査の後、探査機は早くても2028年12月にフォボスの表面物質を採取し、2031年に地球へ持ち帰る。¹ 計画では、火星到着後に少なくとも16カ月の観測期間を設け、フォボスでのサンプリングは早くても2028年12月、地球への帰還は2031年としている。¹

NASAがMMXに提供する要素には、MEGANE分光計、空気圧式サンプラーの技術実証、深宇宙通信網による追跡・通信、米国人研究者チームへの資金援助が含まれる。² これらの機器と支援パッケージは、NASAのディスカバリー計画の一環として開発された。² ディスカバリー計画の日常的な運営は、NASA科学ミッション局に代わり、アラバマ州ハンツビルのマーシャル宇宙飛行センターが担っている。² この制度的枠組みを通じて、米国の機関は世界各地の深宇宙通信網を活用し、重要な航法・通信能力を提供する。² NASAの貢献は、科学機器とサンプリング技術に加え、追跡、通信、米国人科学者への資金援助を組み合わせたものだ。²

ミッションに提供される主な軌道上観測機器の一つが、MEGANE分光計だ。¹² この特殊な分光計は、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理研究所が製造した。² 目標天体の上空に位置すると、MEGANEはフォボスの表面から放出される中性子とガンマ線を検出し、元素組成を明らかにする。¹ こうした測定により、地面に触れることなく、衛星の地殻全体に存在する化学的構成要素を地図化できる。¹ MEGANEの測定では、機器自体で物質を採取するのではなく、表面からの放射を検知してフォボスの元素組成を評価できる。¹

物質を採取するため探査機が着陸する際には、地面に直接展開する高度な機構が使われる。¹ 空気圧式サンプラーは探査機の着陸脚の1つに取り付けられ、フォボスの表面レゴリスを採取する。¹ 技術記録によると、ブルーオリジンの子会社であるハニービー・ロボティクスが、探査機の空気圧式サンプリングシステムを製造した。² 運用面では、空気圧式サンプラーが高圧窒素ガスの噴射で表面レゴリスを採取する一方、JAXAのCサンプラーは地中深くまで掘削してコアを採取する。¹ 現在のミッション資料によると、MMX計画では2種類のサンプリング機構を使い、フォボスの表面と浅い地下の両方から物質を採取する。¹ 窒素噴射式サンプラーは表面物質を集め、JAXAのCサンプラーはより深く掘削することで、計画はフォボスの物質を2通りの方法で採取する。¹

異なる地質深度からサンプルを取得することは、対象衛星の地質史を評価する上で重要だ。¹ NASAの計画科学者トム・スタトラー氏は、フォボスとダイモスは火星への巨大衝突で生じたか、数十億年前に重力に捕獲された小惑星である可能性があると説明した。² 衛星が火星から放出された物質でできているのか、捕獲された小惑星なのかを調べることは、惑星科学における長年の議論に関わる。¹² 2段階の採取方式により、浅い表面粒子と地下の掘削コアの両方を得られ、これらの競合する形成シナリオを検証できる。¹ 2つの起源説は、衛星が火星との衝突で形成されたのか、小惑星が捕獲されたのかで異なる。採取物質は、その歴史の解明に役立つことが期待されている。¹²

2つの衛星の起源を解明することに加え、調査結果は地球型惑星の進化の理解にも広く影響する。² 科学者らは、火星の衛星の起源を理解すれば、地球や他の太陽系内惑星が水や有機物を取り込んだ初期の時代について知見が得られると指摘する。² 原始的な小天体は太陽系形成初期の星雲から受け継いだ化学的痕跡を保存している可能性があり、その物質は揮発性化合物が初期に運ばれた仕組みを知る手掛かりとなる。¹² 地球の研究施設で物理サンプルを分析すれば、軌道上からの観測だけでは解明できない同位体や有機物の特徴を測定できる。¹² この計画の意義は火星にとどまらない。衛星の起源に関する調査結果は、地球や他の太陽系内惑星が水や有機物をどのように獲得したかの理解に役立つと期待されている。²

機関幹部は、こうした物質を持ち帰ることで、将来の探査を前に、科学者による隣の惑星への理解が変わると強調している。² NASAのニッキー・フォックス副長官は、MMXが持ち帰るサンプルは、特に火星有人探査を前に、将来の世代に火星系について革新的な科学的知見をもたらすと述べた。² 表面レゴリスについて得られる知見は、赤い惑星への将来の有人宇宙飛行計画に向けた工学上の判断や運用計画に役立つ。² したがって、このサンプル回収計画は、惑星科学の基礎研究と長期的な宇宙探査の目標を結びつける。¹² 持ち帰られるサンプルの価値は、将来の世代に科学的知見をもたらすことと、火星有人探査への準備という両面から期待されている。²

カプセルが2031年に地球へ地球外物質を届けた後、NASAの資金援助を受ける研究者は国際的な科学者と協力し、MMXのデータと回収サンプルを分析してフォボスと火星の歴史を再構築する。¹² サンプルの管理計画では、回収した全サンプルの約15％を米国側の保管・管理用として、ヒューストンのジョンソン宇宙センター宇宙物質研究施設に割り当てる。¹ 一方、残りの大部分はNASA施設外で保管・管理され、世界規模の共同研究ネットワークを支える。¹ 軌道上での偵察と研究施設での調査を組み合わせ、協力体制はフォボスとダイモスの特徴や起源を解明するという中核目標の達成を目指す。¹² NASAの資金援助を受ける研究者と国際的な科学者は、ミッションデータと回収物質の両方を分析する。サンプルの大半はNASA施設外で管理され、NASAが扱うのは約15％だ。¹²