灼熱の水星に挑む 日欧「ベピコロンボ」探査機、21日到着へ(Science Portal)

水星探査計画「ベピコロンボ」の探査機が21日、水星に到着する。日欧の各1機が連結し、8年もの長旅を続けてきた。水星は太陽に最も近い惑星で、その軌道や灼熱（しゃくねつ）の環境が技術的なハードルとなり、人類が探査機を送るのはまだ3回目だ。2機の連携観測を通じ、磁場が存在する仕組みや、惑星ができる過程などの多くの謎に挑む。先月20日にわが国の火星衛星探査機「MMX」が地球を旅立ったばかりだが、こちらも目が離せない。

「みお」「MPO」仲良くゴール目前

水星は金星や地球、火星と同じ岩石型。直径は地球の4割、月より大きい4880キロで、太陽系最小の惑星だ。平均密度は地球と同等だが、鉄などの核の割合が大きいとみられる。地表が無数のクレーターに覆われ、見た目は月にそっくり。自転周期59日、公転周期約88日。猛スピードで公転し、強い遠心力を利かせて太陽の巨大な引力に抵抗している。太陽系の岩石型惑星では地球と水星にだけ、固有の磁場がある。

地表の環境は過酷だ。太陽に近い上に1昼夜が176日と長いため、昼間の表面温度が430度に達する。大気が極めて薄いので、夜になると熱が宇宙空間に逃げてマイナス170度まで下がり、昼夜の温度差が極端に大きい。この星の存在は紀元前から知られていたが、太陽の光に邪魔され、地上からの観測が思うように進んでこなかった。天文ファンもなかなかお目にかかれない。

ベピコロンボでは、宇宙航空研究開発機構（JAXA）が磁場や大気などを調べる探査機「みお」を、欧州宇宙機関（ESA）が地形や重力などを観測する探査機「MPO」と、水星までの航行を担う推進装置などをそれぞれ開発。MPOの搭載機器の一部も日本側が担当した。どちらの探査機も周回機だ。水星の磁場や内部、地表を初めて総合的に観測し、惑星の磁気圏、岩石型惑星の成り立ちなどの解明を目指す。2つの探査機などが連結した状態で、2018年10月に南米の仏領ギアナから、欧州のアリアン5ロケットで打ち上げられた。

ベピコロンボの名は水星の自転や公転の周期を解明したイタリアの数学者、ジュゼッペ・コロンボ（1920～84年）にちなむ。みおはJAXAの公募による命名で、船が航行する水路や航跡を意味する「澪（みお）」に由来する。和歌で「身を尽くし」の掛詞になり、努力と挑戦を続ける思いを表すことなども理由という。

スイングバイ史上最多9回、100億キロの長旅

みおの機体は独特の八角柱型で、本体直径1.8メートル、アンテナを含む高さ2.4メートル。さらに15メートルのアンテナ4本や5メートルの磁場計測用「マスト」2本を展開する。重さ255キロ。MPOから分離すると、最大で地球の11倍の猛烈な太陽光にさらされる。この熱対策のために搭載機器の配置や太陽電池に工夫を重ね、光を反射するガラス製の鏡や断熱材を採用した。熱が機体の一面にたまり続けないよう、また観測のため、玩具のこまのようにクルクルと4秒周期で回転する。

わが国の水星探査構想は文部省宇宙科学研究所（現JAXA宇宙研）の研究者らの間で、1996年に上がった。紆余（うよ）曲折を経て、呼びかけを受ける形で欧州の計画に合流した。探査機は当初、2010年ごろに打ち上げる予定だったが、ロケットの変更やMPOの設計問題、ESAの作業トラブルなどで延期を繰り返した。実現が不安視された時期も続いたが、日の目を見た。当初は着陸機も検討したが見送られている。

水星探査が難しい理由は、熱だけではない。地球から水星までは直線距離なら最短7700万キロと、さほど遠くない。ただし探査機は太陽に近づき、その引力に抵抗しながら減速して進まねばならない。しかも秒速47キロの高速で公転する水星へと合流するのに、膨大な燃料が必要だ。これまで探査を実現したのは、米国の2機で、1974～75年に3回接近観測した「マリナー10号」と、2011～15年に周回して観測した「メッセンジャー」だけだ。

そこでベピコロンボは燃料を節約するため、天体の引力などを利用して軌道と速度を変える「スイングバイ」を、地球で1回、金星で2回、水星で6回行ってきた。計9回は惑星探査機として史上最多という。

今年9月3日、旅路を支えてきた推進装置を分離した。現在、みおとMPOがつながって航行しており、今月21日にいよいよ水星の周回軌道に達する。地球出発時には昨年12月の到着予定だったが、途中で推進装置に問題が生じて延期した。到着までの総航行距離は実に100億キロ超となる。

来月9～10日には互いに分離し、それぞれ固有の軌道へ向かう。いずれも水星を南北に回り、みおは高度590～1万1600キロを9時間20分ほど、MPOは同480～1500キロを2時間20分ほどで1周する。来年4月に科学観測を始める。

小さな惑星になぜ磁場が

ベピコロンボは、マリナー10号やメッセンジャーの功績と、残した宿題を引き継ぐ。

特に注目したいのは、磁場が発生する仕組みの謎だ。惑星の磁場は内部にある溶けた状態の金属が対流し、これにより発生する電流の影響で存在するとされる。地球もこのお陰で磁気圏に包まれ、宇宙から降ってくる有害な高エネルギー粒子から、生命が守られている。一方、水星は小さいため、内部の金属が冷え固まっていて磁場はないと、かつては考えられていた。ところがマリナー10号が予想に反し、地球の1％と弱いながらも水星に磁場を発見した。

40年もの探査の空白期間を経て、メッセンジャーが、この磁場の中心が星の真ん中でなく北にずれていることを見つけた。原因はよく分からない。こうした磁場の謎の解明が、ベピコロンボに期待されている。

ベピコロンボは磁場の分布を精密に調べるが、水星の周辺では太陽風（恒星風）と呼ばれる、太陽から放出する電気を帯びた粒子の影響が大きい。そこでみおとMPOが、異なる位置から磁場を同時に計測し、太陽風の影響を切り分ける。惑星の弱い磁場と強烈な太陽風の、相互の影響の解明も重要な課題だ。

ちなみに太陽系の他の惑星では、火星に今は磁場がないが、痕跡は見つかっている。内部の金属が冷え固まり、対流が続かなかったのだろうか。ガス惑星の木星や土星、氷惑星の天王星や海王星には磁場がある。

惑星の成り立ち、理解深める期待

重さに占める金属の割合が、地球の3割強に対し、水星は7～8割と突出している原因も謎だ。かつて水星に天体がかすめるようにぶつかり、表層の物質を引きはがしたといった説があるが、未解明だ。地球には濃い大気や地質、生命の活動があるため時間と共に地表が変わってしまったのに対し、水星は太古の状態をよくとどめている。詳しい観測により、惑星誕生過程の理解が深まる可能性がある。

水星は太陽系最小の惑星ながら、磁気圏や岩石型惑星の成り立ちなどの解明を通じ、地球の理解にもつながるというわけだ。

水星の大気は極めて薄く、地表からナトリウムなどのガスが放出したものだ。その仕組みの解明も重要課題となっている。

1990年代以降、太陽系以外の惑星の発見が続き、地球外生命の可能性について関心が高まっていることにも、注目したい。系外惑星は6400個以上が発見済みだが、このうち比較的低温の恒星の近くにある惑星の中に、生命が存在し得る適温の領域にあるものが見つかっている。ただし、過酷な恒星風にさらされているだろう。こうした惑星のことを知るためにも、激しい太陽風を浴びている水星を研究することが重要だ。

日欧の探査に続き、米国内にも再び水星探査に向けた動きがある。2020年、米ジョンズホプキンス大学応用物理学研究所などの研究グループが米航空宇宙局（NASA）に対し、着陸機を提案した。35年に打ち上げ、10年かけて水星を目指す内容だ。

太陽系の知見、積み重ねる日本

わが国の探査機（実証機含む）は彗星（すいせい）、月、小惑星、金星に続いて、間もなく水星に手が届き、歴史の大きな一歩を進める。先月出発したMMXは火星の衛星「フォボス」に来夏に到着する。また独自の探査機ではないものの、日本が観測機器の開発で貢献した欧州の木星氷衛星探査機「ジュース」が、2031年の到着に向けて航行中だ。米土星衛星探査機「ドラゴンフライ」への参画も計画。人類がコツコツと太陽系の知見を積み重ねていく作業に、わが国が深く関わっていることに注目したい。

今月4日には、日本が熱赤外カメラを提供した欧州の探査機「ヘラ」が、小惑星「ディディモス」とその衛星「ディモルフォス」に到着した。NASAの機体「ダート」が2022年9月、ディモルフォスに衝突して公転周期を縮めることに成功しており、ヘラはその効果の検証などを進める。ESAはディモルフォスの最初の詳細な撮影を今月25日に行うとしており、こちらも期待がかかる。

水星はギリシャ神話には俊足な伝令の神ヘルメス、ローマ神話には旅人の守護神メルクリウスなどとして登場する。べピコロンボの8年がかりの行程は、俊足と呼ぶにはほど遠かったが、ここまで水星が旅路を見守ってくれたようだ。みおとMPOが連携して挙げる成果を、心待ちにしたい。

本文の著作権はYahoo!ニュースにあります。