欧州宇宙機関(ESA)とロシア国営の宇宙開発企業Roskosmosは3月14日、共同で開発した火星探査機「エクソマーズ2016」を打ち上げた。打ち上げは成功し、エクソマーズ2016は現在、火星に向かう惑星間軌道に乗っている。

エクソマーズ2016は、火星をまわる軌道から地表や大気を観測する「トレイス・ガス・オービター」(TGO)と、火星の地表への着陸を目指す「スキアパレッリ」から構成されている。両者は結合された状態で約7カ月にわたって宇宙を航行し、今年の10月16日に火星に接近。そこで両者は分離され、TGOは19日に火星周回軌道に、スキアパレッリも19日に火星の大気圏に突入し、地表に着陸する。

エクソマーズという名前は、宇宙生物学(Exobiology)と火星(Mars)を組み合わせた造語で、今回のエクソマーズ2016と、2年後に打ち上げが予定されている「エクソマーズ2018」の大きく2回に分けた探査で、火星における生命の存在、あるいは痕跡を探すことを最大の目的としている。

エクソマーズ2016を載せたプラトーンM/ブリーズMロケットの打ち上げ (C) ESA–Stephane Corvaja, 2016

エクソマーズ2016(左)と、エクソマーズ2018のローヴァー(右) (C) ESA/ATG medialab

微量ガスの探査衛星

エクソマーズ2016のメインであるトレイス・ガス・オービター(TGO)は、火星の大気、とくにメタンや水蒸気、窒素酸化物、アセチレンといった、微量のガス(Trace Gas)に重点を置いた観測を行う。

その中でもとりわけ注目されているのはメタンである。2000年代前半、ESAの探査機「マーズ・エクスプレス」などの観測により、火星にメタンが存在することが判明した。これは研究者を大きく驚かせた。

地球では、メタンは生物や火山活動、ある種類の岩石と水との化学反応などから発生する。また、メタンは太陽からの紫外線などで破壊されるため、火星では短時間しか存在できないことから、火星では今現在も、メタンが発生するような何らかの活動が起きている可能性が指摘されている。

そこでTGOは、マーズ・エクスプレスより3桁も高い精度でつぶさに観測し、メタンがはたしてどこから来ているのかを突き止めることを目指している。微生物でも生物がいれば世紀の発見となるだろうし、火山活動だったとしても、死火山や休火山しかないと考えられている火星に対する認識を変えることになる。たとえ岩石から出ていたという結果だったとしても、火星の謎のひとつを解明したということで大きな意味がある(そしてもちろん、それによって火星には生命がいないということが決まってしまうわけでもない)。

TGOはまた、地下に埋まっていると考えられている水氷なども調べる。もし水が存在すれば、より将来の探査機の探査目標となり、また人類が火星を訪れた際に利用できるかもしれない。あるいは、生命が存在する可能性も出てくる。

活動期間は2022年までが予定されており、2018年に打ち上げられるエクソマーズ2018の探査車(ローヴァー)の、地球との通信を中継する、通信衛星としての役割も担うことになっている。

トレイス・ガス・オービター(TGO)の想像図 (C) ESA/ATG medialab

火星の周回軌道を飛ぶトレイス・ガス・オービター(TGO)の想像図 (C) ESA–D. Ducros

スキアパレッリ・プロジェクト

TGOといっしょに打ち上げられたスキアパレッリは、火星の地表に着陸する技術の実証を目的としている。

この名前は、19世紀に火星表面の詳しく観測したことで知られるイタリアの天文学者ジョヴァンニ・スキアパレッリにちなんでいる。

機体は直径2.4mの、巨大な中華なべのような形をしており、今年10月16日にTGOから分離。そして19日に火星の大気圏に突入する。中華なべの底の部分で突入時の熱に耐えた後、パラシュートを開いて降下し、地表から1.1kmのところで本体が切り離され、最終的にロケットを逆噴射させながら地表に降り立つ。着陸地点は「メリディアニ平原」と呼ばれるところで、2004年に米航空宇宙局の火星探査ローヴァー「オポチュニティ」が着陸した場所としても知られる。

この着陸技術は、エクソマーズ2018で送り込まれるローヴァーの着陸でも使用されることになっており、スキアパレッリはあくまでのそのための実証機に過ぎない。

そのため、スキアパレッリは長期の探査活動を行うようには造られていない。たとえば太陽電池などは搭載されておらず、内蔵されたバッテリーの充電のみで動くことになっており、活動できる期間は2日から9日ほどと予想されている。ただ、カメラによる地表の様子の撮影や、風や電磁場などの観測は行われることになっている。

スキアパレッリの着陸シークェンス (C) ESA/ATG medialab

試験中のスキアパレッリ (C) ESA

エクソマーズ2018

エクソマーズ計画の第2段となるエクソマーズ2018では、大型のローヴァーが打ち上げられ、火星に降り立ち、地表を走り回って探査することが計画されている。ローヴァーの開発はESAが、着陸機の開発はロシアが担当する。

ローヴァーには、カメラの他、火星の地中を掘るためのドリル付きの観測機器や、有機分子の有無を調べられる機器などが搭載され、火星の地面を直接見て触れて、生命や水が存在するかどうかを調べることができる。

着陸地点は、「オキシア平原」(Oxia Planum)と呼ばれる場所が予定されている。ここはかつて水が流れていた可能性が示されており、またローヴァーで移動できる範囲内に、興味深い場所がいくつか存在しているのだという。

また、ローヴァーを火星に送り届ける着陸機には、火星の気象について調べるための観測機器が搭載される。

現在、打ち上げは2018年5月に予定されているが、予算の問題で2020年に延期される可能性もある。これは地球と火星との位置関係から、火星探査機の打ち上げに適した時期は2年2か月ごとにしか訪れないため、一度チャンスを逃すと、強制的に2年2か月の延期が決まってしまうためである。

エクソマーズ2018の想像図。火星に着陸後、ローヴァーは着陸機から発進して探査を実施。一方の着陸機もその場で探査を行う。 (C) ESA

エクソマーズ2018のローヴァーの想像図 (C) ESA

今後の火星探査

火星を目指しているのは、もちろんESAとロシアだけではない。

NASAは現在、5機の火星探査機を運用し続けているが、2018年5月にも新しい探査機「インサイト」の打ち上げを計画している。インサイトは火星の地中をドリルで掘り、その内部構造を探ることを目的としている。当初は今年3月の打ち上げが予定されていたが、搭載機機に不具合が見つかったこと、また前述の地球と火星との位置関係の問題もあり、2018年へと延期されることになった。

2018年の次に火星行きが可能となる2020年には、NASAの「マーズ2020」というローヴァーの打ち上げが計画されている。マーズ2020は2012年から活動を続けている「キュリオシティ」の姉妹機になる予定で、別の場所をくまなく探査することを目指す。

また同じ2020年には、アラブ首長国連邦の探査機「アル・アマル」の打ち上げも予定されている。アル・アマルとは「希望」という意味で、火星の周回軌道をまわりながら、地表を観測する計画だとされる。

さらに同じ年には、中国も探査機を打ち上げる予定となっている。詳細は不明だが、周回衛星とローヴァーからなる、大掛かりな探査になるとされる。

そして2022年には、日本も探査機の打ち上げを予定している。この探査機は火星そのものではなく、その衛星である「フォボス」、もしくは「ダイモス」に着陸し、砂や石を採取して地球に持ち帰ることを目的としている。

この他にも、NASAやESA、ロシア、中国などが、続々と探査機を打ち上げを計画している。中には計画中止に終わるものもあるだろうが、火星の、そして地球や太陽系全体にまつわる謎の解明は、今後もより進むだろう。

NASAが2018年に打ち上げる予定の「インサイト」 (C) NASA

日本が2022年ごろに打ち上げる予定の火星の衛星からのサンプル・リターンを目指す探査機 (C) JAXA

そして2030年代には、NASAが有人火星飛行の実施を計画している。現在も火星への有人飛行にも使える宇宙船「オライオン」や、それを打ち上げる超大型ロケットの「スペース・ローンチ・システム」などの開発が進められている。また先日は、ロシアのミハイール・カルニエーンカ宇宙飛行士とNASAのスコット・ケリー宇宙飛行士が、有人火星飛行を見据えた実験として1年間の宇宙滞在を行い、無事に地球へ帰還している。

さらに近ごろ何かと話題になる米国の企業「スペースX」も、火星への有人飛行を構想している。

もちろん、火星への有人飛行には多額のお金がかかり、また解決すべき技術的な問題も多く残っている。火星ではなく、まず月に基地を造るべき、あるいは小惑星に行くべきという意見も根強い。

実現には茨の道が待ち受けており、私たちが生きている間に人間が火星の大地に足跡を刻む光景を見られるかはわからない。しかし、地球人が「火星人」になる日は、少しずつながら着実に、近付きつつある。

NASAによる有人火星探査の想像図 (C) NASA

スペースXによる有人火星探査の想像図 (C) SpaceX

【参考】

・ExoMars on its way to solve the Red Planet’s mysteries / ExoMars / Space Science / Our Activities / ESA
　http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ExoMars/
ExoMars_on_its_way_to_solve_the_Red_Planet_s_mysteries
・The methane mystery / ExoMars / Space Science / Our Activities / ESA
　www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ExoMars/The_methane_mystery
・What is ExoMars? / ExoMars / Space Science / Our Activities / ESA
　http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ExoMars/What_is_ExoMars
・ESA - Robotic Exploration of Mars: The ExoMars programme 2016-2018
　http://exploration.esa.int/mars/46048-programme-overview/
・Insight: News & Features: NASA Targets May 2018 Launch of Mars InSight Mission
　http://insight.jpl.nasa.gov/newsdisplay.cfm?Subsite_News_ID=38535