さあ行こう！火星へ向かって

さまざまな深宇宙探査の中でも、科学者や天文学者は地球の「最も近い隣人」である火星の探査に特別な関心を持っています。 1960 年代の人類による最初の火星探査から現在に至るまで、火星は最も長い期間、最も多くの回数、そして最も多くの国々が参加した惑星です。

科学者や天文学者にとって、火星は地球のほかに、かつて生命を育み支えていた可能性があるもう一つの惑星だと考えられています。 1877年、イタリアの天文学者スキアパレッリは火星に「人工運河」を発見したとさえ主張し、「火星人」の存在の理論は最高潮に達した。 20 世紀まで、火星に生命が存在すると信じていた人もいました。

深宇宙探査は、1950 年代から 1960 年代にかけてのソ連とアメリカの宇宙開発競争においても重要なプロジェクトでした。 1960年以降、ソ連とアメリカは火星探査機をはじめ、人工衛星、無人宇宙探査機、月や金星への有人宇宙船を相次いで打ち上げてきた。宇宙開発競争が終焉を迎えても、火星への熱意は衰えることなく続いた。 27年前の今日、1996年11月7日、米国はデルタIIロケットを使用して火星グローバルサーベイヤー探査機を打ち上げ、再び火星探査ブームに火星探査ブームを起こしました。

画像提供: NASA

マーズ・グローバル・サーベイヤー探査機の質量は1,031キログラムで、7つの機器を搭載している。これは米国の火星生命計画の一環です。その主な任務は、火星表面の高解像度画像を撮影し、火星の地形と重力場を調査し、火星の天気と気候を検出し、火星表面と大気の組成を分析することです。

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広角カメラ システム (火星探査機カメラと呼ばれる) によって得られた最も興味深い観察結果は、赤い惑星の気象パターンが非常に規則的で、特定の時間に気象条件が繰り返し発生することです。同時に、マーズ・グローバル・サーベイヤーから送られてきたデータは、火星の両極に大量のドライアイスと少量の水氷、さらには液体の水が存在する可能性を示していた。これは生命の可能性を示しています。

これはまた、20年ぶりに火星へのミッションとして成功した。 2007 年 1 月、NASA は MGS プロジェクトの終了を正式に発表しました。約10年間の成功した運用を経て、MGSは最も長く生き残った火星探査機となった。

数十億キロメートルに及ぶ惑星を「探検する」ことの何がそんなに難しいのでしょうか?

火星と地球の最も近い距離は約5500万キロメートル、最も遠い距離は4億キロメートル以上です。火星は地球から遠く離れているため、火星を探索するには火星が地球に近づく時期を選ぶ必要があります。

リスクやコストなどの要素を考慮すると、地球の宇宙船が火星に到達するための最善のルートは、1925年に提案された「ホーマン軌道」です。したがって、人類が最速の探査機を火星に送ったとしても、地球と火星が接近する780日、つまり約26か月ごとに発生する火星探査のチャンスを辛抱強く待つ必要があります。この軌道は26か月に1度しか現れないため、各国が探査を集中する期間（「ウィンドウ期間」）となっています。 1996年以来、ほぼすべての打ち上げ機会に火星探査機が打ち上げられてきました。

しかし、火星に到達するプロセスは非常に困難です。

まず第一に、火星の薄くて不安定な大気、岩や斜面、溝などの障害物で覆われた火星の表面、非常に激しい火星の砂嵐、そして通信の遅延は、すべて火星への着陸に大きなリスクをもたらします。

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第二に、火星に行く場合、地球の重力を完全に排除する必要があるだけでなく、太陽の強い重力の影響も排除する必要があります。つまり、火星探査にはより強力なロケットが必須条件となる。

第三に、検出器は強力でなければなりません。一方で、火星探査のコストは非常に高く、それに見合った価値と引き換えに、さまざまな科学機器を大量に持ち込まなければなりません。一方、距離の問題から、探査機の深宇宙通信、自律航行制御、自己障害検出・修復機能は独立かつ強力である必要があり、コストがさらに上昇します。

4番目に、探査機が火星の近くに到着した後、火星の重力によって捕らえられる必要があります。火星捕獲は、火星探査ミッションにおいて、技術的に最もリスクが高く、最も重要なリンクの 1 つです。地球と比較すると、火星は質量が地球のわずか10.7%と非常に小さいものです。重力の影響範囲は非常に狭いため、探査機は火星の周回軌道に正確に入る必要があります。同時に、探査機は軌道変更を完了し、燃料要件を大幅に増加させるために強力な軌道変更能力を備えている必要があります。

それにもかかわらず、各国は火星へ向かう計画を強化している。

火星への長い道のりで、天問1号は歴史を刻む

2021年5月15日、天問1号は火星ユートピア平原南部の事前に選定された着陸地点に着陸し、初めて単一のミッションで「周回、着陸、巡回」という3つの主要ミッション目標を達成した。わが国初の火星探査ミッションの火星への着陸成功は、わが国の恒星間探査の旅、地球・月系から惑星間系への飛躍、そして火星への中国初の足跡における重要な一歩となる。

天問1号が火星から約220万キロ離れた地点で撮影した火星の最初の画像。 （2021年2月5日発売）画像出典: 中国航天科技集団第八アカデミー

この探査機は強力な「宇宙万能機」として、天問1号火星探査ミッションにおいて宇宙船、通信機、探査機という3つの主要な役割を果たし、国内外で多くの初記録を打ち立てた。

火星着陸から1週間後の2021年5月22日、地上要員の慎重な操作の下、珠容火星探査車は着陸プラットフォームに着陸しました。 6月11日、火星に着陸した探査機「天問1号」の科学画像の最初の一群が公開された。中国初の火星探査ミッションは完全な成功を収めた。

中国初の火星探査による火星の全景画像。画像提供：新華社

現在、探査機は依然として「火星周回軌道」の位置にあり、火星の多次元探査を続けています。最新の報道によると、中国の惑星探査プロジェクトは天問1号、2号、3号、4号の4つのミッションの実施を承認しており、2028年までに「天問3号」探査ミッションを実施し、人類初の火星サンプルリターンを完了する予定である。このプロセスは「天問1号」ミッションよりも複雑であり、火星の大気環境条件の精緻化の必要性はより緊急である。

天問1号「着陸・巡回集合写真」写真提供：国家宇宙局

将来、火星に「移住」することは可能になるのでしょうか？

火星の過酷な環境は、人類が想像力を駆使してさまざまなアイデアを生み出すことを妨げません。そのアイデアの一つが「火星への移住」です。では、人類が火星に移住することは可能でしょうか?

最近、キュリオシティがゲール・クレーターの探査中に得たデータに基づき、科学者たちは、クレーター内の交差する亀裂が水分を豊富に含むオパールで満たされている可能性があることを発見した。これは、将来の人類による火星探査にとって重要な資源となる可能性がある。この研究では、火星の地下の亀裂の広大なネットワークが豊富な水と放射線遮蔽条件を提供しており、火星の表面よりも居住に適した場所となる可能性があることも判明した。

火星を人類の生存と発展に適した緑の惑星に変えるというビジョンは素晴らしいものですが、それを実現するのは非常に困難です。たとえば、大量の人や物資を火星に輸送する方法などです。火星には磁場や大気の保護がないため、太陽や宇宙線からの放射線は非常に大きいですが、放射線の問題をどのように解決するのでしょうか。火星には呼吸するための酸素がないので、どうやって酸素を生成するか、火星の大気を変えるか。火星の土壌には有機物が存在せず、植物は育たない。火星の土壌をどのように変えるか。火星の重力は地球の2/5しかないので、低重力下での人類の生存という問題をどうやって解決するのか...。しかし、多くの人々は、科学者がより先進的な技術的手段を使って火星の表面温度を上げ、火星の大気の濃度を高め、火星の表面の生態環境をさらに確立できるようになる日を今でも待ち望んでいます。

人類にとって、それは単なる惑星ではなく、未知の宇宙の探査と人類の将来の生存と発展を象徴するものでもあります。これが、私たちが火星に特別な愛着を持っている理由です。

総合情報源：新華社、解放軍報、北京日報、科技報など。