探査機は木星系を目指しており、人類は果敢に遠い謎を追い求めている。

最近、ESA の木星氷衛星探査機が打ち上げられ、今後数年にわたって木星とその 3 つの氷衛星の観測に重点が置かれる予定です。このミッションは、地球外生命体を含むいくつかの重要なターゲットに焦点を当てるために新しい技術と計画を使用し、深宇宙が人類の好奇心を満たすもう一つの例とみなすことができます。将来、人類はこれを活用して、より強力な宇宙打ち上げ機やより優れた検出方法を開発できるようになると期待されています。

アリアン5型大型ロケットが木星氷衛星探査機を打ち上げる（出典：ESA）

実際、深宇宙探査は常に航空宇宙研究の重要な方向であり、特に太陽系最大の惑星であり、その質量が太陽系の他の惑星の合計の2倍を超える木星の探査は重要です。木星は人類が発見した最初の巨大ガス惑星です。主に液体水素と気体水素で構成されており、固体表面はありません。

しかし、深宇宙探査はロケットの打ち上げ能力によって制限されており、探査機に十分な初速度を直接与えることは困難です。人類が惑星の重力アシスト技術を習得すれば、フライバイ探査機は加速を続け、最終的には理論上は太陽系を脱出できる速度に達し、木星を訪問することが可能になる。

1970年代、アメリカの探査機数機が木星を通過し、木星の大気圏にある大赤斑を詳細に観測し、木星の神秘的な「ベール」を初めて明らかにした。その後、多くの深宇宙探査機が長い旅の途中で木星を重要な「中継基地」として利用しました。

人類による木星の最初の体系的な研究はガリレオ探査機でした。高利得アンテナが故障し、地球との通信能力が大幅に低下したにもかかわらず、ガリレオ探査機は1995年から2003年の間に木星を34回周回するという偉業を達成し、木星とその衛星システムの構造、磁場、大気について詳細な調査を行った。磁極の継続的な動きの観測を通じて、当初は「木星の衛星の表面の氷層の下に巨大な海がある」という結論、いわゆる「氷の月」が形成され、木星の氷の月探査計画がさらに推進されました。

木星の衛星を検出するための前提条件は、木星を完全に理解することです。この目的のため、米国の探査機ジュノーは2011年に一歩前進し、2016年に木星の周回軌道に入り、木星内のさまざまなガスの割合、質量、重力場、磁場などの詳細を明らかにすることに重点を置いて、あらゆる角度から木星を調査した。

米国が2024年に打ち上げを計画している木星氷衛星探査機とエウロパ・クリッパーは、どちらも木星のさまざまな氷衛星を調査する予定だ。 ESAの主なターゲットは木星の衛星ガニメデです。探査機はエウロパとカリストの上空を繰り返し飛行し、有機分子の痕跡を探す予定だ。 NASAは木星の衛星の一つであるエウロパの探査に重点を置く予定だ。

どちらのミッションも、科学者が懸念している「木星の生命」仮説と密接に関係している。

エウロパはSF作品で広く知られています。月よりも小さいが、厚さ15～25キロの氷層の下に深さ150キロにも及ぶ巨大な海が存在する可能性があり、水分量は地球よりもかなり多いと予想される。エウロパの表面にある奇妙な赤褐色の亀裂や斑点模様は、おそらく硫化物や鉱物塩によるものと考えられている。これまで、ガリレオ探査機とジュノー探査機は、エウロパ内部に地質活動が存在し、それが絶えず海と氷を温めていることを確認していた。

木星氷衛星探査機の概略図（出典：ESA）

これらの調査結果は何を意味しているのでしょうか?ご存知のとおり、地球上の生命を育むには、液体の水、有機物を形成できる元素、そしてエネルギーという 3 つの主要な前提条件が必要です。木星の氷の衛星ではこれらの条件が満たされる可能性があるため、極限環境に適応できる微生物が繁殖する可能性も否定できない。

では、なぜ ESA はガニメデの探査に重点を置くことにしたのでしょうか?一方、ガニメデの水分含有量はエウロパのそれよりはるかに多いと思われます。一方、ガニメデは実に特別です。

ガニメデは太陽系最大の衛星であり、磁気圏を持つ唯一の衛星として知られています。薄い酸素を含む大気があり、電離層が存在すると推測されています。その内部構造は非常に複雑で、鉄を含む流動的な核、刺激的な磁場、そして地球全体を覆う大量の氷と海があると考えられます。科学者たちはこの不思議な誘惑に決して抵抗することはできない。

そのため、木星の氷の衛星の探査ミッションは新たな要求を提示し、研究開発作業を推進してきました。中核となる科学研究ペイロードはガニメデを中心に設計されており、貫通レーダーは数キロメートルの厚さの氷層を貫通して氷の構造と水の痕跡を探査することができます。レーザー高度計は潮汐による変形や地形を検出し、ガニメデの内部活動を明らかにできる。さまざまな機器によってガニメデの重力場、磁場、電離層を詳細に研究し、体系的に「アーカイブ」を作成します。

しかし、遠く離れた惑星の探査ミッションにとって、エネルギー供給は大きな問題です。木星の近くでは、太陽のエネルギー密度は地球近くの約 4% まで急激に低下します。木星氷衛星探査機は「前任者」の貴重な経験を引き継ぎ、科学機器の運用を維持するために微弱な太陽エネルギーの利用に挑戦します。太陽エネルギーを利用して最長距離で活動する宇宙船になる可能性を秘めています。

木星系を訪問する上でのもう一つの大きな課題は距離です。地球と木星の間の距離は、最も近づいたときで約6億キロメートルです。ロケットの性能の限界により、木星氷月探査機は推進力を得るために金星と地球の重力に繰り返し頼らなければならず、これには最大 7 年かかります。木星付近に到着するのは2030年頃と予想されており、実際に研究ミッションを遂行できる期間はわずか3年だ。 「エウロパ・クリッパー」は当初、SLS大型ロケットで打ち上げられ、重力の助けを借りずに1～2年以内に木星の軌道に到達する予定だった。しかし、コストとスケジュールの問題により、エウロパ・クリッパーは代わりにファルコン・ヘビー・ロケットと惑星ブースターの組み合わせを使用します。

より遠い惑星の探査ミッションでは、ロケットの搭載能力が依然としてボトルネックとなっていることは容易に想像できます。将来的には、人類の好奇心と厳しいミッション要件がロケットの搭載能力のさらなる向上を促し、人類を星と海に一歩近づけることに貢献するでしょう。 （著者：毛新元）