氷河下の海の秘密を解き明かす：エウロパ・クリッパー探査の旅

著者 |馮紫陽

監査 |黄建

編集者 |趙静源

エウロパ クリッパーの芸術的な画像 (画像提供: NASA)

2024年10月15日北京時間午前0時6分、アメリカ航空宇宙局（NASA）が開発したエウロパ・クリッパー（エウロパ・クリッパーとも訳される）が、大型ファルコンロケットによってケネディ宇宙センターから打ち上げられ、エウロパ・クリッパーの惑星間ミッションの始まりを告げた。このミッションの目的は、エウロパ・クリッパー探査機を木星付近の所定の軌道に打ち上げ、木星の衛星エウロパを約50回フライバイして、この木星の衛星の地質条件と居住可能性を調査することである。 2030年に木星の軌道に到達すると予想されています。エウロパ・クリッパーは9つの主要な科学機器を搭載しています。これはNASAがこれまでに建造した最大の惑星探査機であるだけでなく、NASAがこれまでに投資した最大の惑星探査ミッションでもあります。ミッション全体の費用は約52億ドルになると予想されている。それで、この衛星の価値は何でしょうか?何が人々をこれほど巨額の投資に駆り立てるのでしょうか?これはエウロパの環境から始めなければなりません。

エウロパ・クリッパーは無事に打ち上げられた（SpaceXの画像）

エウロパは、1610年1月にイタリアの天文学者ガリレオ・ガリレイとドイツの天文学者シモン・マリウスによって発見されました。現在知られている木星の衛星95個のうち、木星に6番目に近い衛星です。 4つのガリレオ衛星[イオ、エウロパ、ガニメデ、カリスト]の中で、エウロパは質量と直径が最も小さく、直径はわずか3,121.6キロメートルで、月よりわずかに小さいです。エウロパは地球から太陽までの距離の5倍も太陽から遠いため、エウロパが受ける太陽放射は地球が受ける放射のわずか25分の1です。

4 つのガリレオ衛星 (画像提供: NASA)

これに先立ち、パイオニア10号、パイオニア11号、ボイジャー1号、ボイジャー2号、ガリレオ、ジュノーなどの探査機がすでにこの衛星の大まかな調査を行っていた。これらの調査により、エウロパは炭素、水素、酸素、窒素などの有機元素が豊富で、その表面は主に水氷と岩石で構成されていることが明らかになりました。これらの氷の層の下には、エウロパの表面の形を変える可能性のある巨大な液体の水の海がある可能性があります。この氷底海は45億年前から存在し、生命に不可欠な元素を含んでいるという証拠があり、生命が誕生した場所である可能性があります。地球と同様に、エウロパの海の下でもマグマの動きがあるかもしれない。潮汐加熱の作用により、エウロパの深部の液体の水は時折、火山の噴火のように表面から噴出し、激しい熱水活動を引き起こします。これらの動きはエウロパの表面、さらには内部構造にまで大きな影響を及ぼしており、この温暖な環境は微生物の生存に適している可能性がある。

エウロパの沈下海（芸術的画像）（画像提供：NASA）

エウロパの表面には黒や赤褐色の亀裂が無数にあるが、これは地球のプレートの動きに似た氷層の動きによって形成された独特の地形の特徴である可能性があり、塩分や硫黄化合物が含まれている可能性がある。表面のいくつかの二重の尾根構造は、液体の水の噴出と関連しています。

謎の氷衛星エウロパ（画像提供：NASA）

エウロパ・クリッパー探査ミッションには、3つの主要な科学的目標があります。第1に、エウロパの氷殻の厚さを検出し、表面の氷層と氷底の海との相互作用プロセスを確認することです。第二に、水氷構造の主な化合物の化学的性質と、それらの氷河下の海の化学組成との関係を研究すること。さらに、衛星の地質学的特性を調査する必要があります。これらの検出を通じて、科学者はエウロパの内部構造と環境をより深く理解し、その地下の海に生命を育む条件があるかどうかを確認することができます。

エウロパ・クリッパーの飛行経路（画像提供：NASA）

これらの目標を念頭に置いて、Europa Clipper は出発しました。しかし、エウロパへの旅には依然として大きなリスクと課題が残っています。 2025年2月下旬から3月上旬にかけて、火星の重力を利用して加速しながら、火星の表面から500～1,000キロメートルの距離に到達します。 2026年12月、エウロパ・クリッパーは地球付近に戻り、高度約3,200キロで地球を通過、地球の重力を利用してさらに加速し、約5億キロ離れた木星まで飛行するのに十分なエネルギーを得る予定です。 2030年4月、エウロパ・クリッパーは6時間のブレーキ操作を実行して木星の周回軌道に入る予定です。この後、エウロパ・クリッパーは目的の軌道に到達するまで数回軌道を変更します。エウロパ・クリッパーは、2031 年春にエウロパを初めてフライバイし、その後 3 年間にわたってこの魅力的な衛星を複数回フライバイする予定です。この探査機はエウロパの表面から最短25キロメートルの距離を飛行し、エウロパの詳細な科学的調査と、薄い大気、表面、氷の地殻、氷底の海に関するデータの収集を可能にする。 2034年9月にミッションが完了すると、エウロパ・クリッパーは木星のもう一つの衛星であるガニメデの表面に衝突し、ミッションを終了する。

エウロパ・クリッパーの軌道（画像提供：NASA）

エウロパ・クリッパーが極限の環境でも正常にミッションを遂行できるようにするために、NASAは数え切れないほどの「ブラックテクノロジー」を活用してきた。最も魅力的なのは、一対の長いソーラーパネルです。展開時の長さは30.5メートルに達します。これらは現在NASAが開発している最大のソーラーパネルです。これらは、木星の軌道の極低温下でエウロパ・クリッパーに大量の電力を供給することになる。宇宙船のプラットフォームは、アルミニウム製の円筒形の推進モジュールと、木星からの放射線から電子部品を保護する150キログラムのチタン、亜鉛、アルミニウム製の遮蔽室を備えた長さ5メートルの長方形の箱で構成されています。

エウロパ クリッパーは標準的なバスケットボール コートよりわずかに長い (画像提供: NASA)

エウロパ・クリッパーには、地質学的に活発な地域を検知するエウロパ熱放射撮像システム（E-THEMIS）、採取したサンプルの化学組成を分析するエウロパ・マッピング撮像分光計（MISE）、地質図作成用のエウロパ・イメージング・システム（EIS）、噴煙を検知するエウロパ紫外線分光計、海洋および地表付近の構造を検知するエウロパ評価・探査レーダー（REASON）、エウロパの磁場を計測するエウロパ・クリッパー磁力計（ECM）、木星の磁気圏とエウロパの電離層を計測するプラズマ磁気サウンダ（PIMS）、複雑な混合物中のさまざまな化合物を判定する惑星探査機質量分析計（MASPEX）、地表ダスト質量分析計（SUDA）など、9つの高精度科学機器が搭載されています。これらの科学機器は、エウロパ・クリッパーの科学探査において重要な役割を果たすことになります。

エウロパ クリッパーの構造の概略図 (画像は Wikipedia より)

エウロパ・クリッパー・ミッションは、NASA 史上最大の惑星探査ミッションの 1 つです。これは人類の惑星探査と地球外生命体の探索においても重要な節目となるでしょう。科学者たちはこの探検を通じて、エウロパの氷下の海の秘密を解明し、生命が居住できる可能性を探りたいと考えている。エウロパ・クリッパーから送られてくる貴重なデータによって、宇宙と生命に関するさらなる謎が明らかになることを期待しています。

参考文献

1. 李春輝、第13章：木星と土星の惑星リングと衛星、惑星科学入門、広西師範大学出版局

2. エウロパの事実、NASA、https://science.nasa.gov/jupiter/moons/europa/europa-facts/#h-structure

3. ユーロパクリッパーミッション、NASA、https://europa.nasa.gov/mission/about/

4. ミッションタイムライン、NASA、https://europa.nasa.gov/mission/timeline/

5. エウロパ(月)、Wikipedia、https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_(moon)

6. エウロパ・クリッパー、Wikipedia、https://en.wikipedia.org/wiki/Europa_Clipper

7. エウロパ・クリッパーのコスト表、惑星協会、https://www.planetary.org/charts/europa-clipper-cost-chart

エウロパ・クリッパーの科学探査に関するその他の質問については、コメント欄にメッセージを残してください。Xiaoxingが一つずつお答えします。

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