太陽系探査科学中村正人太陽系探査とは何か - 誰もが納得する言葉で • 人類の活動領域は地球近傍からその範囲を拡大し、月及び太陽系内と拡がりつつある。宇宙探査の目的は、知の創造とともに、人類の活動領域を拡大することであるが、その推進には、先進的工学研究を含め、宇宙科学の知見が極めて重要であり、宇宙科学と宇宙探査活動が共同歩調をとり、両者の協調的発展を目指すことが必要である。翻って2006年時点で考える惑星探査は果たして有効か • 長いタイムスパン – これまでは良くても１０年に一度くらい • 多くの金銭および人的コスト – 膨大な費用 – 関係者の一生のマンパワーを費やす • 限られた観測項目 – 探査機の大きさの制約から搭載可能な数は限られる • 少ないデータ量 – 遠距離通信を行う為、低いデータレートそれに対して地上観測は • 打ち上げ失敗は無い – かけたコストは回収できる • 多くの人が参加でき、一人一人の負担は少なくても済む • しかし、 – 分解能が悪い – その場観測は当然出来ない – いつも目的の惑星が見えるわけではなく、そのウィンドウは限られる探査機を打ち上げる必然性は何？ • 人類初めての探査には発見の意味がある • 2回目以降の探査ではこれまでに挙げた弱点を克服して余りある成果をあげなければならない →かなり入念な準備と覚悟が必要 • 人類全体の知識を深める為に日本が果たすべき責務 • 新たな枠組みを構築していくべきであろう惑星探査は今、発見の時代から真の意味での探査の時代へ移ろうとしている。過去30年の探査によって、すでに我々はガイドブックを手にすることができた。これからは太陽系の起源と進化の研究に迫る物的証拠を求めて過去の重大事件を記憶した種々の化石を探し出し、先鋭的な観測で惑星・衛星構造を精査し、ダイナミックに変動する惑星圏環境を解明すべきである。太陽系科学ミッションのロードマップより太陽系探査科学の定義 • 太陽、地球、惑星、始原天体及び太陽系空間環境を多様な手段で調査し、太陽系諸天体の構造と起源、惑星環境とその進化、宇宙に共通な物理プロセス等を探るとともに、太陽系惑星における生命発生、存続の可能性及びその条件を解明する。 – 現時点で考えられるものは全てやってよろしい • 惑星の進化と多様性の解明 • 太陽系の起源の実証的解明 • 生命の発生、進化に必要な環境の解明 • 宇宙プラズマ物理過程の根源的理解（１）惑星の進化と多様性の解明なぜ地球以外の惑星に生命存在に適した海洋・大気が存在しないのか、惑星の気候変動の究極的な原因は何なのか、惑星の磁気はどのようにして発生し消滅するのか、地殻やマントルを駆動するエンジンは惑星によってどのように変わるのか、など現在の環境と惑星誕生以来の45億年間の歴史を解明することがその目標である。このためには、惑星大気の組成、運動、変化の他に、惑星そのものの内部構造の解明、表面の地形と組成などを明らかにしていく事が必要である。惑星の内部、表面探査 • 月の内部探査 – 1990年代にスタートしたペネトレータ開発-地震計・熱流量計による月の内部構造探査 – SELENEによる電波サウンダー探査、裏側を含む重力探査という、月全球の内部構造探査 – 日本が将来の月ミッションとして、内部構造探査を行うことが有効 • 月の表面探査 – 月面にはクレーターなどで掘り起こされた深部物質が露出 – 未踏査の地点に着陸して表面の探査を行い、将来的には月面からのサンプルリターンから月の起源と進化過程の解明を目指す • 月探査で培った探査技術（特にペネトレータの技術）を月以外の惑星探査（特に火星）に展開 • 水星 – ESAとの共同ミッションBepi Colombo計画を遂行し、水星表面や地質構造、重力場等の探査を目指す。 • さらに将来の金星、水星、木星探査 – 輸送技術や高温耐性技術が確立を待ち、苛酷な環境である水星や金星表面への着陸探査を行い、内部構造や表面地質を調べる – 木星探査計画において、氷衛星の地質構造、イオの火山活動の探査、非氷衛星の表面組成測定を行う。惑星周辺環境科学 • 地球の気候や大気運動、気象現象との比較研究のため、金星や火星など地球型惑星の大気観測を主要なターゲットとする – 2010年に打ち上げられるPLANET-C金星オービター計画を進め、金星大気大循環の解明を目指す。 – このミッションの成果を受け、将来的には金星バルーン計画や金星エントリープローブにより金星大気・表面の直接観測を目指す。 – さらに、火星軌道投入に失敗した“のぞみ”で目指した惑星周辺環境科学を極めるため、このリカバリーミッションも視野に入れるが、そこにいたる段階で、諸外国の火星ミッションに協力して、日本の機器搭載などで、火星探査に参加していくことも重要である。 • 厚い大気をもつ天体のダイナミクスの研究のため、将来木星探査においても、大気力学変動探査を重点的に観測する。木星型惑星の探査については、惑星間航行などの新たな探査機技術の開発が必須であり、その具体的検討と基礎開発が進められている。（２）太陽系の起源の実証的解明原始太陽系星雲から惑星がどのように形成されてきたかを解明する。この為には太陽系の初期の記録を残した始源的天体を探査し、原始太陽系で起きたさまざまな物理・化学的過程を明らかにしていくことが必須である。また、太陽系外の惑星系・原始惑星系円盤の観測も、原始太陽系星雲の初期条件を明らかにする上で重要な役割を担っており、天文衛星、とりわけ赤外線天文衛星との密接な協力が不可欠である。 • 始原天体からのサンプルリターンは重要な意味を持つため、シリーズ化して継続的に行う – 「はやぶさ」は、小天体探査においても、詳細リモートセンシングが大きな科学成果を挙げることを実証した • 「はやぶさ」は内惑星領域に多い揮発性物質の欠乏 • • するS型小惑星イトカワから重要な情報を得た次は、揮発性物質に富む最も始原的な小惑星や彗星からサンプルを回収し、分析するソーラー電力セールなどを利用した火星以遠の探査が実現される場合には、フライバイ等による始原天体の探査の可能性をも視野に入れる。ここで火星の衛星やトロヤ群小惑星も始原的天体であると考えられる。（３）生命の発生、進化に必要な環境の解明地球外の生命を探索することは、生命科学を地球の生命科学からさらに普遍的な宇宙生命科学に変える可能性を持っている。これらはまた、太陽系外の知的生命の存在についてもヒントを与えてくれるものである。始源的天体の有機物の探査、火星や外惑星の衛星であるエウロパ、タイタンなどにおける地球外生命探索を行うことは、人類にとって大きな意味をもつ課題である。（４）宇宙プラズマ物理過程の根源的理解太陽系空間という人類が「その場」で観測することの出来る唯一の宇宙空間で宇宙プラズマ現象を明らかにし、惑星磁気圏の統一的理解を深める。この理解は、ひいては、太陽の影響の下での大気進化を含む惑星環境の長期的変遷の解明や、太陽物理学・Ｘ線天文学の対象である多様な天体プラズマ現象の解明にも大きな貢献をする。この為には太陽圏や地球以外の惑星磁気圏での「その場」観測とともに、地球磁気圏における超精密な観測から宇宙プラズマダイナミクスの本質に迫ることが必要である。 • 地球周辺プラズマ環境を精密に理解し、また、普遍的宇宙空間物理学の基盤とする – 電磁場構造を数機の衛星編隊によって観測する – 同時にエネルギー範囲・時間分解能を向上させた粒子計測を行ない、高エネルギー粒子の発生過程等、多様な空間スケールにわたって展開する宇宙空間現象の本質的理解 – JAXAのSCOPE計画として検討されてきたが、ESAとの共同ミッション Cross Scaleとしての実現を目指す – さらに、これらを補完する一連の小型衛星による地球磁気圏の探査も継続的に行う。 • 惑星ミッションとしての水星探査計画Bepi Colombo – 磁気圏探査用オービタMMO（Mercury Magnetospheric Orbiter）の開発 – 表面探査用オービタMPO（Mercury Planetary Orbiter）への観測機器の参加 • 火星大気・プラズマの観測 – 「のぞみ」で達成されなかった科学目標は、未だに諸外国でも同様の計画が成功していないため、国際協力も視野に入れて復活を目指す • 将来の木星探査 – ソーラー電力セールなどの深宇宙探査技術が成熟した暁には、巨大粒子加速器としての側面を持つ木星磁気圏の本格的探査を目指す太陽系諸天体の構造と起源を探る • 今後５年程度の目標 – 工学実験探査機「はやぶさ」により、Ｓ型小惑星サンプルリターン及び試料分析を行う。 – 月探査衛星「セレーネ」により、月の内部・表層探査及び精密全球表面物質・重力場観測データベースを構築する。 – 「はやぶさ」後継機により、Ｃ型小惑星の探査及びサンプルリターンを行う。 – 「セレーネ」後継機に向けた月表面着陸技術の研究開発を行う – 「ベピ・コロンボ計画」による水星の内部・表層・磁場研究の準備、ソーラー電力セイル等による木星及び以遠到達へ向けた技術基盤の確立を図る。 • ２０年先を視野に入れた今後１０年程度の目標 – 「はやぶさ」及び「はやぶさ」後継機により取得した小惑星物質を分析し、太陽系の初期状態の解明に資する。 – 「セレーネ」後継機による惑星表面着陸技術を確立し、月の起源・進化過程を解明する。多様な始原天体、月・惑星の探査とその実現に必要な研究を行う。太陽と地球・惑星環境を探る • 今後５年程度の目標 – 太陽観測衛星「ひので」により、太陽磁気活動の解明を行う。 – 磁気圏観測衛星「あけぼの」、磁気圏観測衛星「ジオテール」、小型副衛星「れいめい」により、プラズマ素過程を解明し、宇宙天気の研究に貢献する。 – 金星探査機「ＰＬＡＮＥＴ－Ｃ」により、金星大気運動を解明する。 – 「ベピ・コロンボ計画」による水星の大気・磁気圏研究に向けて準備を行う。 – また、地球大気化学研究のために国際宇宙ステーション「きぼう」に搭載する「ＳＭＩＬＥＳ」によって観測を行う。 – この他、小型衛星による観測研究や海外の探査機への観測機器提供等を行う。 • ２０年先を視野に入れた今後１０年程度の目標 – 編隊衛星群観測により、宇宙プラズマの普遍プロセスを解明する。火星等を対象とした継続的な近地球惑星環境探査を行う。木星を対象とした国際大型探査計画について検討し、その開発において主導的な貢献を行う。この他、次期太陽観測計画の策定と研究開発等を行う。いくつかのキーワード（１） • シリーズ化 – 長期化する惑星探査ミッションは結果が出るのを待っていては、次のステップに出遅れる。先を見据えたロードマップが必要 – 太陽系探査ロードマップ小委員会（仮称）の設置 • 惑星間航行などの新たな探査機技術の開発 – 地球周辺とは異なる環境での探査技術と足並みをそろえなければ、科学は成り立たない。 – 速く、遠くへ行くための技術の確立いくつかのキーワード（２） • 国際協力の推進体制 – 宇宙科学の発展に伴い、ミッションの大型化や相互依存関係の深化が進み、国際協力が今や趨勢となりつつある。 – 国際協力の枠組みに当初から関与することで、我が国の参加機会を増大させ、その中でリーダーシップを発揮して、科学的な貢献が評価されるよう、国際協力の枠組みに当初から関与し、我が国の得意とする分野での協力のあり方を、あらかじめプロジェクトに明確に位置付けるいくつかのキーワード（３） • 小型衛星 – 小型衛星による惑星ミッションの補完 • 軌道上から常に惑星をモニター – 地球周辺環境科学における補完 • 地球観測を多数の小型衛星でカバーしあう • 内部磁気圏などの探査を小型衛星で行う – 機動性のあるプロジェクトとして大きなミッションをサポート