太陽系探査科学と
それによって培われる技術
宇宙科学研究所/JAXA
中村正人
太陽系探査科学は宇宙科学の一翼を担う学
問分野である
宇宙天文、宇宙工学、太陽系探査科
学...
太陽系探査科学は単なる博物学にとどまら
ず、物理的、化学的手法を駆使して太陽系
内惑星の多様性を解明する学問である
太陽系探査科学は学問であるが故に、国家
としてその戦略の中に位置づけることが必要
である
2
日本の惑星科学コミュニティの現状
理論研究 世界的にもトップクラス
実際の探査 米国に30年以上遅れをとっている
昔のこと(太陽系が出来た頃)、遠くのこと(深宇宙)が実証的に判
らない
探査におけるコミュニティの未成熟さ、手を動かせる人材に不足す
る
物的、人的リソースを惑星探査に向け、日本独自の惑星探査
を行う事により、10年後に我が国の惑星科学コミュニティの充
実が図られ、世界の一角としての地位が築かれる
具体的には探査の経験を積むことによって、日本でしかでき
ない惑星ミッションを構築できるようになる
3
2007年にJAXAが主催したロードマップ策定委員会
で描かれた太陽系探査科学の4つの科学的課題
太陽系の起源の実証的解明
惑星の進化と多様性の解明
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
これらの課題に挑戦するための4つの分野
火星・月における固体惑星科学
始原天体探査科学
惑星磁気圏・太陽系プラズマ科学
惑星大気探査科学
http://www.isas.jaxa.jp/home/rigaku/previous/roadmap/roadmap_report.pdf
4
月に関する誤解

月は既に科学的に良く分かった星である、という考えは
間違いである

アポロが月面に着陸した時代は技術的にも手探りの段階



着陸した地点も、着陸しやすい極めて特異な地点
クレメンタイン(米)、かぐや(日)で初めて全球的なリモート
センシング探査を実現
このデータを元に、我々は探査すべき地点を探り出し、そこ
に着陸して多くのデータを得なければならない。特に月の裏
側への探査は決定的に重要
5
月の成り立ちを解明する事が,われわれの住
む地球誕生の秘密を解く最初の鍵である

我々はどこから来たのか、我々は何者か、我々は何処へ行くのか
(Gauguin)

人類共通の関心事,サイエンスの一大源流となっているテーマ

宇宙における太陽系・地球の誕生はその重大事件の一つである

月は地球と太陽系の形成・進化の解明に導くロゼッタストーン

アポロ以降の月探査や理論的・実験的研究により新たな理解



冷たい月の起源から熱い月の起源へ

太陽系の始原的な物質を集めて冷たいまま成長した天体ではなく,高温に熱せられ
大規模な(全)融解を経験した天体と判明。地球も月もどろどろに溶けた高温状態
(マグマ大洋状態)で誕生したと説明された
巨大衝突による月の誕生理論

地球形成の最終段階で,火星サイズの惑星がおよそ秒速15km/秒で斜め衝突,地
球軌道上にばらまかれた高温物質が集積して月が誕生したとする理論:大多数の
研究者が支持
地球に残っていない原始の情報が存在する

月は地球よりもサイズが小さく冷却が早いため形成初期の情報を「化石」として保持
している
6
地球と月の歴史
45-44億
マ
グ
マ
オ
ー
シ
ャ
ン
月の歴史
46億年前
微
惑
星
の
形
成
原
始
地
球
の
形
成
海
の
形
成
最
盛
期
間
欠
的
な
火
成
活
動
単
純
な
テ
ク
ト
ニ
ク
ス
43億
最
古
の
岩
石
?
地
殻
物
質
?
39億
プ
レ
ー
ト
テ
ク
ト
ニ
ク
ス
の
開
始
?
最
古
の
堆
積
岩
35億
生
命
の
誕
生
海
存
在
ほとんどの情報が
失われた空白域
最
古
の
古
地
磁
気
観
測
↓
地球の歴史
〜10億
39-28億
豊富な情報を保持している
↓
微
惑
星
の
衝
突
合
体
・
原
始
惑
星
の
形
成
地
球
・
月
系
の
誕
生
巨
大
衝
突大
・
衝激
突変
盆
地?
形
成
原
始
地
殻
の
形
成
↓
原
始
太
陽
系
星
雲
の
形
成
ジ
ャ
イ
ア
ン
ト
イ
ン
パ
ク
ト
?
40-38億
内
核
の
形
成
?
27億
光
合
成
酸
素
の
発
生
21億 10億
酸
素
呼
吸
獲
得
生
物
の
発
生
人
類
の
誕
生
7
ロゼッタストーンとしての月

月の科学の主目標

「月の起源」「月の進化」「衝突史」の解明
月の起源・進化過程にある、すべての惑星に適応される普遍的なプロセスを解明する
【月起源】巨大衝突説の確証を得る

巨大衝突説では説明しにくい問題もある(例えば材料物質、酸素同位体 )
【月進化】固体惑星の成層構造の形成の謎
融解惑星はどのようにして大地を生み出すのか?
 中心核は、どのようなものか、いつ、どのように形成されたのか?
有力仮説:マグマ大洋の結晶分化→原始地殻・原始マントルの形成→分化したマグマ
の密度が増加し大規模なマントル転倒発生→月の「海」(黒く兎の模様に見える玄
武岩で覆われた盆地,二次地殻)の形成

【衝突史】太陽系惑星にはいつどれだけの小天体が衝突したのか?
月は古い衝突地形が保存されているため太陽系の衝突履歴の記録媒体となってい
る。衝突頻度は単調に減少したのか、それとも大激変(40〜38億年前)があったの
か?
 月の衝突履歴がわかれば地球への影響もわかる
有力仮説:巨大惑星の(大)移動 → 惑星・小惑星の軌道変化 → 小惑星同士の衝突・
散乱 → 内惑星へ短期間に大量の小天体衝突 → 地球生命誕生に影響
8

月の謎の解読に必要な手法
地球物理学と地質学の共同作業

かぐや 科学主体の遠隔観測の成果






表側と裏側で熱史が異なる
月地殻の成分は従来の常識と異なる新たな説明を要する
月の初期に固有磁場の存在を示唆。新しい海の地域には残留磁気が
みられない
かぐやの成果を元に物理、地質、科学的観点から熱史と内部構造モデ
ルの再構築が世界中で始まろうとしている
再構築の結果としての新たな月モデルについて確証を得る為には内部構
造調査,その場での地質調査,さらには試料回収が必須
 月内部の分化の情報を担う内部構造は未解明もしくは不鮮明
 アポロ着陸点は,月の特徴的な地質区分の1つに集中している
内部構造調査で得られる物理的データと地質調査の結果によって得られる
化学・岩石学的データから、月がどのような物質からどのような歴史を経て
9
出来たのか正しく解釈できる
月・太陽系探査の第一の動機として科学を掲げよう



「われわれがどこからきてどこへいくのか」という人類の根源的な疑問へとアプローチする
上で、太陽系の科学は大きな柱の一つである。すなわち、太陽系探査科学によって人
類は自らの存在理由を含めた太陽系誕生の歴史を知り得る
上記が達成されれば太陽系探査科学は探査にかかる人的、資金的投資に十分見合っ
た成果を人類に与えたといえる
「日本の品位を示すため」「平和国家の誇りを体現する ため」にも人類に如何にして日
本が貢献できるかを問うべき。これによって日本の存在価値も高まる。それが太陽系探
査科学である
では、科学が全てなのか?
恐らくそうではない
太陽系探査科学を実行するためには極めて沢山の技術的に解決しなければならない
課題がある。これらを一つ一つ解決していくことが日本の宇宙技術を磨く一番の
早道
着陸・帰還技術
遠隔自律制御技術・ロボティクス
長期滞在・熱制御・エネルギ技術
移動体技術
世界一級の観測技術
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惑星探査機に採用された先進技術(1)
小惑星探査機:「はやぶさ(MUSES-C)」
電気エネルギーを利用した
高性能電気推進エンジン
小型ロボット:
ミネルバ
(小型高機能部品)
サンプル回収用小型カプセル
(耐断熱材料、再突入制御)
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カメラ画像を使った自動着陸装置
(画像処理、画像認識、自律制御)
サンプル回収装置
(ロボティクス)
惑星探査機に採用された先進技術(2)
金星探査機:「あかつき(PLANET-C)」
集熱を避け小型軽量を実現した
高性能平面アンテナ
金星大気の運動
を3次元に撮像する
科学観測装置と
機械式冷凍装置
(赤外&紫外カメラ他)
幅広い温度範囲に
対応する
姿勢検出装置と
精密3軸姿勢制御装置
高性能放熱&断熱制御材料を使った
幅広い温度範囲(低温〜高温)
に対応する熱設計
省電力機器の開発と
高効率太陽電池&高性能電池の
採用による省電力&少発熱設計
超遠距離通信を
可能にする
再生測距型
送受信装置
半球状通信領域をカバーする
広角レンズアンテナ
新素材(セラミック材料)を使っ
た軌道制御用エンジン
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地上から太陽系探査機を支える技術
1.地上設備(大口径の通信のためのアンテナ)の全地
球的展開
2.打ち上げ手段の確保
静止軌道へペイロードを運ぶために最適化された 2
段ロケットであるH-IIAは惑星探査機を打ち上げるの
には無駄が多い
多段ロケット(H−IIAの上段ステージ、イプシロン発展形
態)
惑星間空間への探査機送り出しは打ち上げ日時が秒
単位で制限され、これを実現する為に探査機に特化
した輸送系が必要
これらが確保されて初めて日本は太陽系探査に乗り出し 13
て行くことができる
月・太陽系の科学的究明はひとつの宇宙科
学の柱として国家が推進すべき活動

地球や太陽系、恒星、銀河、我々の宇宙が出来てきた仕組みを知る事が
宇宙科学の大きな目標である


火星、金星などの惑星の科学は、月・地球と比較することにより、青い地球の
存在を理解する上で重要
調査対象に多様性を持つ惑星探査は訪問順序、探査内容の順番を考えて、
効率よく進める事が大事





月以外の惑星は往(復)路に長時間かかることを考慮
国際情勢(国際協調、国際的競争)によって順序を考えることもある
ミッションの難易度を考慮する必要もある
長期的にシリーズ化するためには資金的にスムースなプロファイルを考える
人類活動として行うべき良い科学ミッションは、
「第一級の科学目標」を明確にし、
それを実現するための
「挑戦的技術要素」を含んだミッション計画を立案することで得られる。
「第一級の科学成果」「新たな技術要素」の獲得には、適切なリソース
投入を必要とする。
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ダウンロード

PPT (1) - 太陽系科学研究系