地質学
InSight

NASAのInSight火星着陸機は、赤い惑星を掘り下げる

次の記事

人が着るソフトロボット(パワードスーツ)は工場労働者や四肢麻痺患者を助ける

NASAによる最新の火星行ミッションであるInSightは、土曜日の早朝に打ち上げられる予定だ。宇宙旅行や惑星学における史上初の探究が数多く行われる。着陸機の装置は惑星表面を探査し、前例のない精度で地震活動をモニターする。またロケットに同乗する1対の小型のCubeSats(小型衛星)は小型宇宙船の惑星間旅行の可能性をテストする。

太平洋時間で土曜日の朝4時5分(日本時間では土曜日の20時5分)が、最初の発射予定時間だが、もし天候が悪けれはその後に引き続き再トライが行われる。打ち上げウィンドウが閉じてしまう6月8日まで、ずっと雲に覆われ続けるという可能性はほとんどないだろう。

InSight(洞察という意味)は単にイカした名前だというだけではない、それはInterior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport(地震調査、測地学、熱伝達を用いた内部探査)という、少々無理もある頭文字を並べたものだ。その搭載された機器は私たちに火星の内部について教え、火星そして地球を含む太陽系内の岩の惑星についての、過去と現在に関する洞察(insight)を与えてくれるだろう。

NASAのジェット推進研究所に所属する、本ミッションの主任研究員であるBruce Banerdtは、20年以上にわたってこの任務を推進してきているが、これは彼のほぼ全職業人生に相当する。

「これは、夏の間にタイヤショップで働いたこと以外で、私がやったことのある、唯一の職業なのです」と彼はNASAによる最近のポッドキャストで語っている。もちろん彼は、他の多くのミッションにも取り組んでいるが、このミッションに対する彼の献身は明らかに実を結んだ。実際には、当初は2016年に打ち上げの予定だったが、機器のトラブルのために彼らは次の打ち上げウィンドウを待つ羽目になった ―― それが今なのだ。

InSightはPhoenixスタイルの着陸機で、その大きさは小さな車ほどであるが、火星に向けて高速弾よりも速く発射する。打ち上げそのものも初の試みだ、NASAはこれまで惑星間ミッションを西海岸から打ち上げたことはない、しかし今回の条件を考えたときには、カリフォルニア州のヴァンデンベルク空軍基地が最良の選択肢だったのだ。それは行き先を決めるために重力の支援を行う必要もない。

ご存知ですか?私は米国の西海岸から別の惑星に飛び立つ最初の宇宙船になります。私の備えるロケットはそれが可能です。パワーは充分なのです🚀
打上の詳細:https://t.co/DZ8GsDTfGc pic.twitter.com/VOWiMPek5x

「フロリダ州に行って、軌道に乗せるために地球の回転を利用しなくとも、私たちは素直に推進力を得ることができるのです」とBanerdtは同じポッドキャストの中で述べている。「そして南カリフォルニアでは、おそらく1000万人の人たちに見えるような形で打ち上げることができるでしょう、なにしろこのロケットはロスアンゼルスとサンディエゴのそばを飛行するのです。そしてもし朝4時に起きる気のある人は、本当に素晴らしい光のショーをその日見ることになるでしょう」。

ロケット下段のThe Atlas Vが着陸機を軌道に載せ、上段のCentaurが火星に向けて着陸機を押し出す役割を果たす。そののち6ヶ月の巡航を経て、地球カレンダーの11月26日に火星に着陸する予定だ。

その着陸は、Phoenixやその他の多くの着陸機同様に、エキサイティングな(かつ恐ろしい)ものになるだろう。火星の大気に突入する時点で、InSightの速度は時速2万1000キロ以上になっているだろう。まずそれは大気そのものによって減速し、新しい強化熱シールドとの摩擦によってその速度の90%が失われる。残りの速度のさらに90%がパラシュートによって減速される。しかしそれでもまだ時速160キロ以上の速度が残っている。もちろんこのままでは着陸はうまくいかない。そこで、地上数千フィートの場所でそれは着陸ジェットに移行する。それによって着陸機は狙った場所と方向に、安全な時速8.7キロほどで着陸することになる。

粉塵が(文字通り)落ち着いて着陸機がすべてが正常に動作していることを確認した後、着陸機は扇状の太陽電池(Solar array)を展開して作業を開始する。

ロボットアームと 自分を叩くロボットモグラ

InSightのミッションは、これまで以上の詳細さと深さで、火星の地質学に切り込むことだ。そのために、3つの主要な実験に向けて、機器が準備されている。

まずSEISは、小さな野球ドームのような外見の、地表に置かれる6台の地震センサーの集まりで、足元の地表の微かな振動に至るまでモニターを行う。微小な高周波振動や長周期振動も、すべて検知されることになる。

「地震学は、私たちが知っているほとんどすべてのものを得るために使った方法です、地球の内部についてのすべての基本的な情報を与えるもので、そしてアポロ時代には月の内部の性質を理解し測定するために用いられたのです」とBanerdtは言う。「そこで、やはり同じ技法を使いたいのですが、今回は火星の地震や、隕石の衝突によって引き起こされる振動を利用するのです。そのことで、核に至る深い火星の内部を探ります」。

熱流と物理特性プローブ(Heat Flow and Physical Properties probe)は興味深いものだ。それは、ミッションの継続中、惑星表面下の温度を継続的に測定する、だがそうするためにはもちろん、地面を掘り下げなければならない。その目的のために、チームが用意したのは「自分を叩く機械モグラ」だ。わかり易い名前だと思うよね?

この「モグラ」は太さ1インチ(2.54センチ)長さ16インチ(40.6センチ)ほどの中空の釘状のもので、内部のバネ仕掛けのタングステンブロックを使って自力で岩の中に入っていく。惑星表面における日々の、そして季節的な温度変動を避けるためには、5000回から2万回の撃ち込みを行って深い場所にたどり着く必要がある。

そして最後のものは、巨大な釘、小さな野球ドームなどを必要としないRotation and Interior Structure Experiment(自転と内部構造実験)だ。この実験には、地球との無線接続を使用して、火星が自転するに伴い、InSightの位置を極めて正確に追跡することも含まれている。とても信じられないことだろうが、その誤差はわずか10センチ以内である、その位置の変動は、惑星の自転のゆらぎを意味しており、その結果内部の構造を知ることができる。70年代と90年代に行われた同様の実験のデータと合わせることで、惑星学者たちは核がどのように溶融しているかを知ることができるのだ。

「いくつかの点で、InSightは45億年前に火星が形成された初期段階の情報を取り戻す、科学的なタイムマシンのようなものです」とBanerdtは以前のニュースリリースで述べている。「それは、地球、月、そして他の太陽系の惑星を含めて、岩石の塊がどのように形成されるのかを知るのに役立ちます」。

またInSightに備えられたロボットアームは、単に岩石を掴み上げて観察するだけでなく、その格納庫からものを取り出して作業場所に置く役割も果たす。そのアームの先の小さな指は、設置する各機器の上にあるハンドルを、人間のように掴むことができる。まあ、正確には多少やり方は違うかもしれないが、原則は同じだ。約244センチの長さであり、平均的な宇宙飛行士よりも遠い場所に手が届く。

ロケットに乗ったキューブ

MarCO CubeSatの1つ

InSightは間違いなく主要なペイロードだが、荷物はそれだけではない。同じロケットで打ち上げられるのは、Mars Cube OneまたはMarCOと呼ばれる2機のCubeSatである。それらは自ら動きを調整して軌道に乗るような制御手段を持たないので、ただInSightが着陸する際に火星の横で打ち出されるだけだ。

CubeSatのようなものはいつでも打ち上げられているじゃないか?もちろん ―― ただし地球軌道の上に。これはCubeSatを別の惑星に送り出す最初の試みである。成功した場合には、何ができるかに制限はない ―― ただしパンケースより大きなものを詰める必要はないと仮定しての話だが。

今回は特に超重要な実験は想定されていない。1つが故障することに備えて2つ用意されていて、どちらもデータを送受信するUHFアンテナと、何台かの可視光低解像度カメラを搭載しているだけだ。実際ここで行われる実験が対象にしているのは、CubeSat自身と、その打ち出し技術である。彼らが火星の軌道に乗れば、InSightの信号を地球に送る手助けをしてくれるかもしれない。もし彼らがそれ以上の働きを見せてくれたとしたら、それはあくまでもボーナスというものだ。

InSightの打ち上げはここから追うことができる。また昔からある擬人化されたTwitterアカウントもある。

[原文へ]
(翻訳:sako)