ＮＡＳＡがある天体に関する緊急の記者会見を開きました。
ある天体の表面に数千億トンにも及ぶ大量の氷を見つけたというのです。
実はその天体太陽のすぐ近くにある水星です。
表面温度４００度の灼熱の世界に氷があったんです。
水星は早朝や夕方のごく限られた時間にしか観測できないため謎の多い惑星でした。
今この水星が研究者たちの注目を集めています。
きっかけとなったのが探査機…実に４０年ぶりの探査で水星のミステリーを次々と明らかにしています。
私たちの暮らす太陽系の隣人水星の意外な素顔に迫ります。
今回のテーマは「水星」ですね。
水星もちろん名前は知ってるんですけど正直あまりピンと来ない惑星なんですよね。
水金地火木の水ですからみんな学校で教わってるはずなんですけど。
ちょっとこちらをご覧下さい。
これは１０年前に発行された高校の地学の教科書なんですね。
太陽系の惑星がズラッと並んでるんですが。
ん？何か水星だけ半分ぐらいしか映ってないですね。
そうなんですよ。
え〜そうなんですか！どうしてかといいますとこれまでに近づいた探査機の数が違うんです。
例えば火星には今まで２５機以上近づいているんですが水星にはたった２機しか近づいてないんですね。
え〜！２機しか行ってないんですか！はい。
地球から水星と地球から火星って距離としては大体同じぐらいなんですよ。
なんだけど水星に行くのはねすっごく難しいんです。
ええ！？あっ太陽に近いからとかですかね？もちろん太陽に近いからというのもあるんですが水星の探査が難しい理由はそれだけではないんです。
太陽系の惑星を観測するため１９６２年に始まったアメリカの…火星や金星への探査は何度も成功。
次は水星へという機運が高まっていました。
ところが水星に探査機を送り込むのは火星や金星に比べて段違いに難しいのです。
一般的に地球の重力を振り切った段階では探査機は秒速３０キロで太陽を回っています。
例えばこれは火星に向かう時の計算上の軌道です。
この軌道に入るにはあと秒速３キロ分だけ加速します。
このように探査機は速度の変化によって軌道を変えるのです。
一方こちらは水星へ向かう時の軌道です。
この軌道に入るには速度を落とすために逆噴射をする必要があります。
この時下げるスピードは秒速７キロ分。
つまり水星に向かう時は火星に向かう時の２倍以上のエネルギーが必要なのです。
では実際に水星に到達した探査機を見てみましょう。
ＴｈｉｓｉｓｔｈｅＭａｒｉｎｅｒ１０！これが水星探査機マリナー１０号の予備の機体です。
大きさはおよそ４メートルほど。
この小さな機体のマリナーは一体どんな方法でブレーキをかけたのでしょうか。
へえ〜。
ほぼ同じ距離なのに水星へ向かう方が倍以上のエネルギーが必要って…。
そんな事あるんですね。
ちなみに火星の奥にある木星に行くためには…減速加速違いますが調節するという意味では地球から水星に行くのと地球から木星に行くの同じくらいのエネルギーなんですよ。
水星行くのってそれだけ難しいんですね。
ではどのようにして探査機は水星に向かったのでしょうか？こちらがマリナー１０号の機体の画像です。
この機体のどこかにブレーキをかける方法が隠されているのでしょうか？あっあの下についてる２つ穴みたいなのが…。
あれがエンジンとか。
…っぽくないですか？う〜ん残念。
あれはカメラなんです。
もちろん推進装置のようなものはついているんですがそれだけでは十分でないという事なんですね。
そこである方法を提唱したのがイタリア人の天文学者…コロンボさんが提唱したのはスイングバイという方法なんですよ。
ちょっとこちらでご覧下さい。
探査機がある天体に近づくとします。
その天体が止まってる場合はこれ重力でスピードが変化するんですが入ってくる時と出ていく時でスピードは変わりません。
確かに同じスピードになりそうですね。
次にこの天体が右から左へ動いてるとしましょう。
その時探査機は入ってきて後ろを通過します。
そうするとおいでおいでというふうに引っ張られて探査機はスピードが上がるんですね。
へえ〜。
これを加速スイングバイといいます。
後ろを横切ると加速するっていう事なんですね。
今度は天体が画面上で左から右に動いてる場合です。
探査機は天体に追いついて前を通り抜けます。
そうするとちょっと待ちなさいよという事になって探査機のスピードは重力によって減速されるんですね。
これを減速スイングバイといってマリナー１０号はこれを使ったんですよ。
今度は探査機が前を横切ると減速する。
へえ〜。
確かにこれを使えば強力なエンジンがなくても行けそうな感じしますね。
そうなんです。
こちらが実際にマリナー１０号が進んだ軌道です。
地球を離れた探査機は自力で秒速３キロ減速。
金星に接近して減速スイングバイ。
そして打ち上げから４か月後。
１９７４年３月に人類史上初めて水星に接近する事に成功したんです。
その後も２回水星に接近したんです。
このスイングバイを使った惑星探査というのはこのマリナー１０号が初めてだったんですよ。
へえ〜。
その後のボイジャーとかパイオニアこれも使ってます。
それから日本の小惑星探査機のはやぶさもスイングバイを使ってますよ。
結構使われてるんですね。
そのマリナー１０号が撮影した画像がこちらです。
人類史上初めて間近に見る水星の姿です。
お〜！水星にねこんなにたくさんクレーターがあるんだっていう事もこの時初めて分かったんですよ。
ふ〜ん。
結構凸凹してる。
でもここで一つ問題があるんですね。
これマリナー１０号で撮影した画像を合成したものなんですけれども全体の４割しか撮影できてないんですよ。
もう半分以上分かってないんですね。
その理由は水星に近づいて…あ〜！なので次の探査ではじっくりと水星の近くにとどまって観測しようじゃないかという事になったんですよ。
え？水星の近くにとどまるっていうのは大変な事なんですか？これね大変なんですよ。
さっき水星に近づくためには秒速７キロの減速が必要だと言いましたよね。
はい。
でも水星の近くにとどまって居続けるためにはなんと更に秒速１０キロ分の減速が必要なんですよ。
更に秒速１０キロ分！いや秒速７キロ分減速するのもかなり大変でしたけどそんな事可能なんですかね？水星の詳細な観測を目指して飛び立ったのはＮＡＳＡの探査機メッセンジャーです。
マリナー１０号から３０年がたっていました。
水星の近くにとどまって全体を撮影します。
水星と同じ軌道に入るためにメッセンジャーはとても複雑な軌道を選択しました。
打ち上げ後まず接近したのは地球です。
地球の前方およそ２，３００キロを通過して減速スイングバイ。
軌道を内側に修正します。
次に金星の前を２回通過。
金星の重力でブレーキをかけて内側へ進みます。
更に水星を使って減速スイングバイを３回。
えっすごい！水星の周回軌道へじわじわと近づいていきます。
２０１１年３月ついにメッセンジャーは水星と同じ軌道に入りました。
そして史上初めて水星の周りを周回する事に成功したのです。
打ち上げから７年。
実に７９億キロの道のりを経て到達したのです。
うわっ７年って！随分長い道のりでしたけどそれでやっとたどりついた訳ですね。
減速スイングバイが地球と金星と水星で計６回ですか。
それだけ減速しないとこの軌道に入れないんですね。
そして水星の周回軌道から水星を撮影する事に成功しました。
その数なんと２５万枚以上です。
お〜！その結果こちら。
４０年前マリナー１０号が撮影できたのは４割ほどでしたがメッセンジャーは水星のほぼ全体を撮影する事に成功したんです。
やっと天体の全体像が分かったっていう事なんですね。
そうなんですね。
メッセンジャーでの観測というのは水星の表面を撮影するだけにとどまりません。
カメラ以外にもさまざまな測定機器を搭載しているんです。
メッセンジャーは予想を超える水星の姿も明らかにしています。
氷の存在を捉えたのは水星表面の物質を調べるための…極付近のクレーターの中で大量の水素原子を発見しました。
数千億トンもの氷がある事を示しています。
氷が解けないのはなぜでしょうか？これは北極近くでの太陽光のシミュレーションです。
このクレーターにご注目。
常に日陰になっています。
永久影と呼ばれるこの部分の温度は常にマイナス２００度になっていたのです。
地下には人間が住むのに適した場所があるかもしれないし水以外のほかの資源があるかもしれません。
水星って太陽にも近いしすっごい熱いイメージあったんですけどそこに氷があったってびっくりです。
ですよね。
我々が考えてるよりもずっと多様な環境がそこにあるっていう事ですよね。
ここからは水星探査の専門家と一緒に見ていきましょう。
ＪＡＸＡ宇宙科学研究所の早川基さんです。
水星ってこれまであまり知らなかったんですけどとても興味深い惑星ですよね。
そうですね。
マリナー１０の観測が出た時はすごく衝撃的でみんなだから次は水星の周回軌道に入れたいっていうふうに思ってたんですけど行くのがものすごく大変なんですね。
という事はこのメッセンジャーというのは水星研究者たちの長年の夢が実現されたっていう事ですか。
ええそうですね。
１９９０年代の後半ぐらいなんですけどそのころからそろそろ現実的な大きさの衛星を持っていけるんじゃないかというふうになってきて計画されてスタートしたのがメッセンジャーです。
さあ水星探査機メッセンジャー。
これ実物の大きさで再現しました。
本体の大きさはおよそ２メートル。
太陽光パネルを入れますと幅が５メートルくらいになりますね。
何か盾みたいな板がついてますね。
（早川）盾に見えるのがあれが日陰を作っていてその陰に入る事で衛星が熱くならないようにしてるんですね。
白く見えてるのはセラミックの繊維で編んだ布なんです。
お〜！
（早川）普通のよく地球周りで使うようなもので造ると大体表面２００度ぐらいまでしか耐えられないんですけどああいうものを使うともっと高い温度に耐えられるので。
へえ〜！そのメッセンジャーはカメラのほかにもさまざまな測定機器を搭載しているとお伝えしました。
こちらご覧下さい。
へえ〜。
何かすごく色も鮮やかできれいですね。
（早川）わざと分かりやすい色をつけたものなんですね。
これは水星の何を示してるんですか？
（早川）ここが白っぽく何か線状に見えてますけどあれは物がぶつかった時にそこから飛び散ったものが出てきたものなんですね。
青とか白で見えてるのは割に新しく出来たものだというふうに思われてます。
左側に目立つクレーターがありますけど下の所を見るとかすかに白い線がつながってるように見えますよね。
という事は左側のクレーターが出来たあとに右側から物が飛び散ってきて上に乗っかったと。
逆にああいう線がちっちゃいほかのクレーターで切れていればそっちのクレーターの方が後に出来たという事でどっちが先か後かっていう順番が分かってくるんですね。
歴史が分かる訳なんですね。
歴史が分かってきます。
ほかにも何か分かる事ありますか？
（早川）カロリス盆地っていうのがあるんです。
それの中でいくつかオレンジ色に見える火口まあクレーターみたいなのがあるんですけどあれが火山だというふうに思われていてそこから火山のものが噴き出て周りを埋めていったという事で昔だから火山があったんじゃないかというふうに思われてます。
実に何かこう多様なもので構成されているというか。
そうですね。
今まで思ってたものとはだいぶ違うんですね。
見た目写真で見ると月とすごくよく似てるんですけどメッセンジャーが行って初めてその表面どんなもので出来てるかというのを調べてそうしたら実は月とは随分違うと。
月よりもどっちかっていうと火星だとか地球だとかの方がその表面作ってるものとしては近い。
という事から水星は…そのメッセンジャーによって水星の実態が分かってきました。
でも水星にはミステリーがミステリーを呼ぶ大きな謎があるんです。
水星には研究者たちを長年悩ませてきたミステリーがありました。
マリナー１０号に参画していたノーマン・ネス教授たちが常識を覆す大発見をしたのです。
マリナー１０が水星に接近した時私たちは送られてくるデータを２４時間体制で食い入るように観察していました。
というのも金星や火星では地球のような磁場が作られていないからです。
これがマリナー１０号から送られてきた磁場のデータ。
探査機が水星の上空に接近した時微弱な磁場を観測したのです。
誰も予想していなかった大発見でした。
ところがこのデータに対し疑問の声があがったのです。
地球の場合内部ではドロドロに溶けた鉄が対流しています。
この対流が磁場を生み出すと考えられています。
水星に磁場があるのならば内部には溶けた鉄などの液体が存在するはずです。
しかし水星のような小さな天体は既に冷えていて内部は固体だというのが常識だったのです。
マリナー１０号が観測した磁場は何だったのか？多くの科学者を巻き込んだ論争となったのです。
へえ〜分かんない事や不思議な事いっぱいあるんですね。
そうです。
これ観測装置に磁場を測ろうと考えた時点で水星に磁場があるっていうふうに考えてた訳じゃないんですね？いやこれは全く多分誰も思ってなかったと思います。
なのでさっきネスさん彼が磁場の観測機の責任者の方なんですけどあの方の論文を読んでも…へえ〜。
なるほどね。
その磁場なんですけれどもとても微弱であるのでいろんな意見が出たという事なんですよね。
（早川）火星はそういう磁場あるという事が分かってます。
マリナーで観測されたのもそれと同じような事が作るかもしれない。
水星の磁場も精密に観測をして初めて内部から来てるのかそれとも残留磁場なのかが分かると。
そうです。
水星の磁場は何なのか。
メッセンジャーは周回軌道を飛び綿密に磁場を計測しました。
岩石型惑星で地球と同じように今も磁場が生み出されている可能性があるのは水星だけです。
磁場の正体を明らかにするのはとても重要でした。
ソロモンさんたちは半年にわたり分析を続けついに答えを出しました。
これがメッセンジャーのデータから作成した水星の磁場のモデルです。
左右対称でないのは強烈な太陽風に吹きつけられているからです。
磁場は南北の極から噴き出していました。
これは残留磁場ではなく水星自体が磁場を生み出している証拠です。
ダイナモ理論を考えると水星の内部は冷えて固まっておらず活発に活動している可能性が高まってきたのです。
更に磁場の中心は水星の中心より２０％北にずれていました。
どうしてずれているのか？新たな謎が生まれたのです。
へえ〜。
でも磁場の謎はちょっと解明されたような気もしますね。
メッセンジャーの観測で多分水星に今地球と同じような磁場があるというのはかなり確実になってきてると思います。
ただあれがあるためには中が溶けてなきゃいけないという話があるんですけどそれが溶けてるかどうかというのもメッセンジャーの観測であってもおかしくないねっていうような観測も出てきています。
これがメッセンジャーが観測した水星表面の硫黄の分布です。
表面の物質の２％が硫黄です。
地球の表面の数十倍の量になる。
硫黄と磁場の関係ってどういう事なんですか？硫黄って今真ん中の惑星の中心にあるのって鉄のコアなんですけど鉄に硫黄が溶けやすいんですね。
そういうものがあると固まりにくくなるんですよ。
なので冷えていっても今の温度でもまだ液体でありえるんじゃないかと。
コアの所に数％硫黄が入ってるとまだそういう液体の層があってそこでダイナモが起きてもおかしくないんじゃないかという話があってそこと非常によく合う話かなと。
じゃあこれは水星の中のコアが液体になっていると？そうです。
溶けてる所があるとそこで対流が起きて対流の運動で磁場が作られるというのがダイナモ理論なんですね。
なのでそこがタイナモが働いて水星全体の磁場が出来てても不思議はないと。
あと中心が２０％ずれてるって結構な大きさだと思うんですがこれはどうしてですかね？これ分かったら僕教えてほしいです。
世界中多分誰も知らない。
こうなんじゃないかっていう原因っていうのは…。
北に寄ってますから例えば溶けてる部分が全体に対して対称になってなくて北側に偏ってるとかあと中の物質の在り方というのが南北に偏っていてその結果でなってるというような可能性もあるんじゃないかなとは思います。
そこでメッセンジャーよりも更に詳細に観測しようというプロジェクトが今始まっています。
早川さんもその責任者のお一人でいらっしゃる訳ですね。
はい。
ベピ・コロンボというふうに名前を読んでいます。
水星だったらやっぱり彼だよねっていう事でベピ・コロンボという名前をしてます。
へえ〜。
さあどのようなプロジェクトなんでしょうか。
２０１６年に打ち上げが予定されている…ヨーロッパと日本が共同で２機の機体を打ち上げます。
こちらがヨーロッパが準備している探査機…表面の観測に加えメッセンジャーでは難しかった水星の内部構造を明らかにするのが目的です。
一方日本が担当するのが…なぜ水星に磁場があるのか。
水星の周辺環境を観測する予定です。
２０１６年っていうと結構もうすぐですけど進んでるんですか？ええ。
今日本側が造ってるのは一番最後の試験をしていて大きな試験はもう終わりました。
この３月の頭ぐらいで日本での試験を終えて４月の頭にヨーロッパに持っていく。
ヨーロッパに持っていったあとに今度ヨーロッパ側が造るものと組み合わせて打ち上げる時の環境に耐えるかという試験があります。
へえ〜。
探査機が２機というのも珍しいような気がするんですがこれはどうしてですか？これ実は２機あるのはすごく大事なんですね。
水星は磁場が弱いので太陽から出てきた太陽風というのの影響で外で…。
太陽風との相互作用で作られる磁場っていうのがあるんですね。
それを外部起源の磁場といってるんですけどその影響がすごく強いんですよ。
太陽風って１０分間ぐらいでは条件が変わっちゃうので１機で測っているとどうしてもその外の磁場の影響を除く事ができない。
はい。
２機あると１機がキチッと太陽風側の条件を押さえる事できるので外の起源の磁場と中の惑星起源の磁場というのを分離ができるんですね。
ふ〜ん。
まさに水星の姿っていうのが明らかになるかもしれないと？そうですね。
今メッセンジャーは行っていろんな観測をしてマリナー１０の時にみんなが疑問に思ってた事それを解こうとしてるんですけど解くよりも分かんない事の方がどんどんどんどん増えてる状態です。
我々はベピを持っていって最低限メッセンジャーで新たに増えた謎はきちんと解き明かしましょうと。
水星まで７年はやっぱりかかるもんなんですか？残念ながら…。
１６年の夏に打ち上げてメッセンジャーは地球１回金星２回水星３回だったんですけどベピ・コロンボは今の計画は最後の水星フライバイが３回じゃなくて５回やります。
そうなんですか！なので２０２４年の１月の１日に入る予定です。
お〜！じゃあその時是非また「サイエンスＺＥＲＯ」でお伝えしたいななんて。
是非お願いします。
２０２４年にベピ・コロンボが水星に着くという事は今のそれこそ中学生とか高校生が大人になってもしかしたらこの研究に入っていく事も可能かもしれませんよね。
そうですね。
私も水星について全然知らなかったんですけど謎が多くて謎もどんどん見つかってきててこれから本格的な研究が始まるというのを聞いただけですっごい知りたくなったんでこういう事をもっと授業とかで言ってったら増えていくんじゃないですかね。
早川さんどうもありがとうございました。
それでは「サイエンスＺＥＲＯ」。
次回もお楽しみに！2015/02/07(土) 12:30〜13:00
ＮＨＫＥテレ１大阪
サイエンスＺＥＲＯ「謎の惑星 水星の素顔に迫る」[字][再]
１０年ほど前まで、教科書掲載の水星の写真は欠けていたのに気づいていましたか？４０年前の初接近、今行われているＮＡＳＡの探査、来年打ち上げ予定の日欧の計画を紹介。
詳細情報
番組内容
太陽系の最も内側の水星。存在は知られている割にその姿は謎で、最近まで表面の半分しか撮影されていなかった。実は水星へ行くのが技術的に難しく、１９７０年代に１機の探査機がそばを通っただけだったのだ。ところが４年前、ＮＡＳＡの探査機が水星周回軌道に到着し詳細な観測を始めた。日本も欧州と共同で来年打ち上げ予定の探査機を準備している。ようやく見えてきた、水星の素顔とは。そしてなぜ、水星探査は難しかったのか。
出演者
【ゲスト】ＪＡＸＡ宇宙科学研究所教授…早川基，【司会】南沢奈央，竹内薫，【キャスター】江崎史恵，中山準之助
ジャンル :
ドキュメンタリー／教養 – 自然・動物・環境
ドキュメンタリー／教養 – 宇宙・科学・医学
ドキュメンタリー／教養 – 社会・時事
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