実は謎が多い水星 探査機「みお」と「MPO」が挑む“宿題”11/18(日) 14:00配信
 惑星「水星」の素顔に迫ろうと、日本と欧州が共同で取り組む国際水星探査計画「BepiColombo（ベピ・コロンボ）」。この計画の中核となる2機の探査機「みお」と「MPO（＝Mercury Planetary Orbiter）」が先月10月20日午前10時45分（日本時間）に、仏領ギアナのギアナ宇宙センターから打ち上げられました。
水星は、太陽系の惑星の中で最も小さく、そして太陽に最も近い惑星です。太陽に近すぎるために、太陽の側を向いた昼の部分の温度は400度以上まで到達します。一方で、大気がごくわずかしかない上に、昼と夜がそれぞれ3か月ほど続くため、反対側の夜の部分はマイナス200度近くまで低下します。地球からでは太陽が邪魔となってうまく観察できず、探査機を送ろうと思っても太陽の引力のせいで、水星の軌道に乗せるのが難しく、地球からの近さの割には探査があまり進んでいません。いまだに多くの謎に包まれた惑星なのです。
最初に水星を訪れた探査機は米国の「マリナー10号」。1974年から1975年にかけて水星のそばを3回通過しました。しかし、このときは通過しただけで、詳しい観測はできませんでした。次の探査機はやはり米国の「メッセンジャー」です。メッセンジャーは水星の周りを回った初めての探査機で、2011〜2015年にかけて北半球を中心に全球を調べました。探査機メッセンジャーのおかげで、水星の全体像が見えてきた一方、逆に深まってしまった謎もあります。
今回のベピ・コロンボ計画では、水星の表面を調べる欧州の探査機「MPO」、そして磁場・磁気圏を調べる日本の「みお」が協力し、メッセンジャーが残した未解決問題、深まった謎に挑みます。その謎が解ければ、水星だけでなく、惑星全般の理解が大きく広がると期待されます。そうすれば数多くある惑星の中で地球が特殊な存在なのか、それともありふれた存在なのかが分かるかもしれません。 謎その1：水星はどこから来たのか？
メッセンジャーの探査で逆に深まった難題の一つが「水星の起源」です。1980年代に盛んに研究がされた惑星形成論によると、太陽系の惑星は、ガスや塵が集まって合体し、さらに衝突を繰り返して徐々に大きくなることでできたとされます。この理論に従えば、水星は今の場所かその近くで形成されたことになります。ところが、探査機メッセンジャーは、その予想と反する証拠を見つけてしまいました。
それは、カリウムなどの「揮発性物質」です。温度が高ければ高いほど多く蒸発するので、火星、地球、金星、水星と太陽に近づくほど、惑星にある揮発性物質の量は蒸発して少なくなるはずですが、水星では予想よりもだいぶ多い揮発性物質が見つかっています。ほかにも内側から揮発性物質が蒸発したような、不思議な穴も発見されています。
これらの証拠から、水星は今の場所よりも遠く冷たい場所ででき、今の場所に移動してきたという仮説が生まれました。ただし、メッセンジャーは水星の南半球をしっかり観測できていません。今回の欧州が開発した「MPO」で、表面の鉱物や化学組成を満遍なく探査すれば、水星の起源についてもっと理解が進むかもしれません。
謎その2：内部はどうなっているのか？
水星の内部構造もよく分かっていません。地球のように地震波で調べられない場合、惑星内部を知る有力な手掛かりの一つが、惑星固有の磁場です。地球に磁場が存在するのは、内部に液体の金属の核があって対流しているからと言われています。水星のそばを通過した探査機マリナー10号は、微弱な磁場を観測しました。その後のメッセンジャーは磁場をより詳しく調べ、水星内部に液体の金属核が存在することはほぼ確かとなりました。
実は、小さな水星に液体の金属核があること自体、大きな謎なのです。小さい惑星ほど冷えやすくて金属核が固化しやすく、対流も起こりにくい状況になるからです。水星の表面で見つかっている硫黄が内部の金属核に存在していれば、鉄が融ける温度が低くなって液体でいられると考えられていますが、今のところ、仮説にすぎません。 メッセンジャーによる磁場の観測で生じた謎は、これだけではありません。それは水星の磁場の中心が北におよそ20％ズレているということです。つまり内部構造が偏っている可能性がありそうなのです。前述の通り、メッセンジャーでは南半球の正確なデータが取れていないため、探査機「みお」で水星の磁場を詳しく観測する必要があります。探査機「MPO」で得られる重力の分布と合わせて調べれば、内部の様子が分かると期待されます。 水星探査の先その1：惑星の起源を探る
水星探査で分かるのは、現在の水星の状態、そして断片的な過去の地質記録です。その地質記録と現在の状態をつなぐシナリオでシミュレーションをすれば、水星がたどった歴史を調べられるかもしれません。
水星だけでも面白い話ですが、太陽系内、さらには太陽系外の惑星の起源や環境を知る手掛かりにもなるはずです。一例として、太陽系の外では、中心の恒星のごく近くを回る木星サイズの惑星が多く見つかっています。その起源としては、中心の恒星から離れたところでできた惑星が恒星の近くへ移動してきたという理論があります。水星の移動説を裏づける証拠が得られれば、その理論を支持する重要な証拠になります。 水星探査の先その2：惑星の環境を探る
水星探査での知見は、ほかにも惑星の環境推定に応用できそうです。その鍵を握るのは「磁気圏」です。「磁気圏」とは、太陽風（プラスとマイナスの電気を帯びたガスである「プラズマ」の高速な流れ）が磁場の影響で侵入できない範囲を指します。地球の磁場は、太陽風が地表に降り注がないようにするのに大事な役割を果たしています。磁場をもつ水星には、火星や金星と違って、磁気圏が存在します。
磁気圏は、太陽風から大気や水がはぎ取られるのを守る役割を持っています。例えば火星は、生まれてから数億年間は多くの大気や水があったことが地質記録から分かっていて、同時期には全球的な磁場が存在し、それに伴う磁気圏が存在していたことも分かっています。しかし、現在の火星には全球的な磁場はなく、そして液体の水は少なくとも表面には確認されていません。火星が時間とともに冷えて磁場を失った結果、磁気圏もなくなり、太陽風に大気をはぎ取られた可能性があるとも考えられています。 この話は、水を持つ惑星があるかどうかを調べるときも重要です。現在4000個程度の太陽系外惑星が発見されており、そのうち50個程度が地球のように液体の水を持つ可能性があります。しかし、見つかっている系外惑星の多くは、太陽よりも暗い恒星を周回しています。ということは、液体の水が存在する領域（ハビタブルゾーン）は、中心の星（恒星）に近いところになり、そこにある惑星は、中心の星からくる恒星風（プラズマの流れ、太陽風の恒星版）の影響を大きく受けます。それに加え、小さくて暗い恒星ほど、活発に恒星風を放出する傾向にあります。 暗い恒星のハビタブルゾーンの中にある惑星が本当に水や大気を持つのかを議論するためには、中心の星からの距離だけではなく、磁場の有無、そして恒星風が磁気圏に与える影響を知る必要があります。 まずは、太陽系の中で、太陽風の影響を強く受ける水星の磁気圏で何が起こっているのか、どれだけの大気が逃げているのか、検証材料を増やさないと、暗い恒星のハビタブルゾーンに液体の水が存在するのか、先の議論へ進むことができません。 「最後のフロンティア」への挑戦
水星を通して、地球、そして惑星全般について知りたい――・今回の計画には、水星探査機「みお」や「MPO」には開発に携わった技術者・研究者の熱い想いが込められています。プロジェクト・サイエンティストを務める宇宙航空研究開発機構の村上豪氏は、「BepiColombo計画は、時間がかかっているミッション。だけどサイエンスとしても、そして日本の宇宙科学としても国際協力と日本の得意技（磁気圏探査）を活かすという点で重要なミッションになる。絶対に成功させたい。」と語っています。太陽系最後のフロンティア「水星」に到達できるのは7年後。どんな宝物を持ち帰ってくるのでしょうか。期待に胸を膨らませながら待ちましょう。
《参考文献》
・宮本英昭・平田成・杉田精司・橘省吾（2008）『惑星地質学』東京大学出版会． ・水星磁気圏探査機「みお」（MMO） 特設サイト （ファン!ファン!JAXA!） ・ファン！ファン！JAXA！水星磁気圏探査機MMOに関する説明会 ・BepiColombo 水星探査計画 （JAXA） ・BepiColombo (ESA) ・Messenger (NASA) ・Messenger (The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory LLC.) ・The Extrasolar Planets Encyclopaedia ・Habitable Exoplanets Catalog (Planetary Habitability Laboratory， The University of Puerto Rico at Arecibo) ◎日本科学未来館 科学コミュニケーター 渡邉吉康（わたなべ・よしやす） 1986年、新潟県生まれ。幼少時に個性豊かな惑星の画像に魅せられことをきっかけに、惑星科学の道へ。大学院では生命の住める惑星の条件について研究。2016年4月より現職 |
>
- Yahoo!サービス
>
- Yahoo!ブログ
>
- 練習用
