日本の探査機MMX、火星の衛星フォボスに着陸し10グラムの試料を地球へ持ち帰る

日本は、これまでどの宇宙機関も成し遂げたことのない挑戦に乗り出そうとしている。火星の衛星に着陸し、その表面から少なくとも10グラムを採取して、ひと握りの塵を地球へ持ち帰る計画だ。探査機の名はMMX、Martian Moons eXplorationの略称である。目標はフォボス。全長約27キロメートルの、いびつでジャガイモのような形をした衛星で、知られているどの衛星よりも母惑星の近くを回っている。この計画が成功すれば、地球上の研究所は史上初めて、火星系から採取された実物の試料を手にすることになる。

重要なのは、火星がどのようにして2つの衛星を得たのか、いまだに誰にも分かっていないからだ。フォボスと、より小さな兄弟衛星デイモスは、近づきすぎて火星に捕獲された小惑星なのかもしれない。あるいは、巨大な天体が火星へ衝突した際に軌道上へ吹き飛ばされた破片なのかもしれない。どちらの答えも初期太陽系について異なる物語を語るものであり、決着をつけられるのは研究室で分析された試料だけである。

このミッションを主導するのは、2つの小惑星から粒子を持ち帰った「はやぶさ」探査機を送り出した宇宙航空研究開発機構（JAXA）だ。NASA、フランス宇宙機関CNES、ドイツ航空宇宙センターDLR、欧州宇宙機関がパートナーとして参加する。JAXAはこれを、日本がこれまで主導してきた最大の国際惑星探査ミッションと位置づけている。

「火星衛星フォボスは、人類にとってなお未踏のフロンティアです」と、MMXプロジェクトマネージャの川勝康弘（Kawakatsu Yasuhiro）氏はJAXAの声明で述べた。「フォボスから試料を持ち帰ることで、火星の衛星がどのように形成されたか、火星圏がどのように進化したか、そして地球型惑星に見られる水や有機物がどのように起源を持ったのかを探究したいと考えています」

MMXはいかにして衛星の一部を採取するのか

探査機は全長約9メートルで、3つのモジュールを積み重ねた構造となっている。火星周回軌道へ減速して入るための推進モジュール、着陸脚と試料採取装置を搭載する探査モジュール、そして試料を地球へ運ぶ帰還モジュールだ。ESAによると、主探査機に7基、小型ローバーに4基、計11基の科学観測機器を搭載する。

フォボスは通常の方法で周回するには小さすぎる。重力は地球の1000分の1未満であるため、MMXは技術者が「準衛星軌道」と呼ぶ軌道を飛行する。技術的には火星を周回するものの、フォボスと歩調を合わせて移動し、衛星の周囲をループしているように見える軌道だ。そこから、TENGOOと呼ばれる望遠カメラは約40センチメートルの地形的特徴を識別できる。一方、OROCHIと呼ばれる広角カメラ、レーザー高度計、MIRSというフランス製赤外分光計、そしてMEGANEと呼ばれるNASAのガンマ線・中性子観測装置が、地形、鉱物、化学元素を地図化する。

主探査機が着陸の危険を冒す前に、まず偵察機を投下する。CNESとDLRが開発した重量25キログラムのローバー、イデフィックスは、地表から40〜100メートルの高さで放出され、自ら姿勢を立て直した後、約100日間にわたって走行する。フォボス上での重さは、地球上で約15グラムの物体、つまり紙数枚ほどに相当する。

続いて着陸が行われる。探査モジュールは地表に約2時間半とどまり、別の地点へ2度目の着陸を行う可能性もある。主な装置はロボットアームに取り付けられたコアラーで、約2センチメートル掘り進み、日光や太陽放射による化学的変質を受けていない物質に届く深さまで採取する。NASA提供の予備装置は、窒素ガスの噴流で表面の粒子を容器内へ吹き込む。これはOSIRIS-RExが小惑星ベンヌで用いたのと同じ原理だが、フォボスの弱い重力下では、その噴流によって探査機が転倒する小さなリスクがある。

なぜ火星そのものではなく、火星の衛星なのか

フォボスがどこから来たのかという問いは、実のところ惑星がどのように水を得るのかという問いでもある。フォボスが捕獲された小惑星なら、若い岩石惑星へ水や有機分子を運んだ可能性がある、暗く炭素に富む小惑星に似ているはずだ。巨大衝突後の破片から形成されたのなら、その大部分は火星地殻の物質でできているはずである。

「この謎を解く鍵は火星衛星にあります。火星衛星は、大気や水の材料を運ぶ能力を持つ天体そのものである炭素質小惑星と、非常によく似ています」と、主任研究者の倉本圭（Kuramoto Kiyoshi）氏は述べた。フォボスは外見上、捕獲小惑星のように見える。しかし、ほぼ円形で火星の赤道に近いその軌道は、通りすがりの天体を単純に捕らえただけだとすれば説明が難しい。

さらに利点もある。小惑星の衝突は何十億年にもわたり火星の土壌を宇宙空間へ放出してきた。そしてフォボスは非常に近い軌道を回るため、その破片の一部を掃き集めていると考えられている。したがって、フォボスの試料には火星そのものの粒子が含まれている可能性がある。NASAとESAのMars Sample Returnプログラムは予算上の圧力を受けて事実上中止されたため、MMXは隕石としてではなく、意図的に地球へ到達する最初の火星物質をもたらすかもしれない。

これまで全ての訪問者を退けてきた目標

この挑戦の規模は、その歴史に表れている。ソビエト連邦は、2機のフォボス探査機を、いずれも衛星に到達する前に失った。その後のロシアによる試料帰還計画、フォボス・グルントも地球周回軌道を脱出できなかった。フォボスに接触した宇宙機はこれまで1機もない。

これまでの成果と比べれば、10グラムは大きな収穫量である。JAXAの「はやぶさ」が小惑星イトカワから持ち帰ったのはごく微小な粒子だけであり、「はやぶさ2」は小惑星リュウグウから約5.4グラムを持ち帰った。MMXはまた、別の惑星の衛星に着陸し、そこから離陸する初の宇宙機となり、火星系への往復飛行を終えて地球へ帰還する初の探査機にもなる。

このミッションには、いくつかの追加要素もある。日本の放送局NHKとともに開発した2台の超高精細カメラが、火星とその衛星を8Kで撮影する。また帰路では、MMXは2つのうち小さく、さらに探査が進んでいないデイモスのそばを通過する。

MMXが約束できないこと

試料帰還ミッションは、全てが正しく機能しなければならない長い連鎖であり、MMXにはいくつかの弱点がある。まずロケットだ。日本のH3は、今夏の打ち上げ成功によって運用復帰する前、失敗した飛行で測位衛星を失った。このため、1回の打ち上げにミッション全体がかかっている。

次に着陸である。フォボス表面がどれほど硬いのか、あるいはどれほど緩いのかは、誰も測定していない。だからこそ、イデフィックスが先行する。予備のガス採取装置は探査機を転倒させる可能性があり、1度しか着陸しないミッションでは、表面の色や質感が場所ごとに異なる衛星の、わずか1地点しか採取できない。

最後に、完璧な試料でさえ論争を終わらせないかもしれない。土壌に混ざった火星由来の粒子は、フォボスを実際以上に火星的に見せる可能性がある。また、衝突起源の破片から組み立てられた衛星にも、小惑星由来の物質が含まれているかもしれない。科学者たちは、答えは一つの見出しとなる結果ではなく、何年にもわたって測定される同位体と鉱物から得られると見込んでいる。

MMXとフォボスに関するよくある質問

MMXはいつ打ち上げられるのか？

MMXは、日本南部の種子島宇宙センターからH3ロケットで、2026年10月20日午前4時41分（日本時間）に打ち上げられる予定だ。これは10月19日19時41分UTC、21時41分CESTに相当する。打ち上げ日は天候や技術点検によって延期される可能性がある。

MMXが火星へ到達するまでの期間は？

約1年である。探査機は2027年8月に火星周回軌道へ入る予定で、その翌月にはフォボス周辺の準衛星軌道での飛行を開始する。

フォボスの試料はいつ地球へ届くのか？

帰還カプセルは2031年、パラシュートによってオーストラリアへ着陸する計画で、その後、分析のため日本へ運ばれる。ミッションは少なくとも10グラムの物質を持ち帰るよう設計されている。

フォボスが重要なのはなぜか？

フォボスは捕獲された小惑星か、古代の衝突によって宇宙へ放出された火星の破片かもしれない。その組成はどちらであるかを明らかにし、水と有機分子がどのように地球と火星へ到達したのかを説明する手がかりとなる。火星の土壌粒子を含んでいる可能性もある。

これまでにフォボスへ着陸した例はあるか？

ない。ソビエト連邦の2機の探査機は1988年と1989年に衛星へ到達する前に失われ、ロシアのフォボス・グルントは2011年に地球周回軌道で失敗した。MMXが実現すれば、その表面に接触する初の宇宙機となる。

今後の予定

打ち上げが予定通り実施されれば、MMXは2027年8月に火星へ到着し、2027年9月にフォボス周辺の軌道へ入る。イデフィックスは2029年初頭に放出される予定で、主探査機は2030年に着陸、試料カプセルは2031年にオーストラリアへ着陸する計画だ。少なくとも2029年までの運用継続が確認されているESAの火星周回機Mars Expressは、上空からの観測を支援する可能性がある。

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