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彗星探査機「ロゼッタ」の1年

2015年10月16日(金)

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欧州宇宙機関(ESA)の彗星探査機「ロゼッタ」が、チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星に到着してから約1年が経ちました。「ロゼッタ」が彗星に到着したのが2014年8月6日、搭載された着陸機「フィラエ」が彗星に降り立ったのが2014年11月12日。ついこの間のような気がしますが、もうそんなに経ったんですね。いい機会なので、「ロゼッタ」のこの1年の成果を振り返ってみましょう。

Copyright ESA/ATG medialab; Comet image: ESA/Rosetta/Navcam



「フィラエ」の近況

なんと言っても気になるのは、史上初の彗星着陸を達成した「フィラエ」(英語での発音は「フィリー」「フィーリィ」という感じです)のその後です。フィラエは不安定な姿勢で彗星に着陸し、観測データを送ってきたものの、その後日照の状態が悪くなって通信が途絶えました。もしかしたら太陽電池に光が当たればまた息を吹き返すかもと言われていましたが…

なんと、約7ヶ月後の2015年6月13日、「フィラエ」との通信が復帰しました。太陽電池に光が当たり、再び電力を取り戻した「フィラエ」は、「ロゼッタ」を通じて地球に信号を送ってきたんです。すごい! その後断続的に通信ができていましたが、今のところ最後の交信は2015年7月9日。通信が途絶える前の探査機の状態は良好だったとのことなので、また太陽電池に光が当たれば声を聞かせてくれるかもしれませんね。

「フィラエ」はその限られた観測時間の中で、彗星にわずかながら大気があり炭素と窒素が豊富に含まれていること、表面には16種類もの有機物が存在することなどを発見しています。



活発化する彗星の表面の様子

さて、「ロゼッタ」は彗星に到着後その周囲を巡りながら様々な観測を行いました。探査機が彗星のすぐ近くでこれほど長く滞在して観測を行ったのは初めてのこと。太陽に接近し徐々に活発になる彗星の姿を仔細にとらえています。チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星は日本時間の2015年8月13日に近日点、最も太陽に近くなる点を通過しました。

Copyright ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

これは近日点直前のチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の様子。激しくガスを吹き出しています。これが彗星の尾になるんですね。

Copyright ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

こちらは、わずか数十分のうちに急激に吹き出したガス。各フレーム間は20分前後しかありません。ほかの噴出に比べてかなり明るく、大規模な噴出が起きた瞬間を捉えたものです。



彗星表面の水

「ロゼッタ」は彗星の水について多くの発見をしてきました。ひとつは、地球の水の起源にかかわる重要な発見です。地球がまだ生まれたての灼熱の惑星だった頃、地球に水をもたらしたのは彗星か小惑星に含まれる大量の水だったのではないか、という説があります。チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の調査でこの仮説を裏付けることができるのではないか、と期待されていたんですが… 実は、チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星に含まれている水は、地球の水とは構成が大きく違っていたんです。

Copyright Data from Altwegg et al. 2014 and references therein
※編集部で一部改変して和訳をつけています。

水にも素性の違いがあります。これは水に含まれる重水素と呼ばれる物質の量を比べたもの。左端が地球で、チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星は右端。高さは含まれる重水素の量です。チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星は、比較的周期の短い「木星族」に属する彗星ですが、同じ木星族であるハートレイ彗星が地球の水と同じ組成だったため(右から2番めのピンク色のグループ)、今回も同じような結果が得られるかも、と期待されていたんです。

が、見ての通りチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星は大きく外れています。ここから、どうやら木星族の彗星には複数の種類があるらしい、ということがわかります。また、どちらかと言えば、地球の水は彗星より小惑星に近いと言えそうです。これで地球の水の起源に決着がついたというのはちょっと早急すぎますが、さらなる議論を巻き起こしそうです。

さて、もうひとつの「ロゼッタ」の水にかかわる発見は、彗星表面での水の振る舞いについてです。それが近日点が近くなってきたある日、「ロゼッタ」は彗星の表面にキラキラと光る領域を発見しました。これは凍りついた水だろうと考えられています。

Copyright ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

さらにこうした表面の氷が彗星の自転に合わせて現れたり消えたりしていることがわかりました。

Copyright ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS/OBS DE PARIS-LESIA/DLR; M.C. De Sanctis et al (2015)
※編集部で改変して和訳をつけています。

どうやら、彗星表面の氷は発生と消滅を繰り返しているようなのです。

  • 表面の氷は太陽の光が当たる昼の側ではどんどん熱で気体になります。
  • 彗星が自転して夜の側に来ると、表面は急速に冷えます。
  • しばらく彗星内部はまだ熱を保っているので、内部から表面に揮発した水分が上がってきます。
  • それが凍りつくことで表面に氷が生成される、

というわけです。夜の内に地中の水分が上がってきて凍りつく… なんだか霜柱みたいですね。



「宇宙のアヒル」はどうやってできたか?

さらに、チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星そのものの起源も徐々に明らかになり始めました。チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星は「アヒルのおもちゃ」みたいな形をしています。どうやらこれは、二つの天体がゆっくりと衝突してできたもののようなのです。

Copyright ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; M. Massironi et al (2015)

チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の表面には、多くの薄い層が重なったような地形が見られますが、この層状になっている部分の大きさや構造に違いが見られたとのこと。どうやら、アヒルの頭と胴体はもともと別の小惑星だったものが、バラバラにならないくらいの速度でゆっくり衝突したのではないか、ということのようです。

そういえば、「はやぶさ」が向かったイトカワも面白い形をしていましたが、もしかするとこういった現象はありふれたものなのかもしれません。



「ロゼッタ」の今後

「ロゼッタ」は本来2015年12月までにはミッションを終了する予定でしたが、目覚ましい成果をあげていて、まだ探査機の健全性が保たれていることから、2016年9月までミッションを延長するという発表がESAからありました 。

2016年9月以降は、彗星が太陽から離れてしまうため太陽電池で十分な電力が得られず、観測が続けられなくなります。その前に、「ロゼッタ」本体を彗星表面に着陸させるという計画も発表されました。燃料をぎりぎりまで使って彗星表面までゆっくりと接近しさらに詳細なデータを得ようという作戦です。もしかしたら、彗星表面の「フィラエ」と再会できるかもしれませんね。



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「ロゼッタ」さんも、探査がんばっているみたいですね。
「はやぶさ2」も「Ryugu」のサンプルを持ち帰って、大きな成果を上げることを期待しています。

勘違いかもしれませんがこの記事への反応がそれなりに有るようですので、フィレーについて少し補足を書いてみようと思います。


(ミッションチームの方々が実際に話しているのを聞くと、日本語で書くなら「フィレー」に近い音で話す方
が圧倒的に多いというのが私の印象です。英仏独語で話しているのを聞いての印象です。)


英語の参考文献としては、先月ESAとDLR各々が投稿した次の2つのブログに、フィレーの状況経過&最新状況がくわしく説明されています。


http://blogs.esa.int/rosetta/2015/09/11/understanding-philaes-wake-up-behind-the-scenes-with-the-philae-team/
http://www.dlr.de/blogs/en/desktopdefault.aspx/tabid-8684/15090_read-849/


これら等を情報源とした私の解釈による補足になりますが、間違えている部分があればどなたか指摘&訂正していただけるとありがたいです。よろしくお願い致します。


JAXAは「フィラエは不安定な姿勢で彗星に着陸し」としていますが実際は、ミッションチームの誰もフィレーの正確な姿勢の状況はわかっていないはずです。ただし、DLRのニュース記事


http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-14272/year-all/151_page-2/#/gallery/20036


が各ソーラーパネルの発電量の傾向が6月と7月で明らかに変わっているのでもしかしたらフィレーは動いているのかもしれない、といった説明をしていますので、もしかしたら「不安定な姿勢」なのかもしれません。


着陸後3地球日目に通信が途絶えた原因は、着陸地点の着陸時期の日照の状態が悪かったためソーラーパネルの発電量では2つあるバッテリーのうちの充電可能な方に充分に充電できなかった&バッテリーを介さずにソーラーパネルの発電から直でフィレーを起動することもできなかったためであり、「その後日照の状態が悪くなっ」たためではないはずです。その後着陸地点での季節の移り変わりとともに日照の状態が次第に良くなったので、あの6月13日をむかえたわけです。


6月13日にフィレーから送られてきたテレメトリーはそれが11月15日に通信が途絶えて以降95回目の起動であることを示しており、仮にフィレーがソーラーパネルの発電から正常な反応(途中不具合なしの正常起動から現地日没時に正常シャットダウン)を続けていたとするなら11月15日以降最初の起動(お目覚め)は4月下旬だったということになりますが、果たしてその通りだったのかは確かめられていないはずです。


JAXAは「今のところ最後の交信は2015年7月9日。通信が途絶える前の探査機の状態は良好」としています。確かに6月13日の時点ではとても良好だったようです。しかしその後いくつかの不具合が確認されているはずです。ロゼッタとの通信に使う2つの受信機のうちの一つ(RX1)は機能しなくなっているはずです。ちなみにそれに伴って、もう一つの受信機(RX2)は機能することを確認するために「CONSERTを起動!」という指令がフィレーに送られ、その後フィレーのCONSERT(ロゼッタと共同で彗星内部を調べる観測機器)の起動が確認できたので、少なくともその時点では受信機の一つは機能していたことになります。2つの送信機のうちの一つ(TX2)も機能しなくなっているようで、加えてもう一つの送信機(TX1)も7月9日の起動時には起動に仕様よりも相当時間がかかっていたようで心配されています。


フィレーからの受信確認はとれていないもののフィレーには少なくとも、フィレーの中に残っている観測シークエンスをもう一度やるように(ROMAP、SESAME、MUPUS、COSAC、Ptolemy、CIVAといった機器による観測が含まれています)、送信機はTX1だけを使うように、との指令が送られています。もしもフィレーがそれらを受け取っていて正常に実行できているならば、次のフィレーからの連絡にはその観測結果が含まれているかもしれません。私はそれをとても強く期待しています。


7月9日以降フィレーと連絡がとれていないわけですが、JAXAが記している「また太陽電池に光が当たれば声を聞かせてくれるかもしれませんね」は誤った理解を生まないでしょうか。フィレーが彗星上で動いているならば、それも要因の一つだとは思いますが。確認できている要因の一つは、ロゼッタがどこまでフィレーの面倒を見るのか、つまりロゼッタの位置です。この期間の大半ロゼッタは自身のサイエンスをするため&彗星の活動が活発化する中安全な飛行を確保するためにフィレーと交信できる位置にいません(現在も可能性は大変低い位置にるはずです)。なのでミッションチームから、次にフィレーと通信できる可能性があるのは10下旬以降、といった声が繰り返し聞こえてきているのではないでしょうか(ロゼッタの予定に依っている)。もちろんフィレーの健康状態も大きな要因でしょう。


フィレーがいつまで機能できるかについては、温度環境と発電量から察すると(つまり機体に致命的な不具合がある無しは関係無し)、10月いっぱい、11月上旬、2015年の終わりまで、など様々な意見がフィレーのチーム内にもあるようです。


最後に一つ意見を。


ロゼッタのサイエンスチームが『「宇宙のアヒル」はどうやってできたか?』と『彗星の水氷サイクル』を含む研究結果をフランスのナントで発表(リプレイ https://www.youtube.com/watch?v=ymbPQsg4LCs )したわりとすぐ後に、はやぶさ2ブログに「負けてられません!」という意気込みのようなものが記されていました。しかし負けていられないと思わせるニュースが記される中、これらロゼッタの成果は完全スルー。残念です。ミッション目的とかを考えても、堂々とロゼッタと競争して良いと思います。

最後まで、通信が途絶えてしまう寸前までESAの皆さんに、頑張って欲しいです。

フィラエの復活は、まるで、はやぶさが行方不明になってから、電波を受信したときみたいです。
はやぶさ2のミネルバ2も、どんなドラマを起こしてくれるでしょうか。今から楽しみです。

こんばんは。
 ロゼッタ活動1年間のまとめ,ありがとうございました。ロゼッタのサイトも時々
覗いていますが,余りにも情報が多すぎて全体像がつかめなかったので,的確に
整理してもらい,大変助かりました。
 特に,彗星表面の水のD/H組成測定結果や彗星の起源は2つの異なる天体の
衝突・合体と推定される,などは面白いですね。
 JAXAのはやぶさ2やあかつき金星軌道投入再挑戦など,楽しみにしてます。
今後も,このように他国の宇宙開発も,情報発信して下さるようお願いします。

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