火星への以前のミッションは、表面で起こっていることに偏っていました。広大な砂丘、そびえ立つ火山、まばゆいばかりの青い夕日など、驚異的なメニューが提供されていることを考えると、それは当然のことです。現在、私たちは火星の外側のファサードをよく知っているため、ここ地球の海底よりも火星の表面の地図の方が優れています。しかし、火星を動かしているのは惑星の最も深い層であり、火星の内部についてはほとんどわかっていません。
さて、長い間計画されてきたミッションのおかげで、すべてが変わろうとしています。 「最初に提案されたのは 25 年前です」と、カリフォルニア州にある NASA のジェット推進研究所の Suzanne Smrekar 博士は言います。 「ついにこれができることに興奮しています。」 Smrekar は、InSight ミッションの副主任研究員です。 5月にカリフォルニアのヴァンデンバーグ空軍基地からアトラスV-401ロケットで打ち上げられ、現在火星に向かっている。 11 月 26 日の火星へのタッチダウンにより、NASA の既存のキュリオシティ ローバーの近くで、火星で最低 1 年 (地球のほぼ 2 年) を費やして、有名な赤い土の奥深くを調査します。
InSight の目標は、火星の内部に全身の健康診断に相当する惑星を与えることです。地震活動（別名「火震」）を注意深く監視することで「パルス」を取得し、地表下の熱の流れを追跡することで温度を記録します。これは、地球や火星などの岩石惑星が最初にどのように形成されたかを理解するのに役立ちます.
地球上では、これらの手がかりのほとんどは、何十億年にもわたる地殻変動プレートの作用により消去されています。月の地震活動はアポロ宇宙飛行士が残した機器のおかげで測定されていますが、月ははるかに小さな世界であり、太陽系の 4 つの岩石惑星とは異なる方法で形成されています。火星は、そもそも私たちがどのようにしてここに来たのかについての秘密を保持している可能性があり、InSight はそれらを見つけたいと考えています。 「火星は、地球型惑星の形成と進化について学ぶのに最適な場所です」と Smrekar 氏は言います。
火星へのタッチダウン
着陸船自体は、2008 年 5 月に火星の北極近くに着陸した NASA のフェニックス探査機に基づいています。以前の設計に厳密に従うことで、ミッション科学者はコストを抑えました。 InSight は最初、時速 10,000 キロメートル以上で火星の大気に衝突するため、火星の薄い大気との摩擦によって発生する熱から敏感な機器を保護する外殻があります。次に、パラシュートが展開して InSight を火星の大気の下半分に降ろし、地表から 100 メートル上に達したときにロケットを発射して火星にそっと降ろします。
フェニックスの着陸はスムーズに進みましたが、今回は問題なく着陸できるという保証はありません。 「これまでの火星ミッションの 3 分の 1 は失敗に終わっています」と Smrekar は言います。それでも、彼女は、十分にテストされた彼らのシステムが、エリュシウム平原として知られる平らな平野にある幅 130 km の指定されたタッチダウン ゾーン内に着陸する可能性が 99% あると確信しています。着陸から 16 分後、火星の塵は元に戻ります。その後、InSight のソーラー アレイが動作を開始し、ソーラー パネルを広げて充電します。その後、ミッションが本格的に開始されます。
Elysium Planitia が選ばれたのは、非常に多くのボックスをチェックしたためです。 「まず、エンジニアリング上の制約がありました」と Smrekar 氏は言います。着陸地点は、火星の「海面」から 2 キロ以内にある必要があったため、探査機は速度を落とすのに十分な大気を通過しました。同様に、彼らは大きな岩やその他の潜在的な障害物のない、広くオープンなスペースを望んでいました。また、探査機が少なくとも火星年 (687 地球日) の間電力を供給できるように、探査機が十分な太陽光を浴びることができるように、火星の赤道に近くなければなりませんでした。Smrekar 氏によると、ミッションの最小意図された期間です。
しかし彼女は、スピリット、オポチュニティ、好奇心などのミッションで私たちが慣れ親しんできた、広大な火星の風景の見事な写真を期待しないように警告します。なぜなら、InSight のミッション科学者は、惑星の表面ではなく、表面の下にあるものに関心があるからです。 「フラットで退屈なサイトです」と Smrekar 氏は言います。 「これらの制約をすべて満たすサイトは 2、3 しかありませんでした。」
テスト、テスト
搭載されている重要な機器の 1 つは、火星の腸の奥深くからの震動を測定するための地震計 (SEIS として知られている) です。オックスフォード大学の Neil Bowles 博士にとって、それはミッションの最もエキサイティングな部分です。彼が最も楽しみにしていることは、「最初の明確な地震の検出」であると彼は言います。 1970 年代のバイキング着陸船の 1 つには地震計が搭載されていましたが、重要なことに、火星の表面に直接接触していませんでした。ボウルズ氏によると、これは揺れが着陸船の脚を通して感じられたため、正確に測定するのが困難だったことを意味します。恐ろしい火星の風を感知するのには適していましたが、地下の振動を拾うには適していませんでした.
今回は、InSight の地震計が地面に直接接触するように配置され、熱シールドで覆われて、風と大きく変動する火星の気温の両方から保護されます。水素原子の幅よりも小さいサイズの振動を拾うことができるほど敏感です。これは、隕石が火星の地形に衝突する際の強烈な衝撃を検出するのにも十分すぎるほどです。
SEIS は、宇宙の過酷な環境でその高感度機器をテストするために、火星への旅にすでに熱中していますが、最初の完全な地震データは、探査機が着陸してから数か月後の 2019 年初頭に地球に戻ってきます。 「そこで何が起こっているかについてはほとんど知られていないので、私たちが見つけたものは何でもすぐに興味深く刺激的なものになるでしょう」とボウルズは言います.
ここ地球上の地震について同様の測定が行われてから 130 年以上が経過し、それ以来、地球の内部に関する私たちの知識は変化してきました。 「振動が地球内部で反射および屈折する方法から、その内部構造について学びました」とボウルズは言います。私たちの惑星の内部を旅したことはありませんが、液体の外核に包まれた固体の鉄の内核があり、それがマントルの下、最後に地殻の下にあることがわかっています. InSight は、火星について同じレベルの知識をもたらす可能性があり、そうすることで、火星の最大の謎の 1 つである火星の磁場に何が起こったのかを明らかにすることができます。
フィールドワーク
地球の磁場は、惑星の自転に伴う液体外核内の物質の動きによって生成されます。火星にもかつて地球規模の磁場があったことを示す有力な証拠がありますが、現在残っているのは、あちこちに散在する局所的な磁気のわずかなパッチだけです。
火星はより小さな惑星であるため、コアを押しつぶして液体に保つのに十分な物質がなかった可能性があります。固まると動きがなくなるので、磁場はオフになります。磁場は、太陽から吹き出す荷電粒子の流れである太陽風から惑星を保護します。火星に磁場がなくなると、太陽風が火星の大気をつつくことができました。
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InSight は、振動が火星を通過する方法を使用して、火星のコアがまだ液体であるかどうかを判断できることが期待されています。定期的に宇宙飛行士を火星に派遣し、太陽や天の川銀河の残りの星によって生成される過酷な放射線から宇宙飛行士を保護する場合、コアと火星の磁場の間のリンクを理解することが重要であることが証明される可能性があります.
InSight はまた、コアから上昇する熱によって液体として保たれている地下の水の貯留層を明らかにするかもしれません。古代の水が液体の形で生き残ることができた火星で唯一の場所かもしれません。火星で生命が誕生したのは温暖な時代だったとしたら、それはまだこれらの地下海にとどまっている可能性があります。賭け金は高いです。
ホット トピック
SEIS が医師の聴診器に相当し、惑星の心臓の鼓動を聞いているとすれば、熱流と物理特性のプローブ (HP3 として知られている) は、火星の舌の下に温度計を置いているようなものです。 Smrekar はそれを「自作の釘」と表現しています。実験全体の重さはわずか 3 キログラムで、ミッションの期間中に 40 メガバイト強のデータが送り返されます。これは、低品質の YouTube ビデオとほぼ同じです。
モグラのように、火星の土壌に 5 メートルの深さまで潜り込みます。これは、これまでのどの火星探査機よりもはるかに深い深度です。 Smrekar 氏によると、これは、昼と夜、または火星の変動する季節による表面温度の変動から逃れるのに十分な深さです。探査機は 50 センチメートルごとに熱パルスを放出し、そのパルスが火星の地表下でどのように消散するかを測定します。色あせが早いほど、周囲の素材の熱伝導が良くなります。これは、素材が何であるかを知る確実な方法です。
HP3 はまた、放射性崩壊によって生成された熱の証拠を探しています。ウラン、トリウム、カリウムなどの元素は、長期間にわたって自発的に軽い元素に分解され、途中でエネルギーを放出します。火星と地球は、「惑星の構成要素が衝突して溶ける」ことから、同様の方法で形成されたと考えられていると Smrekar は述べています。 2 つの惑星が同じ物質から形成された場合、それらの物質が放射性崩壊を受けるため、同様の熱サインが予想されるはずです。 「InSight は、火星からの熱がその画像と一致するかどうかを教えてくれます」と Smrekar は言います。
あとは、惑星の反射と医学的に同等のものを測定する、回転と内部構造の実験 (RISE) です。火星が太陽の周りを公転しているとき、地球と同じように軸を中心にぐらつきます。正確にどのように揺れるかは、火星の中心で何が起こっているかによって異なります。生卵と固ゆで卵がどのように回転するかを比較することで、これを自分でテストできます.部分的に液体の火星のコアは、固体のコアとは異なるぐらつきを引き起こします。
そのため、火星の磁場が遮断された理由の謎に光を当てるために、RISE からの測定値は SEIS からの測定値を補完します。この装置は、地球から信号を送信し、それを RISE によって反射して帰還させることにより、ミッションの毎日の宇宙における InSight の位置を正確に追跡します。火星の位置と速度の変化は、信号の周波数に明らかな変化をもたらします。ちょうど、救急車があなたのそばを通り過ぎるときにサイレンのピッチが変化するのと同じです。
すべてが計画どおりに進み、これらの実験がすべて意図したとおりに機能すれば、太陽系で最も探査されている惑星の最も未踏の部分に関する重要な情報が最終的に得られます.
これは BBC Focus の第 329 号からの抜粋です。 雑誌。
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