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NASAの探査カテゴリ

さて、このディケイダル・サーベイを紹介する前に、NASAによる太陽系探査のカテゴリを説明せねばならない。

NASAでは、予算枠によって大きく3つの探査カテゴリが存在する。一つ目は「ディスカバリー」と呼ばれる400億円規模の小型の探査計画、もう一つは「ニュー・フロンティア」と呼ばれる1000億円規模の中型探査、最後は「フラッグ・シップ」と呼ばれる2000億から3000億円という巨費が投じられる大型探査である。

特にフラッグ・シップは、「旗艦」という名が示すように、今後の惑星科学の中核をなす探査計画であり、これの決定は極めて重大な意味をもつ。

これまでのフラッグ・シップは、1970年代の火星のバイキング着陸探査、1990年代の木星のガリレオ探査、2000年代の土星のカッシーニ探査、2010年代の火星探査車キュリオシティ、そして2020年代の火星探査車パーサヴィアランス、2020年代中盤のエウロパ・クリッパーである。

バイキングでは初めて探査機が火星に着陸し、ガリレオは木星の氷衛星エウロパの地下に海があることを明らかにし、カッシーニは土星衛星エンセラダスの地下海に生命が生存可能であることや、タイタンに液体メタンの海があることを発見し、さらにキュリオシティはかつて火星に存在した湖の環境を調べ、そこに有機物を見つけてきた。

これまでのアストロバイオロジーに関する画期的な発見の数々は、このフラッグ・シップ探査によってもたらされた成果だとおわかりいただけるであろう。

ちなみに、日本で行われる最大規模の科学探査は、「はやぶさ2」に相当する予算規模の約300億円である。日本の最大級の「フラッグ・シップ」が、アメリカでは最も小さい規模の探査と同程度の予算であることを思えば、いかにアメリカのフラッグ・シップの規模が巨大かと同時に、日本の探査のコスト・パフォーマンスがいかによいかもわかる。

未知なる天王星へ

さて今回、数あるフラッグ・シップ候補の中から最重要と位置付けられたのは「天王星の探査」である。

天王星とは、太陽系のなかでは土星のさらに遠方、外縁に近い領域に位置する巨大氷惑星である。太陽系の惑星は、地球、金星、火星のような岩石を主成分とする岩石惑星、木星や土星のように水素やヘリウムを主成分とする巨大ガス惑星、そして、天王星や海王星のように氷から成る巨大氷惑星の3つに大分される。巨大氷惑星と氷衛星は言葉が似ているためよく混同されるが、エウロパやエンセラダスは、巨大ガス惑星の周りを回る氷の月（衛星）であり、天王星のような巨大氷惑星とはその起源もサイズも異なる。例えば、エンセラダスの直径は日本の本州より小さい小型の天体だが、天王星は直径が地球の4倍以上、質量は10倍以上であり、圧倒的にスケールが違う。

なぜ、天王星の探査がフラッグ・シップに選ばれたのだろうか。

第1に、天王星や海王星が太陽系に残された未開拓領域であるということがある。天王星に探査機が訪れたのは、1986年のボイジャー2号が最初で最後である。ボイジャーがおこなったのは、天王星を通り過ぎる途中での一度きりの観測であり、さらに当時の搭載機器による限られた情報しか得られていない。天王星やその衛星たちがどのような天体なのか、その実態はほとんど未知のままだといってよい。

一方で、太陽系外惑星の観測が進むにつれてわかってきたのが、太陽系の外にある数多の惑星の大部分は、地球のような岩石惑星でも、木星のような巨大ガス惑星でもなく、サイズ的にはその中間である巨大氷惑星に分類されるような惑星だということである。太陽系では遠方にいる巨大氷惑星が、太陽系外では中心の恒星のずっと近くを周っている例も多い。地表面に液体の水が存在可能なハビタブルゾーンに巨大氷惑星も複数発見されており、場合によっては、これら天体は深く広大な海が地表に存在している水惑星かもしれない。

しかし、僕らはそもそも巨大氷惑星がいかなる惑星なのか、十分な情報を持たないのである。巨大氷惑星がどうやって形成し、どのような物質で構成され、大気や磁場はどう変動しているのかほとんどわかっていないのである。天王星の探査は、これらを初めて明らかにするものであるが、その知見は系外惑星の水惑星たちを知るために重要な土台となる。

太陽系初期の大変動

天王星の探査がフラッグ・シップに選ばれたもう一つの理由は、太陽系の初期に起きたかもしれない大変動に関連する。

第17回コラム（速報「はやぶさ2」—リュウグウの声に耳をすます）で紹介したように、探査機「はやぶさ2」が訪れた小惑星リュウグウは、その試料の分析から、ひょっとしたら太陽系初期において外側の低温領域に存在し、何らかの理由で現在の小惑星帯に移動してきた天体かもしれない。そのような小惑星の大移動を引き起こす一つの可能性として、木星や土星といった巨大ガス惑星が連れ立って、太陽系初期に軌道を大きく変えたことがある。

このように巨大ガス惑星が大暴れに暴れると、リュウグウのような小惑星だけでなく、木星や土星の外側に存在していた巨大氷惑星の軌道も影響を受ける。具体的には、天王星や海王星は、木星や土星の重力によって、太陽系の遠方に弾き飛ばされるのである。逆に言えば、今、天王星や海王星が太陽から極めて遠い領域にいるのは、そのような木星と土星の大暴れにより、弾き飛ばされたからで、どちらも本来はもっと太陽に近い位置を回っていたのかもしれない。

「はやぶさ2」が明らかにした小惑星に見られる太陽系初期の痕跡と、天王星の探査で明らかになるかもしれないそれが符合すれば、いよいよ太陽系の大動乱の全貌が明らかになるであろう。この大動乱で太陽系外側から、氷や有機物を含む小天体が大量に地球にもたらされ、地球の海や大気、あるいは生命の材料物質となったかもしれず、そうであるならば、この天王星の探査は地球がなぜ生命にあふれる星になったのかという問題にも進展をもたらすだろう。

最後に、天王星の氷衛星たちも忘れてはならない。天王星の衛星アリエルやミランダは、サイズが小さいにも関わらず、過去に活発な地殻変動が起きた痕跡がある。これら衛星に地下海が現在も残っているかもしれない。そうであれば、地下海を持つオーシャンワールドは木星・土星の周りだけでなく、天王星にも広がっていく。

今回のコラムでは、フラッグ・シップとして選ばれた天王星の探査について焦点を絞って紹介した。探査計画自体は、10年以上前から、多くの研究者たちによって計画・検討されてきたものである。最大級の祝福の賛辞を送りたい。

次回は、今回の続きとして、中型規模の「ニュー・フロンティア」と、ディケイダル・サーベイに謳われる今後10年で惑星探査が目指すべき目標とは何かについて語りたい。