HOPEミッションが捉えたダイモスの美しい画像

2020年7月19日、アラブ首長国連邦の火星探査機「HOPE」が日本の種子島宇宙センターから打ち上げられました。火星大気の研究を任務とするHOPE探査機は、赤い惑星の上空を高い軌道で周回し、火星の外縁月であるダイモスの裏側の貴重な姿を捉えることができました。この成果は、今年4月に開催された欧州地球科学連合（EGU）で発表されました。

この小さな月の美しい映像に加え、HOPEの搭載機器は、ダイモスの表面から反射する光の波長を赤外線から極紫外線まで観測しました。波長ごとの強度を測定することで、観測範囲におけるダイモスの「スペクトル」を得ることができます。鉱物によって吸収する波長が異なるため、このスペクトルは月の組成を知る手がかりになります。

しかし、HOPEが見たのは、どの波長にも強い吸収がなく、比較的フラットなスペクトルでした。これは、火星の表面を形成する玄武岩を見たときに見られるものと似ており、ダイモスが巨大衝突の際に火星から放出された破片で形成されたことを示唆しているのかもしれません。この「衝突説」は、火星の衛星の形成に関する2つの主要な説のうちの1つで、もう1つは、小惑星を捕獲したものであるという説です。

参照 : 火星衛星はどのようにできたのでしょうか？

しかし、フラットなスペクトルは火星の観測結果に似ているかもしれませんが、火星とその衛星の組成が本当に一致しているかどうかを判断するには十分ではありません。MMX科学ワーキングチームの倉本圭主任科学研究者は、ダイモスの物質を特定するためには、さらなる観測が必要であると指摘しています。

HOPE探査機が捉えたダイモスの新たな紫外線と熱赤外のスペクトルデータから、HOPEチームはこの火星第2の月が玄武岩質組成であると推定しています。もしこれが本当なら、ダイモスは古代の巨大な小惑星の衝突によって火星から放出された破片で形成された可能性が高くなります。私たちも、HOPEチームが学会で発表した最新のデータを確かめてみました。HOPEチームも述べているように、スペクトルの形状から玄武岩組成と完全に断定するまでには至っておらず、ダイモスが炭素質隕石組成である可能性も残されていると思われます。今後のさらなる観測と様々な物質とのスペクトルのマッチングが重要です。ダイモスの接近観測はこれまであまり行われて来ませんでした。そのため、HOPEの観測はとても貴重です。MMXが搭載する分光器は、HOPEのものとは異なる波長帯を観測するので、それぞれのデータを持ち寄ることで、ダイモスがどのような物質でできているのか、より明確な情報を得ることができると私たちは期待しています。

倉本 圭, 主任研究者 MMX Science Working Team

参照：フォボスは何型小惑星？

亀田真吾は、MMX探査機に搭載される2つのカメラ「TENGOO」と「OROCHI」の主任研究員（PI）です。このカメラは、ホープに搭載された機器とは異なる波長域に感度を持ち、火星の衛星の新しい見方を提供します。

今回のHope探査機によるダイモスの観測によって、謎となっている火星の月の起源に関する新しい情報が加わりました。Hopeは極端紫外線や熱赤外線の観測を行いましたが、MMXでは近紫外線、可視光、近赤外線の観測を行うため、相補的な情報が得られます。また、より詳細な地形情報も得ることができます。これらの情報を追加して、火星の月の起源の解明を目指します。

亀田 真吾, OROCHI/TENGOO 主任研究員

また、MMX探査機には、LESIA-Paris天文台がフランス宇宙庁CNESと共同で開発したMMX InfraRed Spectrometer（MIRS）が搭載されています。MIRSは、その名の通り、火星の衛星から反射される近赤外線の光を分析することを任務としています。「この波長域は、月の起源を特定できる物質を特定し、両方の月の表面を比較するために特に重要です」とMIRSの主任研究者Antonella Barucciは説明します。

Hope探査機で得られる画像は、非常にエキサイティングなものです。MIRSで得られる遠赤外線や極紫外線のスペクトルは、MIRSで得られるスペクトルを補完するものです。MIRSの0.9〜3.6μmのスペクトル範囲は、フォボスとダイモスの表面組成の研究を最適化するものです。この範囲では、2つの火星の衛星の起源を特定するために必要なケイ酸塩、水、有機物の存在を特定するための最高の指標があります。

フォボスの場合、MIRSは、最も興味深いサンプリング地点を選択するために、数メートルまでの組成特性を持つ異なる高度で実行された組成マップを得ることを可能にします。

MIRSの前例のない空間分解能により、フォボスの局所的な組成の不均一性を調査し、外来物質の存在を検出することができます。また、MIRSはダイモスの表面組成の特徴も明らかにすることができ、フォボスの組成と比較することができます。

MMXペイロードと一緒に搭載されるMIRSと、サンプル分析により、火星の衛星の起源を解明し、火星環境の進化の過程を明らかにすることができます。

Antonella Barucci, MIRS 主任研究員

MMXと一緒に飛ぶもう一つの科学機器は、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所が米国宇宙機関NASAと共同で開発している「ガンマ線・中性子分光装置」MEGANEです。MEGANEは、反射光ではなく、フォボスの表面の原子から放出されるガンマ線と中性子を検出し、月の化学元素を特定することができます。

MEGANEの主任研究者であるDavid Lawrence氏は、「ガンマ線と中性子を検出するのは難しい作業であり、MMX探査機はMEGANEの測定に十分な距離までしかフォボスに近づけないと予想される」と説明します。しかし、これによって火星の内側にあるフォボスの化学組成を測定することができるようになります。

Hope探査機は、これまで見ることのできなかったダイモスの表面の素晴らしい可視的なディテールを捉えており、その写真は素晴らしいです！

MEGANEのデータに関しては、形成仮説を理解するための良い頭金になるはずです。というのも、必要とされる重要な情報の1つが、2つの衛星の元素組成だからです。

私たちの主な測定は、フォボスの元素組成を測定することです。現在のミッション計画では、MEGANEがしっかりとしたデータを収集できるほど、探査機がダイモスの表面に近づいて飛行することはないため、MEGANEがダイモスから組成情報を得ることはまずありません。（注：ダイモスからの中性子やガンマ線を測定するためには、ダイモスの半径1個分（約6km）の高度が必要ですが、そんなに近付くことは難しいです）。”

David Lawrence、MEGANE主任研究員

MMXは、軌道上から火星の衛星を徹底的に調べるだけでなく、フォボスに着陸して月の物質のサンプルを採取し、地球に持ち帰ります。地上の研究所でさらに詳細な分析を行い、月の歴史や火星環境の進化を探ることができます。

MMXが地球を離れ、火星の衛星を探査する際に待ち受ける素晴らしい新展開を、Hope探査機が垣間見ることができました。火星衛星の特性に関する多くのデータを収集することで、その秘密がついに明らかになるかもしれません。