火星探査車、着陸1年　ついに最難関にチャレンジ

2021年2月に探査車パーシビアランスが火星に着陸してから1年。この探査車はこれまでに火星のクレーター内を3キロ以上走行している。その間、数千枚の写真を撮影し、岩石の構造を分析し、二酸化炭素（CO2）から酸素を生成するマシンの実験も行ってきた。

なかでも、技術的にこれまでで最も複雑なミッションにおいて、パーシビアランスは前進を遂げている。最終的に地球に持ち帰るための、火星の貴重な岩石を収集することだ。

数十億年前、火星は厚い大気に覆われ、今よりずっと温暖で湿度が高く、生命が生息できる環境だったと考えられている。探査車が火星表面を調べたり、周回機が上空から火星を観察したりすることで、科学者たちは火星の緑豊かな過去を解明する手がかりを得てきた。火星から地球に飛来した隕石（いんせき）も手がかりを与えてくれるが、隕石は大気圏突入時に高温に包まれるため、得られる情報には限界があった。

科学者たちは現在、パーシビアランスを駆使して、地球に持ち帰るサンプルとして適切な岩石や土壌を探している。「火星サンプルリターン」というこの計画が成功すれば、火星の過去と現在の環境をより詳細に調べることができ、かつて生命体が存在したのかどうかが明らかになるだろう。

パーシビアランスのサンプル採取保管システムに携わる技術者アビ・オコン氏にとって、最初のサンプル採取の試みは最高かつ最悪の経験だった。21年8月6日の早朝、パーシビアランスから届いた最初のデータは、ジェゼロ・クレーターの底で最初のサンプル採取に成功したことを示していた。このクレーターは、隕石が衝突してできた直径45キロの盆地で、かつては湖があったとみられている。

「だれの目から見ても、すべてが完璧に行われていました」とオコン氏。チームの長年の努力が実を結んだ瞬間で、天にも昇る気持ちだったと振り返る。だが、次に届いたデータで、彼らはどん底に落とされた。サンプルを保管するチューブには石が入っていなかったのだ。

問題の解決に数日間を費やした結果、サンプルがもろかったため、パーシビアランスがドリルで穴を開けた時に粉々になったことが明らかになった。この失敗は、火星での遠隔作業の難しさを実感させられる苦い経験となった。

数カ月後、新たなトラブルが発生した。12月29日、パーシビアランスのドリルビット・ホルダーと回転部に石が詰まってしまい、チームは「小石地獄」に苦しんだとオコン氏は言う。

だが、火星での実験のトラブルを予測していた米航空宇宙局（NASA）の技術者たちは、惨事を回避できる複数の仕組みを、前もってパーシビアランスに組みこんでいた。その一環として、パーシビアランスのサンプル採取部品には、破片を排出できるように切り欠きや窓があらかじめ設けられていた。パーシビアランスのハンマードリルの回転数を上げ、傾斜面で作動させてみると、詰まった小石を振り落とすことができた。

「これは、一種の先読み設計です」とオコン氏は話す。「こうした工夫で、機能を強化できるのです」

これまでに、火星の岩石から合計6つのサンプルが採取された。火星の大気のサンプルも1つ採取されている。

1年目に採取したサンプルやそのほかのデータから、すでに、ジェゼロ・クレーターの驚くほど複雑な地質が明らかになっている。火星にかつて、小惑星の衝突や激しい水の流れ、吹きつける風、流れ出す溶岩などがあったことを示す地質だ。

最初の2つの岩石サンプルは、「ロシェット」と名付けられた岩から採取された。当初の分析では、ロシェットは火山岩の一種である玄武岩とみられている。この岩の空洞から見つかった化合物は、過去に水分が蒸発した痕跡である可能性がある。

その次に採取された2つの岩石サンプルは、「セイタ」と呼ばれる砂地で採取された。岩石の層に穴を開けると、驚いたことに、冷却するマグマだまりか大量の溶岩流から形成されたことを示す鉱石が見つかった。こうした岩石はその後に水の作用を受けて変化していることから、地球に持ち帰れば、火星に水があった過去を探る詳細な手がかりとなりそうだ。パーシビアランスに小石が詰まった12月のトラブルの後、パーシビアランスは、「イソル」という露頭からも2つのサンプルを採取した。

パーシビアランスの旅はまだ続く。主要ミッションの2年目、パーシビアランスは、扇形をした三角州に向かう。この地域では、古代の生命の痕跡の手がかりが得られることが高く期待されている。三角州から先の探査ルートは確定していないが、ジェゼロ・クレーター全域やその先で多様な岩石と土壌を採取すれば、火星の激動の歴史の全貌を解き明かすのに役立つだろう。

火星着陸から1年、さまざまな困難を乗り越えてきたパーシビアランスだが、最難関の「サンプルリターン」ミッションはこれからだ。

複数の宇宙船が参加するサンプルリターン計画は、NASAと欧州宇宙機関（ESA）が共同で取り組み、早ければ26年にはミッションの次の段階が始まる。計画では、火星着陸機が小型の回収用探査機を火星に運び、パーシビアランスが集めた火星岩石コレクションを回収する。

回収用探査機は、回収したサンプルを、火星着陸機に搭載された小型ロケットのバスケットボール大の容器に格納する。次に、このロケットを火星周回軌道に打ち上げる。NASAは、この「マーズ・アセント・ビークル（MAV）」というロケットを、米ロッキード・マーティン・スペース社が建造すると発表したばかりだ。

ESAが設計する別の探査機が火星周回軌道で「バスケットボールをキャッチ」して地球に帰還することになっている。これが、米NASAジェット推進研究所（JPL）の「火星サンプルリターン」プロジェクトについての、プロジェクト責任者、リチャード・クック氏の説明だ。

注目される貴重なサンプルは、その特性から、地球へ持ち帰る際の問題もある。サンプルに生命体がひそんでいる可能性だ。可能性はかなり低いものの、現在の火星にも、かろうじて生き延びている微生物がいるかもしれず、地球の生き物へのリスクをもたらしかねない。

そこで、クック氏によれば、サンプル容器を回収する探査機では、この容器をロシアのマトリョーシカ人形のように保護カプセルで幾重にも厳重に覆うことになっている。その後、サンプルは地球に突入し、早ければ2031年に米ユタ州の砂漠に着陸する予定だ。サンプルリターン計画のチームは、来年頃に始まる宇宙船の組み立てを前に、設計の最終仕上げを行っている。

一方、パーシビアランスも全力で作業中だ。22年2月4日には、1日あたり最長となる245.7メートルの移動距離を達成した。これは、サッカー場の縦の長さの2倍以上に相当する。

パーシビアランスの相棒であるヘリコプター「インジェニュイティ」は、科学者たちがより広い範囲を見渡す手助けをしている。昨年、地球外の星で初めて動力飛行を成し遂げたインジェニュイティは、岩だらけの火星の表面で、パーシビアランスが最も安全かつ適切なルートを進めるよう、上昇して前方を確認することができる。

パーシビアランスがサンプルを採取するたび、科学者たちの思いも熱くなる。「サンプル採取が成功すると、私たちの意欲も高まります」とクック氏は言う。「この計画を成就させなければなりません。必ずサンプルを回収します」

（文　MAYA WEI-HAAS、訳　稲永浩子、日経ナショナル ジオグラフィック社）

［ナショナル ジオグラフィック 日本版サイト 2022年2月23日付］