JUICE: 木星の氷の衛星を調査するために派遣された使者が出発しました!

制作：中国科学普及協会

著者: 李振震 (中国科学院上海天文台) 隋元 (上海北地学院)

プロデューサー: 中国科学博覧会

2023年4月14日北京時間20時14分、欧州宇宙機関（ESA）は、アリアン5ロケットで木星氷衛星探査機（JUICE）をフランス領ギアナ宇宙港から打ち上げ、成功裏に終了した。

計画によれば、JUICEは8年間の宇宙旅行を経て2031年に木星系に到着する予定だ。 JUICEは、当時、木星とその3つの氷衛星（エウロパ、ガニメデ、カリスト）の探査を実施し、木星の大気と磁場、氷衛星の表面の氷殻と化合物組成を調査し、氷衛星上の生命の可能性を探ります。

JUICEの宇宙船

(画像提供: ESA)

JUICE 打ち上げ場所

(画像クレジット: ESA/CNES/Arianespace)

人類の探検の旅：遠くから見ることから訪れることへ

木星は肉眼で最も見やすい天体の一つとして非常に早く発見されましたが、木星の周りの衛星は肉眼で直接見ることは困難です。

1610年、イタリアの天文学者ガリレオは自家製の望遠鏡を木星に向け、木星の周りに4つの衛星が存在することを初めて発見しました。この発見（地球以外の惑星にも衛星があるという発見）は、当時の人々の認識に大きな影響を与え、その後の科学的思考の萌芽と発展を促進しました。

偉大な科学者ガリレオの偉業を讃え、今回打ち上げられたJUICE探査機の背面にはガリレオを記念した銘板が特別に設置されました。

望遠鏡による観測を通じて、人々は木星とその衛星システムについて多くのことを学びました。木星は太陽系で最大の惑星（地球 1,321 個に相当）であり、最も重い惑星（他の 7 つの惑星の合計質量の 2.5 倍）です。木星は質量が大きいため、多数の衛星を持っています（現在までに 92 個が知られています）。そのうち、イオ、エウロパ、ガニメデ、カリストはガリレオが若い頃に発見し、後にガリレオ衛星と呼ばれるようになりました。他の衛星ははるかに暗く、観測するにはより大きな望遠鏡が必要です。

今日、地球の隣人である木星系に対する私たちの理解は、地球上の望遠鏡を通して遠くから観察することに限定されなくなりました。代わりに、探査機を打ち上げ、現地調査を実施し、現地の状況を無線で地球に送信することで、木星を「訪問」することができます。

過去数十年にわたり、人類は一連の宇宙船を打ち上げて木星の探査を何度も行ってきました。これらの探査は 1970 年代に NASA のパイオニア計画によって始まりました。現在も進行中の探査ミッションには、NASA のジュノーおよびエウロパ ミッション、および欧州宇宙機関の EUSE が含まれます。

木星探査の進捗状況のタイムライン

（画像提供：ESA、中国語訳は著者による）

これらの探査機は木星とその衛星システムに関する私たちの理解を大きく深めました。木星に送られたこれらの使者は、次のような情報を私たちに伝えました。木星は主に液体と気体で構成されており、大気は極めて変化しやすく、大規模な雷雨と非常に強い磁場を持っています。木星の衛星には、液体の水の海、地下水、活火山などの兆候があります。これらの兆候は、木星とその周囲の衛星に生命に適した生息地がある可能性があることを示唆しています。

JUICEの旅の計画

計画によれば、JUICEは打ち上げ後、2031年7月に木星の軌道に入り、2034年末にガニメデの軌道に入る予定。有人宇宙船が地球以外の衛星を周回するのはこれが初めてとなる。

JUICEの木星系への旅の計画

（画像提供：ESA、中国語訳は著者による）

JUICE は木星まで直接飛ぶのではなく、曲がりくねった旅路をたどることになります。 JUICE は途中で多くの惑星や衛星の上空を飛行し、これらの天体の重力を利用して飛行軌道を変え、加速することで宇宙船の燃料を節約します。

JUICE の木星系への飛行の想像図

(画像提供: ESA)

木星と太陽の間の距離は、太陽と地球の間の距離の約5倍です。木星の周りで受ける太陽エネルギーは地球上のそれよりもはるかに少ないでしょう。太陽からできるだけ多くのエネルギーを取り込むために、JUICE を搭載した宇宙船には 85 平方メートルの巨大な太陽電池パネルが搭載されています。これは、惑星間宇宙船用に作られた太陽電池パネルとしては史上最大です。

最後に、JUICE は歴史的なミッションを完了した後、ガニメデで破壊される予定です。

JUICEの装備とスキル

JUICEの重量は約6トンで、光学カメラ、質量分析計、レーダー探知機、磁力計などさまざまな科学機器を搭載している。木星とその氷の衛星の多面的な探査を実施する予定。

JUICEに搭載された質量分析計は、木星の3つの衛星の大気の表面と内部を検出する。木星の衛星の氷の殻の割れ目から海水が噴出するにつれ、JUICE はリアルタイムでサンプルを採取し、生命の存在を示す可能性のある有機分子の有無を分析する。

JUICEは木星の衛星の氷殻から噴出した海水を採取する

(画像提供: ESA)

JUICE に搭載されたレーダーは、少なくとも 9 キロメートルの厚さの氷を貫通することができます。衛星表面下の氷の地殻が十分に薄ければ、レーダーは地殻の下の海、あるいは少なくとも氷の中に埋め込まれた地下の水たまりを検出できるかもしれない。これらの地下水溜まりの噴出が、木星の衛星の亀裂地形の原因である可能性がある。

JUICEが木星の衛星の表面の氷殻を検出する模式図

(画像提供: ESA)

JUICEの科学的使命

JUICE は 5 つの重要な科学的疑問に取り組むことに重点を置きます。

1. 木星の衛星の海洋世界はどのようなものですか?

木星の周りには3つの衛星があり、その氷の地殻の下には大量の液体の水が隠されている可能性がある。これらの海の深さはどれくらいですか?水は塩水ですか、それとも淡水ですか? JUICE はこれらの衛星の氷の地殻と隠れた海洋層を調査し、その形成につながった条件とメカニズムを解明します。

2. ガニメデはなぜそれほどユニークなのでしょうか?

木星の3つの氷衛星のうち、ガニメデの探査がJUICEの主な科学的目標です。ガニメデは太陽系最大の衛星であり、固有の磁場を持つ唯一の衛星です。

ガニメデは、氷の世界の特性を研究するための理想的な自然の実験室を提供します。 JUICEはエウロパとカリストの観測結果を比較しながら、この衛星に焦点を当てます。氷の衛星を周回する初の宇宙船として、JUICE は 10 個の先進的な計測機器を使用して、ガニメデの自転、重力場、形状、内部構造、磁場、組成を測定する予定です。 JUICE は、衛星の宇宙環境で起こっているプロセスを完全に理解するために、ガニメデの大気中の水蒸気やその他の物質も調査します。

JUICE の木星系ツアーの想像図

(画像提供: ESA)

3. 木星系に生命は存在するか？

JUICE の中心的な探査目標の 1 つは、木星の衛星が生命の存在に適した環境を提供できるかどうかを判断することです。

木星は巨大ガス惑星なので生命の存在には適していないが、木星の周りの衛星の氷殻の下には液体の水の海があるかもしれない。太陽系最大の衛星であるガニメデは、独自の磁場を利用して宇宙放射線を遮蔽することができます。同時に、ガニメデと木星の重力相互作用により、潮汐加熱メカニズムを通じてエネルギーが生成される可能性があります。そして、これらの環境要因はまさに生命が生き残るために必要なものなのです。

ガニメデのこうした環境要因により、人々はこの氷の衛星に生命の兆候があるかもしれないと期待を膨らませています。ガニメデの海の環境は、地球の深海底の環境と似ている可能性があります。地球の深海底には太陽光が届かないが、海底火山や熱水泉をエネルギー源とする生物が存在することを考えると、ガニメデの海洋世界に生命が存在する可能性はある。

JUICEは、木星の3つの氷衛星の隠れた海、磁場、加熱プロセス、潮汐効果、軌道、表面活動、核の組成、大気、宇宙環境を調査し、生命に必要な条件が存在するかどうかを判定します。 JUICE の高解像度測位は、氷の海の世界での生命に必要な重要な要素を見つけるのに役立ちます。

JUICE による木星の衛星の氷殻と化合物組成に関する研究は、木星系自体の研究をはるかに超えています。なぜなら、そのような研究は、人類が宇宙全体における「氷と雪の世界」の生命の居住可能性全般を理解するのに役立つからです。

4. 木星とその衛星の複雑な環境は、どのように相互に影響し合い、形作っているのでしょうか?

木星には強力で独特な重力場、磁場、プラズマ環境があります。惑星の複雑な磁気環境を理解することは、太陽系の未解決の謎の 1 つであり、JUICE が解決を目指す課題です。 JUICE は木星の複雑な重力環境も研究し、木星とその衛星間の潮汐相互作用や衛星の軌道力学の関係を理解し​​ます。

全体として、JUICE は木星の環境のさまざまな側面がどのように結合されているかを調査します。これは、私たちの太陽系についてさらに詳しく知るのに役立つだけでなく、宇宙の他の惑星系をより深く理解するのにも役立つ可能性があります。

5. 典型的な巨大ガス惑星はどのように見えるでしょうか?それはどのように形成され、どのように機能するのでしょうか?

木星系は、私たちの太陽系にある巨大ガス惑星の原型であり、また、太陽系外の多くの他の恒星系にある巨大ガス惑星の原型でもあります。 JUICE の主な目標は、巨大ガス惑星とその衛星がどのように形成され、進化するかを理解することです。

木星とその衛星の起源、歴史、進化を探ることは、惑星系が時間の経過とともにどのように進化するかを理解するのに役立ち、他の恒星の周りの木星系の居住可能な環境の可能性を明らかにします。

全体として、JUICE による木星系の研究のより広範な意義は、一般的な惑星系が木星系のようにどのように機能するかを理解することにあります。

結論

「広大な星空の探求に終わりはない。」 400年以上前にガリレオが望遠鏡で木星の衛星系を発見して以来、今日木星の衛星を周回する探査機が打ち上げられるまで、人類の宇宙に対する理解は絶えず進歩してきました。 JUICEが予定されていた科学ミッションを無事に完了し、木星の世界に関する新たなニュースを私たちに届けてくれることを期待しています。

参考文献:

【1】ESA。ジュース-木星氷衛星探査機[EB/OL]。 [2023年4月13日]。

【2】ESA. juice[EB/OL]のジャーナルアーカイブ。 [2023年4月13日]。