カッシーニの撮影した土星。このように土星の影がリングに落ちる様子は地球からでは撮影できない。北極の六角形の模様が見える。 Photo by NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute


 先日2017年4月14日、NASAは土星の衛星「エンケラドス」に、生命がエネルギー源として利用可能な化学反応が存在すると発表しました。エンケラドスの氷の下には、地球の海底にも似た生態系が広がっているかもしれません。

 これを明らかにした土星探査機「カッシーニ」は、20年前に打ち上げられて以来、稼働を続けているベテラン機です。

 そして来る2017年9月17日、カッシーニは最期の任務「グランドフィナーレ」を予定しています。土星の大気に突入し、観測データを取得し、燃え尽きるというものです。

 ここでカッシーニの20年の成果と、明らかになった土星と衛星の姿について振り返りましょう。

[JBpressの今日の記事(トップページ)へ]

土星:リングを持つ巨大ガス惑星

土星の北極の六角形の模様。 Photo by NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute


 土星はリングを持つことで知られる太陽系の第6惑星です。太陽からの距離は約14億kmで、地球からの距離もだいたいこれくらいです。これは光の速さで1時間20分かかる距離です。つまり、カッシーニの測定データも地球のアンテナに届くまでこれだけかかります。

 土星は木星の次に巨大な惑星で、地球の764倍の体積を持ちます。しかし主成分は水素とヘリウムで、質量は地球の100倍弱しかありません。しばしば「水に浮く」と説明されます。木星と同じ「巨大ガス惑星」の仲間です。

 土星の自転周期は半日足らずです。巨大なガス体(内部は液体)がこのような高速回転をしているため、土星の気候は常に超音速でジェット気流が吹き海流が轟々流れる大変な状態になっています。

 この高速の流体は奇妙な現象をさまざま生じさせます。例えば土星の北極には、六角形の幾何学的な模様が存在します。この六角形が気流によって作られていることは確かですが、そのメカニズムはよく分かっていません。不思議なことに、南極にはこのような幾何学模様はありません。

 このような謎をまとわせた巨大ガス惑星の解明へ向けて飛び立ったのが土星探査機カッシーニというわけです。

ミッション20年

地上試験中の土星探査機「カッシーニ」。側面の金色の皿状の装置は「ホイヘンスプローブ」。1996年撮影。 Photo by NASA


 土星探査機カッシーニは1997年10月15日に打ち上げられ、7年かかって土星に到達し、2004年7月1日に土星を周回する軌道に入りました。アメリカは花火を打ち上げてこの日が来たのと独立記念日を祝いました。(NASAのミッションは重要なイベントの日付を7月4日の独立記念日付近に設定することがあります。)

 打ち上げ以来20年間、土星到着以来12年間、カッシーニは重大な故障もなく、せっせと観測データを撮り続け成果を上げてきました。過酷な環境で、メンテナンスもなしに、これだけの長期間稼働し続けるのは驚異的な技術です。

 概して短命な宇宙機の中には、こうした長寿命を示すものがまれにあります。2004年に火星に着陸して以来今も走り回っている「オポチュニティ」、運用終了まで26年以上観測を続けた磁気圏観測衛星「あけぼの」、通信途絶まで30年生きた「パイオニア10号」、打ち上げから40年いまだに稼働中の「ボイジャー1号」と「2号」などは、何十年も元気で活躍したあっぱれなマシンです。どこかの家電メーカーは見習ってほしいものです。

ホイヘンスプローブがタイタンに着陸

 カッシーニの背には「ホイヘンスプローブ」という装置がおぶさっていました。ホイヘンスプローブは欧州宇宙機構の担当する装置で、カッシーニから切り放され、「タイタン」に降下・着陸するミッションをこなしました。

 タイタンは土星を周回する無数の衛星の一つです。地球の月と違って大気がありますが、窒素やメタンからなる大気なので私たちには呼吸できません。1655年、クリスチャン・ホイヘンスの手製の望遠鏡によって発見されました。ホイヘンスプローブの名はこの天文学者にちなんでいます。

 2005年1月14日、ホイヘンスプローブはタイタンにパラシュートで降下し、着陸に成功しました。降下の一部始終は記録され、カッシーニを中継して地球に送られました。このはらはらするビデオは以下で観られます。

 これは現在のところ、他惑星の衛星への初着陸であり、人類の探査機による最も遠方の天体への降下です。もうめっちゃ興奮です。

エンケラドスの宇宙噴水

エンケラドスの火山の疑似カラー写真。宇宙空間へ噴出しているのは水(氷と水蒸気)。 Photo by NASA/JPL/Space Science Institute


 カッシーニは土星の衛星「エンケラドス」に火山を発見しました。噴出物を宇宙空間に盛大にぶちまけている宇宙的火山です。

 この写真に捉えられている噴出物は主に水(氷と水蒸気)です。水を噴出する火山は珍しいものではなく、地球の火山の噴出物にも水蒸気として水が含まれています。液体の水(お湯)を噴出する火山は温泉と呼ばれ、人々(特に日本人)が喜んで身を沈めます。

 しかしエンケラドスの火山の温度は0℃付近といわれています。温泉好きの日本人にも少々冷たすぎるでしょう。

 エンケラドスの内部には液体の水、つまり海があると推定されています。エンケラドスの火山(というか、噴水)はここから噴出してます。そして2017年4月14日、この海に水素ガスが含まれていると発表されました。

 水素ガス(と二酸化炭素)が海中にあると、これがメタンと水に変化する化学反応が起き、生命がこの反応を利用してエネルギーを得ることが可能です。地球の海底の、熱水噴出孔に群がる生物には、この反応で生命を維持しているものがあります。

 地球の生命の発祥地は、こういう反応が起きる海底の熱水噴出孔だという説があります。最初の生命は熱水の供給する化学エネルギーを食べていたという説です。

 そうすると、エンケラドスの地下の海では、水素や二酸化炭素を代謝する生命が発生し、繁栄しているかもしれません。夢が膨らみます。これは将来エンケラドスの氷に穴を掘って釣り糸を垂らしてみる価値があるでしょう。

変な衛星

 カッシーニは土星を周回する衛星を次々と発見し、鮮明な写真を撮りました。細かいものも含め、土星の衛星は50個以上になりました。(中には天文学者のカッシーニが発見した衛星もあって、混乱させられます。)

 土星の周囲を飛び回るそれらの天体には、どうしてこんな妙な形になったのか首をかしげてしまう、奇岩珍石が混じっています。

 見た方が早いので、写真をご覧ください。

衛星「パン」。スライスチーズがはみ出したハンバーガーのようです。チーズ部分は、土星のリングの物質が衛星に降り積もったと考えられています。「パン」はギリシア神話の牧羊神で、小麦粉を焼いた食べ物とは関係ありません。2017年3月7日、カッシーニによって撮影。 Photo by NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute


衛星「ミマス」。巨大なクレーターがあります。「『スター・ウォーズ』のデス・スターのようだ」とNASAのサイトに書いてあります。2010年2月13日、カッシーニによって撮影。 Photo by NASA/JPL/Space Science Institute


衛星「ハイペリオン」。スポンジのようです。2005年9月26日、カッシーニによって撮影。 Photo by NASA/JPL/Space Science Institute


グランドフィナーレ

 姿勢制御燃料が残り少ないカッシーニは、2017年9月15日(標準時)、土星の大気圏に突入するという最期の観測任務を予定しています。これにより、機体は流星のように燃え尽きると予想されます。姿勢が乱れ、アンテナの方向が地球から外れた時が、20年におよんだカッシーニのミッションの終了です。

 これまで土星本体やリングに接近する観測は、カッシーニの寿命を縮める危険性があるので、行なうことができませんでした。燃料が残り少ない今なら行なうことができます。

 ミッションをこのように終了させる理由の一つは、もしもカッシーニの燃料が尽きるに任せ、土星を周回する軌道に放置すると、将来エンケラドスやタイタンなどに衝突する可能性がゼロではないからです。そうなると、エンケラドスやタイタンに存在するかもしれない土着の生態系を、カッシーニに付着した地球由来の生命(の痕跡)が汚染するかもしれません。(もしそんな汚染があり得るなら、タイタンに着陸したホイヘンスプローブの影響や、土星生命へのカッシーニの影響が、門外漢としては気になりますが。)

 ともあれ2017年9月15日は、この宇宙開発史に残る成功ミッションの最期の任務を、息を呑んで見守りたいと思います。

筆者:小谷 太郎