中国の火星周回機、恒星間訪問者3I/ATLASの歴史的撮影に成功

赤い惑星から捉えられた珍しい宇宙の訪問者

現在火星を周回している中国の探査機「天問1号」が、深宇宙探査における重要な節目を達成した。同宇宙船は、太陽系外から来た珍しい天体である彗星3I/ATLASの詳細な画像の撮影に成功した。2025年10月上旬に行われたこの観測は、火星周回軌道から恒星間「訪問者」を撮影した初めての例であり、遠方の活発に変化する天体を監視する能力が飛躍的に向上したことを示している。彗星は、中国の周回機から約3000万キロメートルの距離で観測され、毎秒58キロメートルという驚異的な速度で移動していた。この前例のない観測は、他の恒星系で形成された天体の組成と軌道の研究に取り組む国際科学界にとって、貴重なデータを提供する。

中国国家航天局（CNSA）が公開した画像は、彗星の核とガス状のコマを驚くほど鮮明に捉えており、その構造を詳細に分析できる。この運用は、本来は火星の表面を地図化するために設計された天問1号の観測機器の限界を試すものとなった。今回の成功は、深宇宙における高速の目標を追尾するための探査機ハードウェアの多用途性を実証した。高解像度カメラが取得したデータは、北京の地上アプリケーションシステムで受信、処理、表示された。同システムでは専用アルゴリズムが複数の露出画像を処理し、後に公開された鮮明な画像を作成した。

遠い恒星系の秘密が明らかに

3I/ATLASが火星の近くを通過したことは、単なる写真撮影をはるかに超えた、科学者にとって特別な機会となった。恒星間天体は、起源となる恒星系の化学的、物理的条件に関する重要な情報を運んでいるため、文字どおりの宇宙のタイムカプセルと見なされている。彗星の組成を分析すれば、銀河内の他の領域における惑星形成の詳細が明らかになる可能性があり、私たち自身の太陽系のみに基づく理論モデルに対する実践的な対照点となる。これらの彗星が放出するあらゆるガス分子や塵の破片には、遠い恒星環境の特徴が刻まれており、天文学者は数光年離れた世界を間接的に研究することができる。

CNSAによると、3I/ATLASは銀河系中心付近の古い恒星の周りで形成された可能性があり、推定年齢は約30億〜110億年とされる。このため、太陽系そのものより古い可能性もある。系外惑星の組成、進化、初期の恒星史を調べるうえで貴重なサンプルとなる。科学者たちは、この彗星が冷たい原始惑星系円盤、すなわち水の氷や二酸化炭素、一酸化炭素などの揮発性元素が数十億年にわたり保存されうる遠い領域で生まれたと推測している。これらの成分の分光分析は、彗星の誕生した星雲の温度と密度を特定するために不可欠だ。こうした条件を理解することは、私たちの太陽系を含む惑星系が時間とともにどのように進化するかに関する理論を精緻化するために重要である。

3つ目に確認された恒星間天体

彗星3I/ATLASは、2017年に通過した「オウムアムア」と2019年の「2I/ボリソフ」に続き、天文学者が検出した3つ目の確認済み恒星間訪問者である。2025年7月、チリのリオウルタードにあるATLAS望遠鏡システム（小惑星地球衝突最終警報システム）によって発見された。その軌道の分析から、太陽系外起源であることが迅速に確認された。軌道は双曲線とされ、これは惑星系の外に起源があることを示す明確な数学的特徴である。

太陽系内の彗星や小惑星の楕円軌道とは異なり、双曲線軌道は、天体が太陽の重力から逃れるのに十分な速度を持つことを意味する。これにより、宇宙の近傍を短時間通過した後も、恒星間空間を旅し続けることができる。彗星は10月下旬に太星に最接近し、火星軌道のすぐ内側、約1.4天文単位、つまり2億1000万キロメートルの距離まで近づいた。

前例のない軌道上の技術的機動

天問1号による彗星3I/ATLASの撮影は、綿密で独創的な計画を要する技術的偉業だった。HiRICと呼ばれる探査機の高解像度カメラは、火星の地形を極めて精密に撮影するために開発されたものだ。暗い宇宙背景の中で、小さく淡く発光し高速で移動する物体を追尾することは、本来の目的とは根本的に異なる課題だった。目標を達成するため、地上のミッションチームは新しい観測戦略を一から策定する必要があった。

『航空知識』誌の王亜男編集長は、環球時報にこの成果の意義を説明した。王氏は、もともと火星探査のために設計された天問1号が、火星周回軌道からこれほど遠い天体の画像を撮影できたことに触れ、惑星探査のために打ち上げられた宇宙船が、さらに遠方の天体を観測する新たなプラットフォームになる可能性があると指摘した。さらに王氏は、極めて遠い地点に光学センサーを正確に合わせて再照準するには、多軸の調整が必要になる可能性もある軌道運用中の精密な姿勢制御が求められると述べ、これは軌道観測と姿勢制御を総合的に試すものだと説明した。

準備には、探査機の照準システムを全面的に再調整し、彗星の予測軌道に装置を合わせるため精密な軌道機動を行うことが含まれた。チームは理想的な露出時間を決定するため、徹底的なシミュレーションを実施した。露出時間は、探査機と彗星の相対運動によるぼやけを避けるために十分短く、彗星の核とコマが反射する弱い光を捉えるには十分長くある必要があった。機器の熱的安定性も重要な要因で、数分間にわたる観測窓の間、レンズとセンサーが最適な温度範囲で動作するよう調整しなければならなかった。

極めて困難な技術的課題の克服

3I/ATLASの撮影は、その距離と直径約5.6キロメートルという小ささのため、特に困難だった。さらに、恒星間天体と周回機の速度も複雑さを増させた。3I/ATLASは毎秒約58キロメートルで移動しているが、周回機との相対速度は毎秒86キロメートルに達する。しかもHiRICカメラは、火星表面の明るく照らされた地形を研究するために設計されていた。

CNSAによると、火星表面の目標より1万〜10万倍暗く見える、これほど遠く比較的暗い目標の撮影を試みるのは今回が初めてだった。今回のミッションでは、こうした暗い目標を検出する能力を高解像度カメラの限界まで引き上げた。比較すると、欧州宇宙機関（ESA）の火星探査機「マーズ・エクスプレス」と「エクソマーズ・トレース・ガス・オービター」も、それぞれ高解像度ステレオカメラとカラーステレオ表面画像システムを用いて画像を撮影し、露出時間と感度において同様の課題に直面した。

彗星の組成に関する初期の手がかり

天問1号が収集した分光データと初期画像は、3I/ATLASの性質についてすでに重要な手がかりを提供している。写真には、岩石とさまざまな種類の氷が混在するとみられる、密で輪郭の明確な核が写っている。表面が反射する光の分析から、赤みがかった有機物の塵の存在が示唆される。これは、主星から遠く離れた寒冷な領域で形成された天体に共通する特徴だ。しかし興味深いことに、10月下旬に公開されたプレプリント論文では、彗星は「太陽より明らかに青く見える」とされ、塵の組成に関して科学的な謎を生んでいる。

さらに、他のミッションに搭載された分光計は、表面から昇華する水の氷と二酸化炭素の兆候、および一酸化炭素の痕跡を検出した。これらの検出は、典型的な彗星活動を裏付けている。彗星は、珍しい逆尾の形成や異常な化学組成など、明確な活動の兆候を示してきた。最近では、天体の進路がわずかに変わり、大量の質量を失った可能性もある。これは、ガスを放出する彗星が、その結果として加速度の変化を経験していることを示す兆候だ。

国際的な共同取り組み

3I/ATLASの観測は、中国宇宙当局単独の取り組みではなかった。火星周回軌道に各国の探査機が集まっていたことで、連携した観測キャンペーンが実現した。これにより、天体に関するデータの量と質が大幅に向上した。ESAと米航空宇宙局（NASA）も、自らの周回機を彗星コマのガス組成の研究に向け、核のさらに高解像度な画像の取得を試みさせた。

ガリレオ・プロジェクトの責任者で、ハーバード大学天文学部の元部長であるアビ・レーブ氏は、3I/ATLASの最高解像度の画像は、NASAの火星周回探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」に搭載されたHiRISEカメラによって得られたと述べた。口径50センチメートルのこのカメラは、空間分解能約30キロメートル／ピクセルに達した。火星表面では、パーセビアランスとキュリオシティのローバーが、火星の空で彗星を探して観測するようプログラムされ、地上からの独自の視点を提供した。

深宇宙で証明された中国ミッションの多用途性

天問1号チームにとって、彗星追尾の成功は、火星研究という主任務を超えた探査機の能力を厳格に試すものだった。機動の成功は、周回機の航法・姿勢制御システムの柔軟性と堅牢性を実証した。この成果により、宇宙船は将来発生する可能性のある機会観測任務に適格となった。CNSAは、暗い天体を観測できる能力が、有用な技術試験を実施し経験を蓄積する機会をもたらしたと述べた。

王亜男氏は、センサーを指定した方向へ合わせるこうした軌道上での精密な調整は、将来の小惑星探査ミッションに不可欠な技能だと強調した。中国の宇宙開発は、成果を国際社会と共有する原則を一貫して守ってきたと述べた。主要な宇宙開発国の観測資源と情報を結集すれば、人類はこの謎の天体をよりよく理解できる。今回の観測成功は、天問1号にとって重要な一歩であり、系外惑星研究における人類の知識を進歩させるうえで大きな意義を持つ「思いがけない収穫」となった。

中国の宇宙探査における次のステップ

2020年7月に打ち上げられた天問1号ミッションは、中国の宇宙探査史における節目を表している。探査機は2021年2月に火星周回軌道に到達し、同年5月にはローバー「祝融号」の着陸に成功した。現在も周回機は地図化作業を続け、赤い惑星に関する科学的知識を広げている。火星周回軌道で4年以上にわたり安定して運用されている。

3I/ATLASの観測で得られた経験は、今後の中国ミッション、とりわけ天問2号にとって極めて貴重と考えられている。2025年5月に打ち上げられたこの新ミッションは、地球近傍小惑星からサンプルを回収し、メインベルト彗星を研究するという野心的な目標を掲げる。恒星間訪問者の観測のために開発されたプロトコルは、これら新たな複雑な深宇宙探査ミッションに直接応用される。天問1号で実施された技術試験は、天問2号が今後迎える遭遇に必要な高度な機動への道を切り開く。

まとめ

• 天問1号は、2025年10月上旬に火星周回軌道から恒星間彗星3I/ATLASの画像を撮影した。
• この彗星は、オウムアムアと2I/ボリソフに続く、3つ目の確認済み恒星間天体である。
• 観測は約3000万キロメートルの距離から行われた。
• 彗星は毎秒58キロメートルで移動し、周回機との相対速度は毎秒86キロメートルに達する。
• この機動は、火星表面の明るい地形の撮影用に設計されたHiRICカメラの限界を試した。
• 3I/ATLASの年齢は約30億〜110億年と推定されている。
• 得られたデータは、他の恒星系の組成と惑星形成に関する手がかりを提供する。
• 今回の成功は、中国の小惑星サンプルリターン・ミッション天問2号に向けた準備を後押しする。
• 各国の火星周回機とローバーが連携し、天体の研究を行った。