NASA、火星サンプル回収計画を中止　中国は2031年の持ち帰り目指す

有望な火星の岩石、地球への帰還を待つ

「サファイア・キャニオン」と呼ばれる岩石の一部は、NASAの火星探査車パーサビアランスの内部に密封されている。化学的な手掛かりを含み、科学者たちは古代の生命の証拠となる可能性を調べたいと考えている。試料を地球に持ち帰る計画は、NASAの当初の火星サンプル回収計画の費用が最大110億ドルに達すると試算され、帰還予定も2040年にずれ込んだため、中止された。

中国は別の道を進んでいる。中国政府が2025年7月に公表した天問3号ミッションの概要によると、同ミッションは2028年ごろの打ち上げを目指し、火星の物質を少なくとも500グラム、2031年ごろに地球へ届ける計画だ。実現すれば、中国は火星で試料を採取して地球に持ち帰る初の国となる。

NASAは中止前、試料回収計画に約25億ドルを費やしていた。パーサビアランスはすでに33本のチューブに試料を保管している。いずれも、30億年以上前に川が湖へ流れ込んでいたジェゼロ・クレーターを何年も探査する中で選ばれたものだ。

重要なのは、どの国が先に到着するかだけではない。中国のミッションは別の場所で独自の物質を採取する。古代の川の流路脇にある斑点状の岩から掘り出されたサファイア・キャニオンは、別のミッションが回収しない限り、火星に残されたままとなる。

NASA長官のジャレッド・アイザックマン氏は、ロボットか宇宙飛行士のいずれかによって、いずれ試料を持ち帰る意向を示している。ただし、時期や代替ミッションは発表されていない。一方、中国は飛行させる宇宙機の製造に向けて動き出している。

科学者がサファイア・キャニオンに注目する理由

パーサビアランスは2024年7月、ネレトバ渓谷近くでサファイア・キャニオンを採取した。ネレトバ渓谷は、ジェゼロの古代湖へ流れ込んでいた川が刻んだ谷だ。採取場所は「チェヤバ・フォールズ」と呼ばれる矢じり形の岩で、探査車はチョーク片ほどの大きさの円柱状の破片を掘り出し、チューブに密封した。

チェヤバ・フォールズが注目されたのは、ヒョウ柄に似た小さな斑点があったためだ。地球では、微生物が堆積物に埋もれた有機物を消費すると、同様の特徴ができることがある。その活動によって周辺の鉄鉱物の化学組成が変わり、淡い斑点や輪状の模様が残る。

パデュー大学の博士研究員で、パーサビアランスの科学チームにも加わるエイドリアン・ブロズ氏は、2025年9月に公表された岩石に関する研究論文の執筆に携わった。同氏は、この発見が際立っていた理由をこう説明した。

『潜在的な生命存在指標』に当たるものを見つけたのは、今回が初めてだと思います

生命存在指標とは、生物によって生じた可能性のある物理的または化学的な特徴を指す。サファイア・キャニオンの斑点が微生物によってできたのか、それとも通常の化学反応で生じたのかを見極める必要がある。周囲の泥岩にも同様の特徴が多数見られ、調査できる地質環境が広がっている。

パーサビアランスが2021年2月に到着するはるか前に、水がこの地形を形づくっていた。かつて川や湖があったジェゼロは、数十億年前に生きていた生物の痕跡を残している可能性のある岩石を探す有望な場所となった。

地球の研究施設が重要な理由

パーサビアランスは岩石の化学組成や構造を調べる機器を搭載しているが、科学観測機器の選定では、後に地球で詳しく分析する試料を見極めることも重視された。探査車は電力、重量、装置に制約がある。一方、地球の研究施設なら、同じ試料のごく小さな破片にも、はるかに幅広い手法を適用できる。

パデュー大学の地球・大気・惑星科学教授で、パーサビアランスチームの一員でもあるブリオニー・ホーガン氏は、試料を直接調べる必要性をこう説明した。

こうした研究を続けて手掛かりを見つけることはできますが、試料を持ち帰るまでは、確かなことは分かりません

火星隕石「アラン・ヒルズ84001」は、こうした研究がいかに難しいかを示している。1984年に南極で発見された当初、古代生命の痕跡が含まれている可能性があると解釈された。その後の調査で、生物の痕跡に似た特徴は地質学的な過程でも生じ得ることが分かった。

そのため、サファイア・キャニオンの研究では、同じ説明を裏付ける複数の種類の証拠が必要となる。鉱物の構造、有機分子、化学変化と岩石の形成史との関係などを調べられる。試料を地球で分析できれば、複数の研究施設で検査を繰り返し、結果を比較することも可能になる。

回収計画の費用が膨らんだ経緯

欧州宇宙機関（ESA）と共同で進められたNASAの火星サンプル回収計画には、複数の宇宙機と運用を連携させる必要があった。着陸機が小型の上昇ロケットを火星へ運び、パーサビアランスが試料を着陸機まで届ける。そこで試料を容器に移し、ロケットで軌道へ打ち上げる想定だった。

火星上空で待機する欧州の宇宙機が容器を捕獲し、地球へ運び、無事に着陸できるカプセルを放出する計画だった。火星から物質を打ち上げることも、火星の軌道上で捕獲することも、宇宙探査では初の試みとなるはずだった。

技術面での課題は、宇宙機を打ち上げて着陸させられる重量に抑えながら、十分な機材と推進剤を運ぶことだ。NASAの中継方式の設計では、これらの作業を複数の機体に分担させた。その一方で、遅延や技術的な問題がミッション全体に影響しかねない箇所も増えた。

地球と火星の打ち上げに適した機会は、およそ26カ月ごとに訪れる。機会を逃せば日程が約2年延びることもあり、宇宙機の開発期限がとりわけ重要となる。

当初計画の費用は最大110億ドルと見積もられていた。2024年に見直された案は約70億ドルと試算されたが、実現可能な費用なのか、また低い見積もりを達成できるのかという疑問は残った。NASAの2026会計年度予算要求は火星サンプル回収計画の終了を提案し、議会は1月に中止を承認した。

火星の試料回収は、2011年にNASAの惑星科学における最優先課題に位置付けられていた。計画の中止により、科学的価値の高い岩石の採取には成功したものの、それを直接調べる手段がないという隔たりが生じている。

競争の行方を左右した日程

NASAは、試料を持ち帰る仕組みが複雑になるにつれて計画を何度も変更した。中国は、火星着陸や月の試料回収ミッションで培った経験を生かし、採取と帰還を一つのミッション計画にまとめている。

両計画が現在の状況に至るまでの主な動きを振り返る。

• 2021年2月：パーサビアランスが、古代の環境を調べて試料を採取するためジェゼロ・クレーターに着陸。
• 2021年5月：中国の天問1号が火星に着陸し、探査車「祝融号」を展開。
• 2022年：NASAは、パーサビアランスが試料を運ぶ方式を軸に回収計画を見直し、予備手段として回収ヘリコプターを導入。帰還予定は2033年に後ろ倒し。
• 2024年：中国が嫦娥6号で月の裏側の試料を地球に持ち帰る。NASAは火星試料回収計画を再評価し、パーサビアランスは7月にサファイア・キャニオンを採取。
• 2025年7月：中国政府が、天問3号を2028年ごろに打ち上げ、2031年ごろに試料を持ち帰る計画を公表。
• 1月：2026会計年度予算案での終了提案を受け、議会がNASAの火星サンプル回収計画の中止を承認。
• 2026年3月：天問3号の主任設計者、劉継忠氏が、2026年中に飛行用機器の開発に入ると表明。
• 2026年末：中国の科学チームが着陸候補地を最終候補3カ所に絞る計画。

3月に発表された中国の飛行用機器の開発段階への移行は、試作を超える一歩だ。公式日程では2028年ごろに打ち上げ、2031年ごろに帰還する予定で、報道された2031年の打ち上げ日程はこの計画と矛盾する。

天問3号の試料採取・回収方法

中国海南島の文昌から、長征5号ロケット2機を2028年後半に打ち上げる計画だ。1機は着陸機と上昇用機器を運び、もう1機は周回機と試料を地球へ持ち帰るシステムを運ぶ。

中国政府によると、火星までの飛行には7～8カ月かかり、その後、現地で約1年間活動する。より長いミッション期間のうち、着陸機による地表での主な採取作業は約70日間を予定している。

天問3号は、地表の物質の採取、深さ最大2メートルの掘削、ドローンによる追加採取の3つの方法を使う。探査車は搭載しない。ミッションの主任科学者で中国科学院院士の侯増謙氏によると、ドローンは着陸地点から数百メートル以内の場所まで到達する。

掘削装置は地表下の物質を採取でき、ドローンを使えば着陸機のすぐ近くを超えて調査範囲を広げられる。両方を組み合わせることで、宇宙機の脇で採取するだけの場合より、多様な試料を集めることを目指す。

採取後、上昇機が少なくとも500グラムの試料を入れた密閉容器を火星軌道へ打ち上げる。待機する周回機が容器を受け取り、地球への帰還を始める。中国の月探査で得た経験は役立つが、火星からの離陸や軌道上での合流には、なお新たな能力が必要となる。

安全な着陸が中国の調査範囲を制約

侯氏が2025年7月に公表した公式概要によると、天問3号の科学チームは当初80カ所超あった着陸候補地を19カ所に絞り込んだ。最終候補3カ所は2026年末までに選ばれる予定だ。科学者たちは、生命を育む条件があり、その痕跡を保存している可能性のある地点を重視している。

技術面からも厳しい制約がある。候補地は北緯17～30度の範囲でなければならない。ミッションの説明では、火星の平均標高より3キロ以上低い地形が条件とされている。大気中をより長く飛行して減速しながら降下できるためだ。

予想される着陸楕円、つまり宇宙機が着地する可能性のある範囲は、約50キロメートル×20キロメートルに及ぶ。これはドローンの採取範囲と比べて広い。そのため、限られた露頭ではなく、広い範囲で有用な物質にアクセスできる地域が必要となる。

パーサビアランスは別の手法を取り、ジェゼロを移動しながら、地質学的な背景を詳細に記録した上で岩石を選んできた。各試料の採取場所や、周辺の地層、古代の水の痕跡との関係が分かっている。天問3号は、何年も探査車で事前調査をすることなく、より限られた範囲の物質を採取することになる。

中国が候補地として特定した場所にジェゼロは含まれていない。天問3号が試料を持ち帰れば火星を知る新たな手掛かりとなる一方、サファイア・キャニオンは独自の回収ミッションを待ち続けることになる。二つの試料群は、火星の異なる場所について異なる問いに答えるものとなる。

科学者が調べること、試料の保護方法

天問3号の科学的目標には、生命の痕跡の可能性を探すこと、火星が生命を育む能力の変化を調べること、地質史を明らかにすることが含まれる。生物学的な問いを、火星の水や大気、岩石の研究と結び付ける目標だ。

ミッションの概要策定に携わった香港大学の宇宙生物学教授、李一良氏は、複数の調査方針を挙げる。生物学的機能に関係する分子、微細な化石の痕跡、同位体比の変化などを探すという。

同位体とは、質量が異なる同じ元素のことだ。生物の活動は、特定の同位体を選択的に利用する場合がある。地球では、光合成で軽い炭素が使われる傾向があり、炭素同位体の割合に測定可能な変化が残る。研究者は火星の試料に見られるパターンを、鉱物やほかの化学的特徴と照らし合わせて調べる。

中国はまた、厳重に管理された実験施設として、非常に清浄な作業区域や生物学的安全性を確保する設備を備えた研究所を計画している。侯氏によると、試料の採取、密封、輸送、処理、生物学的リスク評価までの一連の工程は、宇宙空間研究委員会が定める惑星保護方針に従う。

惑星保護には二つの目的がある。地球の生物が火星を汚染するのを防ぐことと、別の天体から持ち帰った物質を安全に封じ込めることだ。汚染を避けて取り扱うことは、化学的な痕跡が火星に由来するのか、採取や分析の過程で試料に入り込んだのかを見極める上でも重要となる。

侯氏によると、安全要件を満たすことを条件に、海外の科学者も持ち帰った物質を研究できる。複数の研究施設が利用できれば、検査の幅が広がり、研究者同士が互いの結果を検証できる。

NASAと欧州に残された可能性

NASAは、商業分野や国際協力の活用も含め、より簡素で費用を抑えた回収方法を検討している。ロッキード・マーティンは、インサイト火星着陸機や小惑星試料回収ミッション「OSIRIS-REx」の経験を生かし、パーサビアランスが採取した30個の試料を2037年までに回収する、30億ドル未満の定額ミッションを提案した。

同社が示した価格上限に基づけば、提案額は当初の費用見積もり上限110億ドルの3割を下回る。提案された帰還時期は、中国が目標とする2031年より6年遅い。NASAはこの提案を採用していない。

議会の妥協予算案には、火星将来ミッション向けの1億1000万ドルが盛り込まれた。この取り組みは、将来の探査や試料回収計画に役立つ、着陸技術の向上などを後押しする可能性がある。

欧州宇宙機関は、開発が回収用着陸機より進んでいる地球帰還周回機を転用し、火星を軌道から調査できないか検討している。日本も火星の衛星フォボスからの試料回収を目指している。フォボスには、小惑星の衝突で火星から飛び散った物質が含まれている可能性がある。

パーサビアランスとキュリオシティは、搭載機器を使った調査を続ける。パーサビアランスが密封した試料は将来のミッションに備えて保管でき、探査車には新たな発見に使える未使用のチューブも残っている。

NASAの火星探査計画分析グループの議長、ビクトリア・ハミルトン氏は、計画中止が科学界に与えた影響についてこう述べた。

これは本当に残念です

NASAはすでに、有望な岩石を見つけて採取するという難しい作業を終えている。新たな試料を持ち帰る道筋は、今や中国の方が明確だ。科学者にとっての中心的な目標は変わらない。火星の歴史を明らかにし、その歴史のどこかに生命が含まれていたかを解き明かせる物質を手に入れることだ。

要点

• NASAの火星サンプル回収計画は、費用の増大と遅延を受けて中止され、パーサビアランスが採取した試料は火星に残された。
• サファイア・キャニオンには斑点があり、科学者たちは生物由来の可能性を調べたいと考えている。
• 中国は天問3号を2028年ごろに打ち上げ、少なくとも500グラムの試料を2031年ごろに持ち帰る計画を公式に掲げている。
• 天問3号は探査車を使わず、地表での採取、深さ2メートルまでの掘削、ドローンによる採取を計画している。
• 中国は2026年末までに着陸候補地を最終候補3カ所に絞る予定で、特定済みの候補地にジェゼロは含まれていない。
• ロッキード・マーティンが提案した回収ミッションは採用されておらず、NASAは代替計画の日程を発表していない。