フォボスの一握りの物質を持ち帰る5年間の旅
日本は2026年10月20日、鹿児島県の種子島宇宙センターから火星衛星探査計画（MMX）の探査機を打ち上げる予定だ。火星の衛星フォボスから10グラムを超える物質を地球に持ち帰るミッションが始まる。探査機は2027年8月に火星へ到着し、サンプルカプセルを2031年にオーストラリアへ届ける見込みだ。
目次
宇宙航空研究開発機構（JAXA）は、これまでどのミッションも成し遂げていないことに挑む。火星圏からサンプルを持ち帰ることだ。砂や土、岩石からなる少量の試料は、フォボスともう一つの衛星ダイモスがかつて独立した小惑星だったのか、それとも火星への巨大衝突で宇宙に飛び散った破片から形成されたのかという謎の解明に役立つ可能性がある。
NASAが10月8日に発表したミッション説明会の告知では、米東部時間の10月19日を打ち上げ日としており、日本時間では10月20日に当たる。日本の打ち上げ関連報道によると、H3ロケットで日本標準時午前4時40分ごろの打ち上げを予定している。
MMXは、観測機、着陸機、小型ローバー、そして地球大気圏への再突入に耐えるよう設計されたカプセルで構成される。開発は2016年に始まり、探査機の製造費は約553億円。小惑星サンプルを持ち帰った「はやぶさ」「はやぶさ2」で培った経験を生かしつつ、火星との往復というはるかに長い旅に挑む。
JAXAの川勝康弘プロジェクトマネージャは、完成した探査機はチームにとって出発点にすぎないと述べている。打ち上げは、火星への到達、安全な着陸地点の選定、極めて弱い重力下での試料採取、そして地球への持ち帰りという、ミッションの難関の始まりだ。
打ち上げスケジュールは
NASAと欧州宇宙機関（ESA）はいずれも、日本時間の10月20日を打ち上げ予定日としている。JAXAのミッション概要では、より幅を持たせた目標として、2026年度（2026年4月から2027年3月まで）を掲げている。
以前の計画では、2026年11月か12月の打ち上げが予定されていた。NASAの10月付の発表とESAのファクトシートには、10月の日程が記載されている。MMXは打ち上げ準備のため、2026年3月31日に種子島へ到着した。当初予定されていた2024年の打ち上げは、H3ロケットの問題により延期された。
H3ロケットは2025年12月にも失敗し、探査機を覆う保護カバーであるペイロードフェアリングの分離時に異常が起きたことが原因とされた。火星へ効率よく飛行できる打ち上げ機会はおよそ26カ月ごとに訪れるため、探査機とロケット双方の準備が特に重要となる。
主な節目は5年間にわたる。
- 2026年10月20日（日本時間）：種子島からH3ロケットで打ち上げ予定。
- 2027年8月：火星到着の見込み。その後、フォボスとダイモスを観測。
- 2028年12月以降：NASAが示すフォボスでのサンプル採取の最も早い時期。
- 2029年初め：イデフィックス・ローバーの展開予定。
- 2030年：火星出発予定。
- 2031年：サンプルカプセルをオーストラリアへ届ける見込み。
着陸と試料採取の日程はまだ確定していない。NASAは最も早い時期を2028年12月としている一方、ミッション関連報道では採取時期を2029年または2030年としている。JAXAによると、フォボス周辺にとどまる期間は観測計画によって決まる。
衛星の起源が重要な理由
フォボスの大きさは直径約20～30キロで、火星表面から約6,000キロ上空を公転している。火星では数十年にわたり探査が行われてきたが、フォボスもダイモスも、MMXが計画するような継続的な近接調査は受けていない。
科学者たちは、形成過程について主に二つの説を検証している。捕獲説では、衛星は小惑星として生まれ、火星の重力に捕らえられた。衝突説では、初期の火星に大型天体が衝突して破片が飛び散り、後に集まって衛星になった。
岩石には、どこで形成されたかを示す手掛かりが残る。化学成分や鉱物の組み合わせを調べれば、火星の物質に似ているのか、古代の小惑星に似ているのかが分かる可能性がある。MMXは両衛星の観測データと、フォボスで採取した試料の実験室分析を組み合わせる。
北海道大学教授でMMXプロジェクトの科学者を務める倉本圭氏は、9月の説明会で、サンプルによって二つの説を見分けられると期待する理由を説明した。日本語で次のように述べた。
この二つの過程で予想される化学組成や鉱物の組み合わせはまったく異なるため、サンプルを調べれば、問題に決着をつけられるでしょう
JAXAは、火星圏が時間とともにどう変化したかを解明することも目指している。衛星が衝突によって形成されたのであれば、その物質には初期の火星の環境を示す証拠が残っている可能性がある。捕獲された小惑星であれば、水などの物質が太陽系をどのように移動したかを明らかにできる可能性がある。
フォボスに残されている可能性がある火星のかけら
フォボスには、もう一つの科学的な発見が期待できる。衝突で火星から吹き飛ばされ、後に衛星へ降り積もった粒子だ。火星の大型クレーターを基にした計算では、MMXが採取する物質の約0.1％が火星由来である可能性がある。
10グラムの試料の場合、その割合は約0.01グラム、つまり10ミリグラムの火星物質に相当する。これはサンプルの内容についての予測であり、実際の組成はカプセルが帰還した後に科学者が調べる。
火星周辺の宇宙環境を研究する東京大学教授の関華奈子氏は、フォボスに到達した物質は、火星で直接採取したサンプルを補完する可能性があると説明している。ローバーは特定の場所の岩石を採取する。衝突で宇宙空間に飛び出した物質には、より広い範囲の火星の場所に由来する手掛かりが含まれている可能性がある。
サンプル回収をめぐる動きは、他でも変化している。米政府は2026年1月、費用の増加を受けてNASAとESAの火星サンプルリターン計画を中止したと報じられた。中国は2028年ごろに「天問3号」を打ち上げ、2031年ごろに火星で採取した物質を持ち帰る計画だ。
MMXがサンプルを採取する目的地はフォボスだ。このミッションの科学的価値は、衛星の起源を調べることに加え、その表面物質に混在する火星由来の粒子を調べられる可能性にもある。どちらの問いにとっても、少量の試料を地球の研究室へ持ち帰る意義は大きい。
3つの部分からなる大型探査機
MMXは高さ約5メートル、太陽電池パドルを広げたときの幅が約9メートルで、JAXAの探査機として最大級だ。ESAのMMXファクトシートによると、燃料を含む質量は約4,200キログラム。日本の打ち上げ関連報道では4,480キログラムとされ、約3分の2を燃料が占めるという。
探査機は、それぞれ異なる役割を持つ3つのモジュールで構成される。推進モジュールは往路のエンジンと燃料を担う。探査モジュールには着陸脚、科学観測機器、サンプル採取装置を搭載する。帰還モジュールは、カプセルを地球へ持ち帰るための装置を備える。
MMXは役割を終えたモジュールを段階的に切り離す。質量が減れば、その後の軌道変更に必要な燃料も少なくなる。帰還モジュールは独自の推進システムと太陽光発電装置、地球との通信に使う大型アンテナを備えている。
三菱電機はJAXAとともに探査機を開発し、鎌倉製作所の所長のもとで専任チームを編成した。同社は、日本の月着陸機「SLIM」や国際宇宙ステーション向けの補給機の開発にも携わっている。
三菱電機のプロジェクトリーダー、上原晃恒氏は、3つのモジュールを並行して開発することや、弱い重力を模擬した環境で着陸脚を試験することを、主要な技術的課題に挙げた。モジュールが接続されたまま飛行する区間では、それぞれが個別に機能すると同時に、探査機全体としても機能する必要があった。
ローバーがほとんど重さを感じない場所への着陸
フォボスの重力は地球の約2,000分の1にすぎない。このため着陸の難しさも変わる。探査機は表面に触れた際、跳ね返って離れてしまわないよう、そっと着地しなければならない。4本の着陸脚は衝撃を吸収し、MMXの安定を保つよう設計されている。
質量25キログラムのイデフィックス・ローバーは、その状況をよく示している。ESAによると、フォボスでの重さは、地球上で15グラムの物体にかかる重さとほぼ同じだ。質量は25キログラムのままだが、衛星の弱い重力では引かれる力がはるかに小さい。
フランス国立宇宙研究センター（CNES）とドイツ航空宇宙センター（DLR）が共同でイデフィックスを開発した。ローバーは本体の探査機が着陸する前に表面へ降り、地形や表面物質の情報を集め、着陸準備を支援する。
イデフィックスはカメラ、放射計、ラマン分光計を搭載する。カメラは地面を調べ、航行を支援する。放射計は熱放射を測定し、分光計は光を使って鉱物を特定する。DLRは落下塔や極めて弱い重力の環境を再現するシミュレーターなど、試験設備を提供した。
着陸前、MMXは準衛星軌道からフォボスを観測する。簡単に言えば、探査機は火星の周りを飛びながらフォボスの近くにとどまり、繰り返し観測できる軌道を進む。ESAは、地図作成、ローバーの活動、サンプル採取を含む約3年間の衛星周辺での運用を計画している。
少量でも貴重なサンプルを採取する2つの方法
MMXは2種類のサンプル採取装置を搭載する。コアラーで深さ約2センチの物質を採取する。空気圧式サンプラーは、加圧ガスを使って表面の緩い物質を容器に取り込む。
JAXAの採取目標は10グラム超で、ESAは目標を少なくとも10グラムとしている。2つの装置により、表面直下の物質と、表面に積もった粒子の両方を採取できる。
NASAの協力の一環として、ブルー・オリジン傘下のハニービー・ロボティクスが空気圧式サンプラーを開発した。弱い重力の環境で試料を採取するには、探査機が地面に触れる際の制御と、粒子を採取装置へ取り込む動きの両方が重要となる。
ESAのMMXプロジェクト科学者、エリオット・セフトン＝ナッシュ氏は、サンプルを持ち帰る利点を説明している。最も精密な実験室用機器の中には、大きすぎたり繊細すぎたりして宇宙へ送れないものがある。地球では、探査機に搭載できない機器を使って粒子を調べられる。
日本はすでに、この手法の科学的価値を示している。「はやぶさ」は小惑星イトカワの物質を持ち帰り、「はやぶさ2」は2020年12月にリュウグウのサンプルを地球へ届けた。MMXはその経験を他の惑星の衛星へと広げ、火星圏を往復するという課題に取り組む。
着陸前に観測機器が測定するもの
NASAの観測機器「MEGANE」は、フォボスの表面から放出される中性子とガンマ線のエネルギーを測定し、元素組成を調べる。元素によって測定結果に異なるパターンが現れるため、衛星を構成する物質の特定に役立つ。
NASAのMMXミッションページによると、MEGANEはメリーランド州のジョンズ・ホプキンズ応用物理研究所が開発し、カリフォルニア州のローレンス・リバモア国立研究所が協力している。観測データは、衛星の表面化学と起源の謎を結び付ける手掛かりとなる。
フランスの赤外線分光計「MIRS」は、赤外光を使って表面組成を調べる。パリ天文台のLESIAが、フランスの他の4研究機関およびCNESとともに開発している。カメラとレーザー測距装置も、地図作成や着陸地点の選定を支援する。
ドイツのイエナにあるフラウンホーファー応用光学・精密工学研究所は、小型レーザーシステムを提供する。探査機には、火星周辺の環境にある塵や放射線、荷電粒子を測定する観測機器も搭載されている。
JAXAとNHKは、4Kおよび8K解像度で画像を記録できるカメラを共同開発した。科学観測と併せて、ミッション周辺の詳細な映像を撮影する。川勝氏は、カメラがとらえる画像を楽しみにしていると述べている。
MMXは火星の大気と周辺の宇宙環境も観測する。JAXAは、大気中の物質がどのように循環し、宇宙へ流出するのかを追跡し、長い時間をかけて火星がどう変化したかを解明したい考えだ。
カプセルの帰還には国際チームの協力が必要
MMXはJAXAが主導し、NASA、CNES、DLR、ESAが協力する。ESAは通信に使うトランスポンダーと電力増幅器を提供し、地上局ネットワーク「Estrack」を通じて指令を送信するとともに、探査機の状態情報や科学データを受信する。
NASAのディープ・スペース・ネットワークも通信と航法を支援する。またNASAは、マーシャル宇宙飛行センターが運営するディスカバリー計画を通じて、米国の科学チーム参加者に資金を提供する。NASAは協力内容についての説明会を10月15日午後4時（米東部夏時間）に予定した。
JAXA宇宙科学研究所は、MMXプロジェクトの説明で、新たな深宇宙地上局による通信性能の向上を、ミッションの技術目標の一つに挙げている。その他の目標には、火星への往復飛行と、天体でのサンプル採取技術の向上がある。
帰還には約1年かかる見込みだ。地球近傍でMMXは、直径約60センチのサンプルカプセルを放出する。カプセルは大気圏突入時にヒートシールドで保護され、オーストラリアの砂漠に着地する計画だ。
回収されたカプセルはその後、東京近郊の相模原にあるJAXA宇宙科学研究所へ運ばれる。職員が専用の実験室でカプセルを開封し、試料を取り出して目録を作成したうえで、科学研究に提供する。
フォボス探査の過去の試みは、目的地の難しさを物語る。1988年に打ち上げられたソ連の探査機「フォボス1号」と「フォボス2号」は、計画を終える前に通信が途絶えた。ロシアの「フォボス・グルント」は2011年、地球周回軌道を離脱できず失敗した。
MMXは、継続的な観測、表面探査、試料採取、地球への帰還という一連の行程を完遂することを目指す。成功すれば、科学者は火星圏の物質を直接手に取って研究できるようになり、日本は火星への往復飛行に関する実践的な経験を得ることになる。
要点
- MMXは2026年10月20日（日本時間）、種子島からH3ロケットで打ち上げられる予定。
- 探査機は2027年8月に火星へ到着し、2031年にサンプルを地球へ持ち帰る見込み。
- JAXAはコアラーと空気圧式サンプラーを使い、フォボスから10グラムを超える試料の採取を目指す。
- イデフィックス・ローバーが、本体の探査機の着陸に先立って表面を探査する。
- 科学者たちは火星の衛星が衝突の破片から形成されたのか、捕獲された小惑星なのかを検証する。
- サンプルには、火星から吹き飛ばされた物質が少量含まれる可能性がある。
- 帰還カプセルはオーストラリアに着地した後、相模原にあるJAXAの実験施設へ運ばれる。
