火星の衛星からサンプルを持ち帰る　「はやぶさ2」に続く世界初のMMX計画とは?

MMXのサイエンス:火星衛星起源論の深化

MMXが火星の衛星を探査するサイエンス上の目標は、火星の衛星の起源(成り立ち)です。フォボスとダイモスという火星衛星の起源は、もともと遠くにあった小惑星の軌道が何らかの理由によって変わり、火星の重力に捕まったとする「小惑星捕獲説」と、原始火星に大規模な天体衝突が起こり、その破片が火星の軌道上でまた集積して2つの衛星が形成されたとする「巨大衝突説」という2つの大きな仮説を軸に議論されてきました。

フォボス近傍での詳細な観測と、物質を持ち帰って分析することによってどちらの説が事実により近いのか確かめようというわけです。どちらの説にも理論上の長所と短所があり、地球からの観測だけでは決着をつけることができません。

NASAの火星探査機Mars Reconnaissance Orbiterが撮影した衛星フォボス(Credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona)

NASAの火星探査機Mars Reconnaissance Orbiterが撮影した衛星ダイモス(Credit: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona)

小惑星捕獲説の根拠は、フォボスとダイモスのどちらも地球の月に比べるとサイズが非常に小さくて形もいびつであること、また表面の物質が何でできているかを示す、光の反射のスペクトルが炭素質の物質から成る小惑星に似ていることにあります。ただ、別々の場所からやってきたはずの2つの小惑星が、どちらも火星の赤道に近い整った軌道上を回っているのはなぜかという疑問があります。

巨大衝突説は、太古の火星に衝突してバラバラになり、吹き上げられた天体の破片が火星の軌道上でまとまっていったという説です。これならば2つの衛星の軌道が整ってよく似ている理由を説明することができます。

ただ、2つの衛星は火星にぶつかってきた天体と、衝突で噴出した火星のマントルの混合物からできていることになるはずです。理論上の材料と、実際に観測した火星衛星の反射スペクトルが一致しているか、という点にはまだ疑問があります。

このように議論の余地がある火星衛星の成り立ちですが、さらに近年の研究では、それぞれの説の可能性を高める新たな理論モデルが加わり、起源論はより深化してきました。巨大衝突説の場合、ぶつかってきた天体が氷の多いものであれば、反射スペクトルを説明できるのではないかとされています。

一方で大きな変化があったのは、捕獲説の弱点であった軌道の問題を解消する新たな理論モデルです。ひとつが「潮汐破壊を経由する捕獲説」。火星に接近した小天体が潮汐力(天体の重力が別の天体の形を変形させる力)でバラバラに分裂し、破片がいったん火星の赤道面に沿ったリングになってから、衛星として集積するという説です。

もう一つは、「一時捕獲を経由する捕獲説」。太陽の影響で火星の周辺に一時的に捉えられた小天体が、改めて火星の重力にしっかり捕獲されて軌道が変わっていったというものです。火星だけの力ではなく、不安定な一時捕獲を経由したことで軌道の整った天体だけが衛星として残ったといったところでしょうか。

こうした新しいモデルから、火星衛星の起源は単に「捕獲か巨大衝突か」だけでなく、捕獲説だった場合に「潮汐破壊を経由したのか、無傷で捕獲された天体なのか」といった形成シナリオの細部まで判別する必要性が明らかになりました。そして、衛星を構成する物質の性質を決定的に決めるのはMMXが持ち帰るサンプルというわけです。