資料10-2　月探査の意義について

Transcription

1 資 料 10-2 科 学 技 術 学 術 審 議 会 研 究 計 画 評 価 分 科 会 宇 宙 開 発 利 用 部 会 ISS 国 際 宇 宙 探 査 小 委 員 会 ( 第 10 回 )H 月 探 査 の 意 義 について 2014 年 11 月 12 日 大 阪 大 学 理 学 研 究 科 佐 伯 和 人 1

2 本 日 の 話 題 (1) 月 と 火 星 の 特 徴 (2) 月 ( 火 星 ) 探 査 の 位 置 づけ (3) 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 2

3 月 と 火 星 の 特 徴 月 と 火 星 の 基 本 データ 半 径 (km) 地 球 との 距 離 (km) 大 気 圧 (bar) 大 気 地 表 温 度 ( 平 均 ) ( ) 月 万 0.00 なし 火 星 万 (2018 年 ) 会 合 周 期 780 日 ごとに 打 ち 上 げ 好 機 0.01 CO 2 (95%) N 2 (3%) Ar (1.5%) (-60) 地 球 N 2 (78%) O 2 (21%) Ar (1%) (15) 3

4 月 と 火 星 の 特 徴 人 類 の 次 のフロンティア として 必 要 な 条 件 は 1) 大 きい 2) 近 い 3) 分 化 している 撮 影 : 鈴 木 邦 彦 4

5 月 と 火 星 の 特 徴 月 は 大 きい 惑 星 に 近 い 月 1737 km ( 地 球 の 約 1/4) 火 星 3396 km ( 地 球 の 約 1/2) 地 球 6378 km 5

6 月 と 火 星 の 特 徴 火 星 328 m(14 号 車 ) 月 は 近 い 太 陽 の 直 径 を 2 m とすると 地 球 1.8 cm 月 0.5 cm 地 球 215 m(9 号 車 ) 火 星 1.0 cm 地 球 月 0.55 m 火 星 最 接 近 (2018 年 ) 地 球 火 星 83 m 3 車 両 強 新 幹 線 N700 系 16 両 編 成 405 m 先 頭 車 m 中 間 車 25 m 木 星 1.1 km 土 星 2.1 km 6

7 月 と 火 星 の 特 徴 月 は 常 に 表 側 を 地 球 に 向 けている(= 通 信 利 便 性 (これも 近 さ)) Clementine Albedo Map of the Moon /NASA 表 裏 月 は 自 転 と 公 転 が 一 致 しているので 表 しか 見 えない 火 星 の 衛 星 フォボス ダイモス 木 星 の4つのガリレオ 衛 星 なども 同 じ 7

8 月 と 火 星 の 特 徴 月 は 分 化 している 小 惑 星 イトカワ 月 ISAS/JAXA 未 分 化 な 天 体 おおむね 一 様 な 物 質 分 化 した 天 体 地 殻 +マントル+ 核 鉱 山 は 分 化 した 天 体 にのみ 存 在 する 8

9 月 と 火 星 の 特 徴 まとめ 月 火 星 地 球 小 惑 星 イトカワ 約 500 m 小 惑 星 ベスタ 約 500 km 大 きい ( 資 源 の 量 ) 近 い ( 距 離 た けでは 測 れない 利 便 性 ) 分 化 している ( 元 素 濃 集 機 構 ) 月 が 火 星 より 優 れている 点 圧 倒 的 に 地 球 に 近 い 同 じ 面 が 地 球 に 向 いている 最 初 期 の 地 殻 が 保 存 されている 火 星 が 月 より 優 れている 点 大 気 の 存 在 かつて 海 があった 圧 倒 的 な 揮 発 成 分 資 源 量 9

10 本 日 の 話 題 (1) 月 と 火 星 の 特 徴 (2) 月 ( 火 星 ) 探 査 の 位 置 づけ (3) 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 10

11 月 ( 火 星 ) 探 査 の 位 置 づけ 惑 星 進 化 の 段 階 の 理 解 未 分 化 な 小 惑 星 分 化 した 小 惑 星 月 火 星 地 球 卵 (+ 前 世 の 記 憶 ) 胎 児 赤 ちゃん 幼 児 青 年 Itokawa Vesta 写 真 : Itokawa JAXA/ISAS Vesta NASA/JPL-Caltech/UCAL/MPS/DLR/IDA 月 K.Suzuki 火 星 NASA, ESA, the Hubble Heritage Team 地 球 NASA 大 気 海 の 形 成 生 命 の 発 生 地 殻 の 形 成 核 の 形 成 11

12 月 ( 火 星 ) 探 査 の 位 置 づけ 太 陽 系 の 軌 道 進 化 の 理 解 隕 石 衝 突 記 録 を 元 に 読 み 解 く 太 陽 系 の 形 成 モデル ガス 円 盤 形 成 数 100 万 年 1000 万 年 微 惑 星 形 成 原 始 惑 星 形 成 原 始 惑 星 間 の 巨 大 衝 突 10km 巨 大 衝 突 による 地 球 月 の 形 成 太 陽 系 形 成 1 億 年 水 星 / 金 星 / 地 球 / 火 星 12

13 月 ( 火 星 ) 探 査 の 位 置 づけ 太 陽 系 の 軌 道 進 化 の 理 解 隕 石 衝 突 記 録 を 元 に 読 み 解 く 月 面 のクレータ 数 密 度 と 絶 対 年 代 の 関 係 (クレータ 年 代 学 関 数 ) アポロ ルナ 試 料 の 欠 落 のため,30 億 年 前 現 在,39 億 年 前 以 前 の 年 代 範 囲 において,クレータ 年 代 学 関 数 には 大 きな 不 確 定 性 がある. 月 惑 星 探 査 の 来 る 10 年 提 案 資 料 ( 諸 田 他 )より 13

14 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 本 日 の 話 題 (1) 月 と 火 星 の 特 徴 (2) 月 ( 火 星 ) 探 査 の 位 置 づけ (3) 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 14

15 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 科 学 での 月 攻 略 の 大 きなポイントは3つ 1) 裏 側 地 殻 探 査 ( 表 側 との 対 比 ) 月 は 裏 から 固 まった? 2) 地 震 計 ネットワーク 地 下 構 造 わからす して 月 の 起 源 は わからない! これまでマグマの 海 全 体 が 同 時 に 固 まったと されていたが 裏 側 に 大 陸 ができて 次 第 に 表 側 に 陸 が 広 がっていったのかも Ohtake et al. (2012) 3) 極 域 探 査 揮 発 成 分 は 天 体 表 面 をどう 動 くか? 15

16 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 資 源 という 観 点 で 良 い 場 所 は 限 られている 高 日 照 率 領 域 永 久 影 領 域 ( 水 氷 の 存 在 ) 放 射 性 物 質 濃 集 領 域 縦 穴 構 造 16

17 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 高 日 照 率 領 域 太 陽 光 発 電 に 有 利 越 夜 のハート ルが 低 い 諸 外 国 も 重 視 高 日 照 率 領 域 (JAXA/KAGUYA) 北 極 周 辺 と 南 極 周 辺 ( 緯 度 88 度 以 上 )の 日 照 率 マッフ 提 供 / 野 田 寛 大 ( 国 立 天 文 台 )/JAXA 17

18 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 永 久 影 領 域 ( 水 氷 が 存 在 か) 飲 み 水 酸 素 の 元 燃 料 の 元 永 久 影 領 域 (JAXA/KAGUYA) 北 極 周 辺 と 南 極 周 辺 ( 緯 度 85 度 以 上 )の 日 照 率 マッフ 黒 い 部 分 が 永 久 影 領 域 提 供 / 野 田 寛 大 ( 国 立 天 文 台 )/JAXA 18

19 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 放 射 性 物 質 濃 集 領 域 月 の 次 のフロンティア 開 発 のエネルギー 源 ウラン 濃 度 分 布 マッフ かぐや データベースのガンマ 線 分 光 器 のデータを 元 に 作 成 19 提 供 / 長 谷 部 信 行 長 岡 央 ( 早 稲 田 大 学 ) ( 参 考 : 地 球 品 位 0.1% 1000 ppm ウラン 鉱 石 )

20 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 かぐや が 発 見 した 縦 穴 構 造 月 での 長 期 居 住 の 基 地 建 設 に 有 利 な 可 能 性 (a) マリウスヒル 孔 (b) 静 かの 海 孔 (c) 賢 者 の 海 孔 ( 裏 ) 溶 岩 チューブ 探 査 想 像 図 NASA 主 要 な 縦 孔 の 位 置 20 世 界 はなぜ 月 をめざすのか ( 講 談 社 ブルーバックスより)

21 人 類 のフロンティアの 変 遷 400 年 前 300 年 前 200 年 前 100 年 前 100 年 後 200 年 後 現 在 新 大 陸 ( 大 航 海 時 代 ) 地 下 ( 産 業 革 命 ) 海 洋 底 ( 冷 戦 ) 月 小 惑 星 火 星 木 星 や 土 星 の 衛 星 最 初 の 動 力 飛 行 1904 月 着 陸 放 射 能 の 発 見 原 子 爆 弾 原 子 力 潜 水 艦 1954 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 21

22 月 探 査 ロート マッフ の 考 え 方 科 学 コミュニティーをまとめる 活 動 1) SELENE-2 着 陸 地 点 検 討 会 目 的 : 2010 年 半 ば 打 ち 上 げ 予 定 のSELENE-2 着 陸 地 点 を 提 案 期 間 : 2010 年 2012 年 主 体 : 多 学 会 横 断 着 陸 地 点 検 討 会 (103 名 ) 2) 月 惑 星 探 査 の 来 る 10 年 検 討 活 動 目 的 : 惑 星 科 学 コミュニティーの 将 来 を 担 う 探 査 提 案 を 作 成 しWG 化 する 期 間 : 2009 年 2014 年 主 体 : 惑 星 科 学 会 将 来 計 画 専 門 委 員 会 下 の 将 来 惑 星 探 査 検 討 グルーフ たた し 提 案 検 討 は 惑 星 科 学 会 に 閉 じない 3) 月 科 学 研 究 会 月 探 査 ロート マッフ 作 成 作 業 目 的 : 科 学 コミュニティーの 提 案 する 月 探 査 レシピの 備 蓄 展 開 期 間 : 2014 年 夏 主 体 : 惑 星 科 学 コンソーシアム( 惑 星 科 学 会 を 中 心 に 組 織 中 ) どのような 活 動 も 議 論 の 透 明 性 と 一 般 啓 発 が 大 切 22

23 以 下 補 足 資 料 23

24 月 は 地 球 より 少 し 早 く 冷 えた 使 い 捨 て カイロ 小 ( 月 ) 使 い 捨 て カイロ 大 ( 地 球 ) 1 cm 4 cm 熱 くなる 中 身 1 : 4 x 4 x 4 = 64 熱 が 逃 げる 表 面 積 1 : 4 x 4 = 16 火 山 活 動 は 約 12 億 年 前 までに 終 了 24

25 マグマの 海 仮 説 マグマの 海 の 中 から, 軽 い 地 殻 物 質 が 浮 いて 固 まった 地 殻 物 質 マグマ 溶 け 残 り 放 射 性 物 質 マントル 物 質 マグマ 溶 け 残 り 25

26 白 いところ( 高 地 )は 斜 長 岩 ( 白 く 軽 い 岩 石 ) アポロ16 号 試 料 スケールはcm 写 真 提 供 :NASA 斜 長 岩 でできた 山 米 国 ワイオミング 州 ポーマウンテン PoeMountain, WY, USA 26

27 黒 いところ( 海 )は 玄 武 岩 ( 黒 く 重 い 岩 石 ) クパイアナハ(ハワイ)の 溶 岩 湖 直 径 約 100m フ ウオオ(ハワイ)の 溶 岩 噴 泉 高 さ450m より 27

28 高 地 と 海 の 形 成 Highland and mare formation 斜 長 岩 が 浮 いて 高 地 ( 白 い 岩 石 ) を 形 成 高 地 Highland 巨 大 クレーター の 生 成 海 Mare 1~ 十 数 億 年 後 に 溶 岩 が 流 れ 出 て 海 ( 黒 い 岩 石 ) を 形 成 28

29 チコクレーター 中 央 丘 Tycho central peak 地 下 深 部 の 覗 き 穴 Google/NASA/USGS/JAXA/SELEN E Copernicus JAXA/かぐや チコクレーター 内 部 の 標 高 2.5 kmの 中 央 丘 5-30 km の 深 部 から 来 た 岩 石 があるとされる 牛 乳 のスロー 撮 影 29

30 月 面 の 物 質 と 環 境 に 関 する 調 査 代 表 的 探 査 機 (シリーズ) 国 探 査 内 容 Luna 旧 ソ 連 リモートセンシング 月 面 の 物 質 と 環 境 に 関 する 調 査 ~1976 サンフ ルリターン(16 号,20 号,24 号 計 325g) アポロ クレメンタイン ルナ フ ロスペクタ かぐや チャント ラ ヤーン LRO/LCROSS 嫦 娥 LADEE 米 国 ~1972 米 国 1994 米 国 ~1999 日 本 ~2009 イント ~2009 米 国 2009~ 中 国 2007~ 米 国 ~2014 リモートセンシング+ 着 陸 探 査 +サンフ ルリターン 381.7kg リモートセンシング( 物 質 地 形 ) リモートセンシング( 物 質 ) リモートセンシング( 物 質 地 形 ) リモートセンシング( 物 質 地 形 放 射 線 ) 2016 年 2 号 で 着 陸 探 査 を 予 定 リモートセンシング( 物 質 地 形 放 射 線 温 度 ) インパクタ(LCROSS)による 水 氷 探 査 リモートセンシング(1 号 2 号 : 物 質 地 形 太 陽 風 ) 着 陸 探 査 (3 号 : 物 質 地 下 構 造 天 文 観 測 ) 2017 年 に5 号 でサンフ ルリターンを 予 定 月 大 気 ダストの 軌 道 上 観 測 30

31 月 の 表 面 物 質 の 利 用 可 能 性 一 覧 資 源 存 在 形 態 主 な 存 在 場 所 主 な 抽 出 方 法 存 在 量 等 利 用 可 能 性 月 の 表 面 物 永 質 久 影 および の 極 域 利 加 熱 用 可 能 由 来 諸 性 説 あり 一 ~ 覧? の 低 温 領 域? wt% 1 水 氷 氷 土 壌 に 吸 着 2 揮 発 性 物 質 土 壌 に 吸 着 全 球 ( 極 地 域 の 永 久 影 が 高 濃 度 ) 3 酸 素 金 属 シリコン 等 の 酸 化 物 全 球 ( 土 壌 はケイ 素 や 金 属 の 酸 化 物 が ほとんど) 4 金 属 金 属 酸 化 物 等 全 球 ( 鉄 は 海 が 多 い) 5 バルク 土 壌 表 面 ~10m( 場 所 に よる) 加 熱 還 元 溶 融 電 気 分 解 還 元 太 陽 風 由 来 等 H:10-120ppm C:20-280ppm N:10-160ppm 土 壌 の40wt% Si: >20wt% Fe: >10wt% 全 球 直 接 利 用 普 遍 的 に 存 在 存 在 量 / 質 による( 不 明 ) ~ 存 在 量 / 質 による( 推 定 量 有 ) 手 法 確 立 済 み 規 模 の 問 題 フ ロセスが 確 定 して いない 6 放 射 性 燃 料 表 層 ~ 表 側 の 海 の 中 低 緯 度 化 学 処 理 7 希 土 類 (REE) 表 層 ~ PKTと 呼 ばれる 地 域 酸 やアルカリによる 処 理 8 白 金 族 などのレアメ タル 単 体 金 属 もしくは 合 金 濃 集 地 は 不 明 王 水 や 酸 による 溶 解 と 沈 殿 分 離 U: <3ppm Th: <10ppm REEの 最 高 濃 度 La: 217ppm(アポロ) 平 均 は 地 球 の 地 殻 よ り 少 ない 土 壌 に 数 ~ 数 十 ppb 程 度 ~ ( 濃 集 場 所 が 発 見 されれば) 地 球 のU 鉱 石 % 地 球 の 白 金 族 鉱 床 た と 数 十 ppm 9 ヘリウム3 土 壌 に 吸 着 海 が 多 い 加 熱 太 陽 風 由 来 <0.05ppm 31

32 極 域 の 水 氷 に 関 する 知 識 月 極 域 には 過 去 長 期 間 にわたって 彗 星 小 惑 星 太 陽 風 によりもたらされた 水 氷 (あるいは 水 素 )が 保 存 され ていると 考 えられている 水 氷 の 存 在 の 有 無 について 下 記 のようにリモートセンシング 観 測 データに 基 づく 多 く の 研 究 が 報 告 されているが 観 測 波 長 データ 解 析 手 法 により 結 果 が 異 なることや データの 解 釈 において 意 見 が 分 かれるなど 理 由 から 量 分 布 形 態 ( 塊 吸 着 など)について 決 定 的 な 結 論 はまた 得 られていない 10 % 1% 0.1% 1LRO [*1] 20% 2LRO 3かぐや 5LRO 6LP [*3], LRO 最 大 10% 最 大 7.5% 4LCROSS [*2] 5.6% 2% 0.7% 7チャント ラ ヤーン [*4] 0.08 % 月 南 極 域 の 水 氷 の 質 量 比 率 ( 推 定 値 ) 1 シャックルトンクレータ 内 は 太 陽 風 による 月 表 面 の 変 化 が 小 さいか 又 は 水 氷 が 存 在 (Zuber et al., 2012) 2 永 久 影 領 域 に 水 氷 が 存 在 (Thomson et al., 2012) 3 シャックルトンクレータ( 南 極 の 永 久 影 ) 内 の 地 表 に 大 量 の 氷 は 存 在 しない(Haruyama et al, 2009) 4 飛 翔 体 の 衝 突 による 放 出 物 を 観 測 (Colaprete et al., 2010) 5 表 層 に 水 の 霜 が 存 在 (Gladstone et al., 2012) 6 極 域 の 永 久 影 領 域 に 水 氷 または 水 素 が 存 在 (Miller et al., 2012) 7 高 緯 度 地 域 にOH 基 と 水 が 存 在 (Pieters et al., 2009) [*1] Lunar Reconnaissance Orbiter( 米 国,2009 年 打 上 ) [*2] Lunar CRater Observation and Sensing Satellite ( 米 国,2009 年 打 上 ) [*3] Lunar Prospector ( 米 国,1998 年 打 上 ) [*4] Chandrayaan-1(インド,2008 年 打 上 ) 32