How did Mars get its moons? Japan’s MMX space mission aims to solve the puzzle

40億年以上前に小さな惑星が地球に衝突したとき、地球は月を獲得しました。この衝撃により、溶けた岩石が宇宙に投げ込まれ、最終的に合体して地球上から毎晩見ることができる衛星が形成されました。

しかし、私たちの隣の火星はどうでしょうか？この赤い惑星には、フォボスとダイモスと呼ばれる、不規則な形をした小さな衛星が 2 つあります。これらの天然衛星がどのように形成されたかについてはいくつかの理論がありますが、明確な最有力候補はありません。間もなく、火星衛星探査（MMX）と呼ばれる日本主導の宇宙ミッションがその答えを探す探求を開始する。

10月19日月曜日、MMXはH3ロケットで南日本にある種子島宇宙センターから打ち上げられる予定だ。このミッションはフォボスに着陸し、土壌サンプルを収集することを目的としています。その後、宇宙船はこの貴重なペイロードを実験室での研究のために地球に送ります。

火星の 2 つの衛星のうち、フォボスは最大であり、火星に近い軌道を回っています。平均直径は22.2km、質量は106億3,700万kgです。デイモスの平均直径は12.5km、質量は14億8,000万kgです。

これらの衛星は、ワシントン DC の米国海軍天文台で働いていたアメリカの天文学者アサフ ホールによって 1877 年に 6 日間の期間中に発見されました。

火星がどのようにしてこれらの衛星を獲得したかについての議論は、2 つの主な仮説が支配的です。ジャイアント・インパクト理論は、火星の3分の1の大きさの天体が火星の歴史の初期に衝突し、物質を宇宙空間に放出したと主張する。

一般的なメカニズムは、科学者が地球の自然衛星が形成されたと考える方法と似ています。しかし、火星衝突理論では、多数の小型衛星とともに、放出された物質によって単一の「巨大な」衛星が生成されたと考えられています。

時間が経つにつれて、それぞれが分裂し、火星の表面に落下しました。フランス、ナントの惑星地球学研究所（LPG）のパスカル・ローゼンブラット氏とその同僚らによるシミュレーションでは、生き残った唯一の衛星はフォボスとダイモスだったであろうことが示されている。

重力捕捉

もう 1 つの主要なアイデアは、1960 年代に遡る捕捉小惑星理論として知られています。これは、フォボスとダイモスが元々は火星の近くをさまよっていた小惑星で、火星の重力に捕らえられたことを示唆しています。

この考えによれば、衛星は火星と木星の間にある小惑星帯の内部またはそのすぐ外から発生した可能性があります。衛星は、いわゆる連星、つまり互いに軌道を周回する 2 つの小惑星であった可能性さえあります。

衛星は密度が低いという特徴があり、これは衛星の内部が多孔質であることを意味します。

しかし、小惑星が捕獲されたという仮説では、小惑星がどのようにして潮汐力によって捕獲されたのかを説明するには、非常に濃い火星の大気が必要となる。現在の火星には、主に二酸化炭素からなる薄い大気があります。また、惑星に捕らえられた小惑星は、非常に離心した軌道を持つ傾向があります。対照的に、火星の周りのフォボスとダイモスの軌道はほぼ円形です。

科学者たちはこれらの衛星の起源について他の理論も提案していますが、科学界の間での支持は低いです。これらの衛星の起源は、単一の「原始衛星」の破壊による残骸であると視覚化する人もいます。

もう一つのあまり知られていない考えは、火星は数十億年の周期を経て、火星の周りを回る岩石の物質の輪が時間の経過とともに合体して衛星になるというものです。

衛星が形成されると、最終的には重力 (潮汐力) によって引き裂かれ、新しいリングが形成されます。このシナリオでは、私たちはたまたま、デブリがリングではなく月の形をしている時代に生きているということになります。

謎を解く

衛星の起源をめぐる不確実性が続く中、MMX はフォボスから 10g 以上の物質を収集することを目指しており、これは月からの世界初のサンプルリターンミッションとなります。

もしサンプルに火星自体からの物質と、火星に衝突した小惑星からの物質が大量に含まれていれば、ジャイアント・インパクト理論が支持されることになる。フォボスの組成が既知の小惑星カテゴリーからの隕石の組成と類似している場合、小惑星捕獲理論が支持されるでしょう。

MMXの火星往復には合計5年かかる。 2027年末に赤い惑星に到着し、2031年に地球に帰還する予定だ。

この探査機は 3 つのモジュールで構成されており、1 つは火星に到達するモジュール、1 つはフォボスに着陸するモジュール、もう 1 つはサンプルを地球に戻すモジュールです。そこには、フォボスの化学組成を測定するためのガンマ線および中性子分光計、2台のカメラ、鉱物の特性を評価するための近赤外線機器など、11の科学機器が収容されています。 MMXはまた、Idefixと呼ばれる25kgの探査機をフォボスの表面に配備する予定だ。

何十年もの間、火星の珍しい衛星の起源は激しい議論の対象となってきました。この画期的な宇宙ミッションの開始により、科学者たちは画期的な進歩を遂げようとしているかもしれません。