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米航空宇宙局（NASA）の火星探査計画「ESCAPADE」の探査機2機が、地球の重力とエンジン噴射を組み合わせた加速に成功し、火星へ向かう軌道に入りました。NASAがこの方法で探査機を火星へ送り出したのは初めてで、2機は2027年9月に火星へ到着する予定です。
ESCAPADEは、太陽から流れ出す荷電粒子の流れ「太陽風」が火星の磁場や大気にどう作用し、大気の宇宙への流出を引き起こすかを調べる計画です。火星周回軌道で2機を連携させる初の科学ミッションとして、異なる場所の同時観測と、同じ場所を時間差で通る観測を行います。
地球へ戻り、約9分間の噴射で火星へ
1機目は11月7日、2機目は11月9日に地球へ接近し、それぞれ約9分間のエンジン噴射を行いました。最接近時の高度は、1機目が約1610キロメートル、2機目が約1050キロメートルでした。
この「動力付き地球フライバイ」は、探査機が地球の近くを通過する際に、重力の作用とエンジン噴射を組み合わせる方法です。
2機は2025年11月13日、ブルーオリジンの大型ロケット「ニューグレン」で打ち上げられました。当初は2024年10月の打ち上げを予定していましたが、ロケット開発の遅れにより、地球と火星の位置関係が適した打ち上げ機会を逃していました。
火星へ直接向かいやすい惑星の配置は約26カ月ごとに訪れます。ESCAPADEは次の機会まで地上で待つ代わりに、地球から見て太陽と反対側にある、重力が釣り合う地点「太陽・地球系のラグランジュ点L2」の周辺を巡る豆形の待機軌道に入りました。その後、2026年11月に地球へ戻り、今回の加速を行いました。
軌道設計を率いたAdvanced Spaceのジェフ・パーカー氏は、待機軌道と地球フライバイを組み合わせることで、火星へ直接向かうための惑星配置を待つ方法よりも、打ち上げ時期を柔軟に選べるとしています。
2機の観測で、場所の違いと時間変化を見分ける
火星の磁気環境は、地殻に残る局所的な磁場と、太陽風が上層大気の荷電粒子と相互作用して生まれる磁場が組み合わさっています。ESCAPADEは、この環境で起きる磁場や粒子の変化を測り、大気が失われる過程を調べます。
観測の前半では、2機が同じ軌道を前後して飛び、同じ領域を異なる時刻に通過します。研究代表者でカリフォルニア大学バークレー校のロブ・リリス氏は、最短で約2分という時間尺度の変化を追えるとしています。
測定対象には、磁場の強さや構造、電子やイオンの流れ・密度などがあります。時間と場所をずらした複数地点の観測により、測定値の違いが場所によるものか、時間とともに変わったものかを切り分けることを目指します。
前半の観測は6カ月間の予定です。その後は2機を異なる軌道へ移し、一方が火星から離れた場所で流入する太陽風を、もう一方が火星に近い場所で磁気環境の応答を同時に測ります。この後半の観測は5カ月間を予定しています。
太陽風の変化と火星の応答を結びつける観測例として、火星上層大気を調べる探査機「MAVEN」が捉えた現象があります。2022年12月25日に太陽風の密度が急低下すると、火星の磁場が作用する領域「磁気圏」と、その外側にできる衝撃波が外へ膨らみました。12月27日に太陽風が戻ると、これらは通常の規模へ縮みました。
ESCAPADEは、こうした太陽風と火星の応答を別々の場所から同時に測り、磁場や粒子の短時間の変化が大気流出につながる仕組みを調べます。観測を通じ、かつて厚い大気を持っていた火星が、現在の薄い大気へ変化した過程の解明を目指します。
火星周回軌道へは2027年9月7日と9日に投入予定
2機は火星へ向かう途中でも、軌道修正を重ねながら、地球と火星の間の太陽風を観測します。火星周回軌道への投入は2027年9月7日と9日の予定で、それぞれ約11分間エンジンを噴射して減速する計画です。その後、数カ月かけて科学観測用の編隊へ移ります。
地球付近での待機飛行中にも、太陽風によって地球の磁場が太陽と反対側へ引き伸ばされた「磁気尾」を観測しました。リリス氏は、遠方の磁気尾の構造や動き、内部を流れるプラズマを2機で同時に捉えたのは初めてだとしています。夏には月付近の探査機ARTEMIS-THEMISの2機とも連携し、計4地点から同時観測を行いました。
