月の聖杯(Grail)


5月22日付け、SCIENCE@NASAに「月の聖杯(Grail)」という記事が掲載されています。
先日、次期月探査ミッションとして選定されたGRAILミッションに関する記事です。
GRAILは月の重力場を高精度で計測するミッションで2機の探査機で構成されています。各探査機には5つのカメラが搭載され、世界中の中学生がその計測ポイントを推薦できるようなWebサイトも準備されるとのこと。
概訳は以下。


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MITの教授、Maria Zuber氏。彼女は活動的で、知的で、情熱的であり、聖杯(Grail)を求め続けている。
だが、Grailといってもその聖杯とはちょっと違う。
Zuber氏はGravity Recovery and Interior Laboratoryの主任研究者であり”GRAIL”とはその略語だ。GRAILは2011年に打ち上げ予定の月の不均一な重力場を精密に測定するNASAの新しいミッションである。GRAILで得られる月面下で生じている力のデータは、月、地球そして他の地球型惑星がどのように進化していったかを解明する手がかりを与えてくれることだろう。
「私達は月の地殻からコアまでの月の内部構造を知りたいのです。」とZuber氏は言う。「それはとてもエキサイティングなことなのです。」

GRAIL

GRAILがどのように重力場を計測するか説明しよう。GRAILは2機の衛星で構成され、後ろの1機が前の機体を追う形で数ヶ月に渡って月を周回する。その間ずっと極超短波によって2機の衛星間の距離を高精度で計測する。月面の上を周回する2機の衛星が遠ざかったり近づいたりするのを計測することで、月の重力場を計測できるのだ。
科学者達は以前より月の重力場には奇妙な不均一があり月を周回する衛星が複雑な挙動を示すことを知っていた。軌道修正を行わなければ月を周回する衛星は月面に衝突して月のダストとなってしまうのだ!実際、NASAの5機のルナ・オービター(1966-1972)、ソ連のルナ・プローブ(1959-1965)、2機のApollo子衛星(1970-1971)そして日本のひてんなどが、最後にはこのような運命になっている。

月の重力場

重力場の不均一の原因はマスコン(マス・コンセントレイション:質量集中の略)の多くが月の海と言われる地域の地下にあるからである。数十億年前の大規模な隕石衝突によって、月は太陽系の中でも最も偏りのある重力場をもつ星となった。月の重力場の以上は、0.5%程度もあり、それは月面の宇宙飛行士たちでも計ることができるほどもある。例えばマスコンの端で下げ振り(重力の方向を測定するためにひもの先に重りをつけたもの)を使えば、月の中心から1/3度ほどもずれる。さらに、宇宙服を着て生命維持装置を担いだ宇宙飛行士がマスコンの端で50ポンド(約22.7kg)であれば、マスコンの中心に行けば50.4ポンドの重さに変化するのだ。
マスコンの影響を最小限にするためには、探査機の軌道を注意深く選定しなければならない。GRAILが行う重力場マッピングはそのような軌道選定に役立つだろう。そしてGRAILによる観測結果は今後NASAによって行われる有人月探査に欠かかせないデータとなるだろう。重力場計測は月の裏側と極地域でも行われ、その地域は将来的な月面着陸の候補地でありまだ良くわかっていない地域でもある。
GRAILチームの目的は月の重力場を、Zuber氏が言うには「GRAIL後には、月にどんなものでも思いのままに送ることができる。」ほどの正確さで計測することである。「このミッションで我々は、地球を含めて今までのどの惑星よりも正確な重力場の情報を得ることができるでしょう。」
また、GRAILは重力場、月、宇宙を学ぶ学生達にも利用される予定である。それぞれの探査機は教育や研究目的専用の5つのカメラを搭載している。学生達は指導の下でカルフォルニア大内の設備から、現在国際宇宙ステーションに取り付けられているものと同じそれらのカメラをリモートコントロールすることができる。
世界中の中学生達は、その月探査に誰でも参加できる予定だ。「私達は、中学生が写真を撮るターゲットを推薦し、そのターゲットの写真を見ることができるインタラクティブなWebサイトを用意する予定です。」彼女は言う。「これはまさに学生のモチベーションをあげることになるでしょう。」
GRAILとは”聖杯をめぐる冒険”ではないことがわかっただろう。Science@NASAでこれから始まるこの冒険物語に注目して欲しい。
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写真上:GRAILによる重力場計測の想像図。
写真下:ルナ・プロスペクターによって1998-99の間に計測された地区重力場。マスコンはオレンジ-赤で示す。5つの巨大なマスコンは、以下の双眼鏡でも見える溶岩に覆われている巨大クレータ地域または「月の海」地域に相当:雨の海、晴れの海、危機の海、湿りの海、神酒の海。Image reference: Alex S. Konopliv et al, Icarus 150, 1–18 (2001)

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