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史上最も詳しい小惑星表面の姿

皆さんがお持ちのデジタルカメラの「画素数」はいくらですか?はやぶさ探査機に搭載された望遠型光学航法カメラ(ONC-T)には、0.012mm角の画素が縦1024個x横1000個で合計約100万個並んだCCD(電荷結合素子)が組み込まれていて、小惑星イトカワから反射する太陽光を受けてその表面の様子を撮像します。高度5kmからONC-Tで撮像すると、一画素当り約50cm角の空間を捉えることができます。これを「空間分解能」と呼び、イトカワ表面上の大きさを見分ける能力の目安になります。ONC-Tの視野の広さは一定ですから、はやぶさが高度を下げるほど空間分解能は向上して、小惑星表面のより小さな地形や細かい構造が見分けられるようになります。

(1) 試料採取地点の様子を解明

第二回降下リハーサルを実施した11月12日、はやぶさはイトカワ表面上空約55mまで接近して、その前後にONC-Tの撮像も行いました。その結果、 ONC-Tの焦点が合うぎりぎりの高度である約60-75m上空から、小惑星表面の極微細な様子の撮像に成功しました。このときの空間分解能は一画素当り約6-8mmほどで、地球上なら約6-8m四方の地面を這うアリを見分けられるほどの細かさです。これほどの高分解能画像は、もはや従来の惑星探査機のリモートセンシングというよりも、火星表面に水の作用によって作られた堆積岩や丸石を発見したNASAの火星探査ローバのように、小石一つ一つの形、表面のキメやひび割れまで判別できる、岩石学の領域に踏み込んだデータと言えます。もとよりイトカワ表面の岩石は、地球に達すれば全て「隕石」ですから、私達はまさに「隕石のふるさと」の真の姿を目にしたのです。

図1は、今回広角型光学航法カメラ(ONC-W1)で撮像された滑らかな地域「ミューゼスの海」の全景(右)と、高度160m程度まで降下したときに ONC-Tで撮像した同地域と岩石地域の境目のクローズアップ画像(左)です。「ミューゼスの海」は、19日以降に挑戦する試料採取の予定地点「A点」がある地域で、クローズアップ画像の右端が直径60mのA点の外縁に当たります。いわばここは「ミューゼスの海の波打ち際」であって、岩石地域である左下から「ミューゼスの海」の厚みが増す右上に向かって、一定面積当りの大きな岩の数が少なくなるだけでなく、大きな岩と岩の隙間を埋める砂利のサイズもだんだん細かくなっていくのが分ります。クローズアップ画像の空間分解能は一画素当り約1.5 ̄2.0cmですので、右上の一番細かい領域で見えている最小の砂利も同じくらいになります。

図1:11月12日の第二回降下リハーサル時に望遠型光学航法カメラ(ONC-T)で とらえた試料採取予定地点(A点)を含む「ミューゼスの海」と岩石地域の境界。 左が一画素当り1.5 ̄2.0cm程度の空間分解能を持つ、クローズアップ画像。 右端の丸枠内はイトカワ表面に映るはやぶさ探査機の影。 

図1:11月12日の第二回降下リハーサル時に望遠型光学航法カメラ(ONC-T)で とらえた試料採取予定地点(A点)を含む「ミューゼスの海」と岩石地域の境界。 左が一画素当り1.5 ̄2.0cm程度の空間分解能を持つ、クローズアップ画像。 右端の丸枠内はイトカワ表面に映るはやぶさ探査機の影。
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大気のない固体天体表面を覆う粒子を「レゴリス」と呼びます。その多くは外部からやってきた隕石が天体に衝突したときに放出された破片が、重力などの効果で表面に舞い戻ったものと考えられています。岩盤だらけのイトカワにあって、「ミューゼスの海」はレゴリスが集まっている最も大きな領域です。衝突による放出粒子のうち小さなものは、速い脱出速度を獲得しやすくなります。イトカワは重力が小さいために脱出速度が毎秒20cmほどしかありません。そのため高速で放出される、1mmよりもはるかに小さなレゴリスはほとんど表面に残れず、仮に運良く舞い降りたとしても静電気力や太陽輻射圧で短時間のうちに再び宇宙空間に吹き飛ばされるだろうと予想する科学者もいます。今回の画像はそれを間接的に裏付けています。なお、はやぶさのサンプラーチームは大きな岩盤や mm未満の粉体からの試料採取実験に加えて、撃ち込む弾丸(直径約1cm)と同じ位の大きさの砂利が敷き詰められた標的にも撃ち込み実験を行い、十分な放出量が見込めることを確認しています。

図2: イトカワとエロス:二つのS型小惑星表面の高分解能接近画像の比較。 (左)2005年11月12日、ISAS/JAXAのはやぶさ探査機が高度約160mから撮像した 小惑星イトカワの「ミューゼスの海」と岩石地域の境界。 (右)2001年2月12日にNASA&APL/JHUの二ア・シューメイカー探査機が 小惑星エロス表面に到達する前に撮像した最後の画像。縮尺はほぼ同じ。 (左図は、ONC-T全視野の1/4だけを切出している。)

図2: イトカワとエロス:二つのS型小惑星表面の高分解能接近画像の比較。 (左)2005年11月12日、ISAS/JAXAのはやぶさ探査機が高度約160mから撮像した 小惑星イトカワの「ミューゼスの海」と岩石地域の境界。 (右)2001年2月12日にNASA&APL/JHUの二ア・シューメイカー探査機が 小惑星エロス表面に到達する前に撮像した最後の画像。縮尺はほぼ同じ。 (左図は、ONC-T全視野の1/4だけを切出している。)
図2: イトカワとエロス:二つのS型小惑星表面の高分解能接近画像の比較。 (左)2005年11月12日、ISAS/JAXAのはやぶさ探査機が高度約160mから撮像した 小惑星イトカワの「ミューゼスの海」と岩石地域の境界。 (右)2001年2月12日にNASA&APL/JHUの二ア・シューメイカー探査機が 小惑星エロス表面に到達する前に撮像した最後の画像。縮尺はほぼ同じ。 (左図は、ONC-T全視野の1/4だけを切出している。)画像クリックで拡大

(2) 二ア・シューメイカーを越えた小惑星表面の詳細観察

図2は、はやぶさが撮った「ミューゼスの海の波打ち際」と、一年間のリモートセンシング観測を終えて周回軌道を降下させたNASAのニア・シューメイカー探査機が、2001年2月12日に小惑星エロス表面に到達する直前に地球へ送ってきた接近画像の「最後の一枚」を、ほぼ同じ縮尺で比べています。エロスはイトカワと同じS型ながら、サイズが数十倍大きな近地球型小惑星です。「ニア・シューメイカー最後の一枚」は高度約120mから撮像されたもので、空間分解能は一画素当り1.1cmほどです。しかしその全視野の画素数ははやぶさの約1/8に過ぎません。この画像の中のエロス表面は、角が取れた大きな岩を境に、cmオーダーの表面粗さのレゴリス地域(右)と、それよりもはるかに細粒なレゴリスが平らかに覆った地域(左)に分かれています。さらにイトカワとエロス、二つのS型小惑星のレゴリス地域を比べると、天体サイズの小さなイトカワのほうが、全表面積にレゴリス層が占める割合は小さく、大きな岩を埋める厚みも薄く、最も細かい粒子サイズでさえcmからmmオーダー程度の比較的「大粒」のレゴリスであることなどが分ります。

今回のONC-T画像は、もはや二ア・シューメイカー探査機の画像を超えて、人類が目にする最も分解能の高い小惑星表面の姿をとらえました。同じくリハーサル時に放出された「ミネルヴァ」が今後イトカワに着陸してその記録を破らない限り、この記録を更新するのは11月19、25日にタッチダウンを予定しているはやぶさ自身になるでしょう。もちろん二回のタッチダウンでは、「ミューゼスの海」中心部の試料採取地点の撮像に挑む予定です。それらの成果によって、ミネルヴァに期待されていた世界初の小惑星表面探査における科学的課題の多くは補えると考えられます。イトカワは、月、金星、火星、タイタンと並んで、表面状態が最も細かく調べられた太陽系天体になったと言えます。

2005年11月17日

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