先週、NASAの探査車パーセベランスは、地球外生命体探査における新たなマイルストーンを目指しました。火星に掘削し、岩石の塊を採取することです。この岩石は最終的に地球に打ち上げられ、科学者による研究に利用されます。8月6日早朝、NASAの科学者に送信されたデータは、その成功を示していました。探査車は確かに赤い惑星に掘削し、写真には掘削孔の周囲に塵の山が写っていました。
「午前中は感情のジェットコースターでした」と、NASAジェット推進研究所のサンプル採取・貯蔵担当主任エンジニア、ルイーズ・ジャンデュラ氏は昨日のブログ投稿で、この試みについて記した。データによると、パーセベランスはサンプルチューブを保管のために船体下部に移したとされていたが、実際にはそのチューブは空だった。「この現実を受け止めるのに数分かかりましたが、チームはすぐに調査モードに移行しました」とジャンデュラ氏は記している。「これが私たちの仕事です。科学と工学の根幹なのです。」
今のところ、チームは、火星2020ミッションの副プロジェクト科学者であるケイティ・スタック・モーガン氏が「失われたコア事件」と呼ぶ問題で何が起こったのかについて、いくつかの兆候をつかんでいる。
「サンプルのキャッシングプロセスは成功裏に実証されましたが、チューブの中にはコアが一つも入っていません」と彼女は言う。「これらのステップをすべて完璧に、そして成功裏に実行したにもかかわらず、チューブの中に岩石も何も入っていないなんて、一体どうしてあり得るのでしょうか？」
もちろん、探査車がコアサンプルを落としただけという説もありました。しかし、表面には破片は見当たりませんでした。また、スタック・モーガン氏は、チューブは「非常にきれいで、埃さえついていなかった。おそらくチューブの中に何も入り込んでいなかったのだろう」と述べています。
NASAの科学者たちは現在、コアが掘削過程で粉砕され、掘削孔周辺に散乱したと考えている。「掘削孔内に破片が見当たらない理由、そして地面にも破片が見当たらない理由を説明できます。破片は掘削孔の一部になっているからです」とスタック・モーガン氏は語る。「そこで私たちは、なぜそのようなことが起きたのかを考え始めました。なぜなら、打ち上げ前にエンジニアたちが採取した非常に広範囲にわたる岩石の試験サンプルでは、そのような挙動は見られなかったからです。」
パーセベランスは、かつて湖を抱えていたジェゼロ・クレーターで掘削作業を行っている。そのため、古代の微生物の生息地だった可能性がある。（掘削場所の事前調査には、火星探査ヘリコプター「インジェニュイティ」に頼っている。）表面の塵を採取するだけでなく、岩石を掘り下げることで、パーセベランスは火星の地質学的歴史に関する重要な手がかりを提供する。2012年に火星に着陸した探査車「キュリオシティ」も掘削作業を行ったが、これはコアを採取するのではなく、岩石を粉砕するように設計されていた。今回、NASAのエンジニアたちは、岩石が堆積した様子を観察できるサンプルを求めている。これにより、生命の痕跡、例えば一部の微生物は特徴的な鉱物を残すなど、生命の痕跡を分析することができる。
パーセベランスの場合、掘削プロセスは実際にはローバー内部の「アダプティブ・キャッシング・アセンブリ」と呼ばれるセクションから始まります。ここでロボットアームが保管庫からチューブを取り出し、「ビット・カルーセル」と呼ばれるパーセベランスのコアリングビットを収納する容器に挿入します。カルーセルは回転し、実験室の試験管とほぼ同じ形状と大きさのチューブを、実際に掘削を行う7フィート（約2メートル）のアームに渡します。「チューブが入ったコアリングビットを拾い上げます」と、パーセベランスの表面ミッション・マネージャーであるジェシカ・サミュエルズ氏は、最初の掘削試行前のインタビューで述べています。「そして今、実際にサンプルを採取する準備が整いました。」
岩石を採取するために、大型ロボットアームのドリルは地面に向かって回転し（リンゴの芯抜きのように）、同時にハンマーで打ち込みます。その間、ローバーは掘削の進行状況を常に検知しています。このデータはアルゴリズムに送られ、例えばハンマーの打ち込み量を調整したり、掘削速度を自動調整したりするのです。ロボットが十分に掘削すると、岩石サンプルを破壊しなければならないため、ドリルを実際に移動させます。「この動作によって、コアビット内のチューブが実際に横に移動し、コア破壊の動きを引き起こします」とサミュエルズ氏は説明します。
理想的には、ロボットはチョークほどの大きさの火星の破片を採取するでしょう。パーサヴィアランスは実際にはこのプロセスを何度も繰り返し、クレーターから複数のサンプルを採取します。血液サンプルを採取するのと同じようなイメージです。採血技師は血液が満たされるたびにチューブを交換しますが、パーサヴィアランスは岩石が満たされるたびに容器を交換します。
チューブがいっぱいになると、掘削アームはそれをアダプティブキャッシングアセンブリ内のビットカルーセルに戻します。次に、小さい方のアームがサンプルを拾い上げ、各ステーションに送ります。例えば、サンプルの体積を測定するプローブや、チューブの写真を撮るカメラがあります。次に、ディスペンサーに送られ、チューブにシールが装着されます。さらに別のステーションでシールを押し下げて作動させます。カメラはサンプルの状態を確認するために、さらに数枚の写真を撮影し、最後にロボットの腹部にある一時保管場所に戻されます。
このロボットは火星を周回しながら、約30個のサンプルを採取する予定です。「これらのチューブを積んで火星を周回し、集合的な貯蔵庫に降ろす準備が整うまで走り回ります」とサミュエルズ氏は述べました。チューブは、将来の火星サンプルリターンミッションが回収し地球に輸送するまで、この貯蔵庫で待機します。「科学チームは、堆積岩や火成岩など、あらゆる種類の岩石を持ち帰ろうとしています。なぜなら、それらは火星について様々なことを教えてくれるからです」と彼女は続けました。回収ミッションが帰還すれば、様々な機関の科学者が赤い惑星の地質を研究できるようになります。
写真：NASA
このロボットはこれを自律的に行っています。兄弟機である火星探査車と同様に、パーセベランスは地球上の人間による継続的な操縦に頼ることはできません。二つの惑星間の無線信号が伝わるのに最大20分かかるためです。そのため、パーセベランスは基本的に「一度セットしたら、あとは放っておいて」といったタイプの科学探査機です。「サンプルチューブを保管庫から取り出すところから、サンプル採取プロセス、そして保管庫に戻すところまで、完全に人間が操作する必要はありません」とサミュエルズ氏は言います。「すべてが自律的に行われます。」
最初の掘削は計画通りには進まなかったものの、当初は問題と思われていたことが、火星の地質に関する重要な手がかりとなる可能性を秘めている。掘削作業に着手した当初、スタック・モーガン氏をはじめとするNASAの科学者たちは、この岩石は堆積岩か玄武岩（結晶化したマグマ）のいずれかだと推測していた。掘削時の岩石の挙動を踏まえ、現在では玄武岩の可能性が高まっている。玄武岩は深部で結晶化して粗粒を形成する。「この岩石のコアを採取し始めたところ、基本的にこのような粒界に沿って砕け散っていきました」とスタック・モーガン氏は語る。
これは非常に興味深いことです。パーセベランスはかつて湖底だった場所で掘削を行っているからです。もし堆積岩、つまり湖によって堆積した泥の層を掘削できれば、微生物の痕跡を発見できる可能性があります。しかし、玄武岩のような火成岩は時系列データを提供してくれます。科学者たちはマグマがいつ硬岩になったのかを年代測定することができます。
言い換えれば、パーセベランスは何か刺激的な発見をしたのかもしれない。「正直なところ、最良のシナリオは、この岩石のコア採取に成功したことだったでしょう」とスタック・モーガンは言う。「しかし、次善のシナリオは、この地域の居住可能性を探る機会となる可能性のある岩石層を発見し、同時にジェゼロ・クレーターが居住可能だった正確な年代を推定できる可能性もあることです。」
NASAはパーセベランスの次の移動日をまだ発表していないが、主任エンジニアのルイーズ・ジャンデュラ氏はブログ投稿で、探査車は最初の掘削孔を後にして次のサンプル採取地点へと進むと述べている。インジェニュイティ・ヘリコプターは、その地点が堆積岩である可能性が高いと特定しており、「地球上でのテスト経験とより一致すると期待している」という。
「ハードウェアは指示通りに動作しましたが、今回は岩石が協力してくれませんでした」と彼女は続けた。「探査の本質を改めて思い知らされました。どれだけ準備をしても、確実な結果が得られる保証はないのです。」
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