NASA はついに金星へ戻ります。この 2 つのミッションで何を発見しようとしているのか、ご紹介します。

マウント・ホリヨーク大学の天文学者、ダービー・ダイアー氏は、金星探査ミッションの提案書を書くのが非常に上手だ。

10年以上前、彼女は金星の有毒な大気を採取し、表面の岩石を削る探査機を開発する科学チームに参加した。NASAは2009年にこのミッションを最終候補3つのうちの1つに選んだが、代わりに小惑星の塵を採取することを選択した。

2015年、彼女は再び挑戦した。ダイアーはジェット推進研究所（JPL）のスザンヌ・スムレカー率いるグループに加わり、上空から金星の地形や岩石の種類を測量できる周回宇宙船を設計した。この宇宙船は、金星の雲を突き抜ける別のミッションとともに、最終候補5つのうちの1つとなった。2017年、NASAは2つの競合ミッションを承認した。どちらも小惑星へのミッションだった。「NASA​​は、金星への2つのミッションを除いて、ほぼすべてに資金を提供しました」とダイアーは言う。「あの経験は私たち全員の心に残っています。」

しかし、もっと野心的なミッション構想の締め切りまであとわずか 4 か月しかなかったため、うじうじしている暇はなかった。粘り強い科学者たちの中核グループは、自分たちの周回機のアイデアを大気圏探査機と融合させるべく競い合い、ダイアーとスムレカーは締め切り日の午前 2 時まで提案を練り上げ、金星を訪れたいという思い (ダイアーによると、テキーラも) に突き動かされた。彼らの計画は最高点を獲得したわずか 3 つのうちの 1 つだった。NASA は残りの 2 つを進めた。「それは非常に苛立たしいことでした」と彼女は言う。

それでも、クルーは気を取り直し、次の企画募集に向けて準備を始めた。今回はゆっくり作業でき、テキーラも必要なかった。

金星到達計画の草案作成と再草案作成に何年も費やした努力がついに実を結んだ。6月2日、NASAは数十年ぶりに、ついに金星の隣の惑星に戻ってくると発表した。NASAは、これまで何度も通過した探査機と大気圏探査機の最終形態となる2つのミッションに資金を提供することを決定した。この決定的な勝利に、ダイアー氏と金星科学コミュニティの残りの人々は大喜びしている。

「私をつねってみて！最初の1、2日は信じられませんでした」と彼女は言う。「次の日目が覚めたらあれは夢だったと分かるんじゃないかとずっと思っていました。」

ミッション設計者がNASAと協力を続けるにつれて、より細かい詳細は変わるかもしれないが、ここでは、ダイアー氏と多くの協力者が、金星がどのように形成されたのか、金星には生命が存在できる条件があったのか、そして現在どのような様子なのかなど、金星に関する基本的な疑問に答えるためにどのように取り組むかについての大まかな計画を示す。

ベリタス

最初のミッションは、ダイアー氏が第2位の科学者（第1位はスムレカール氏）として2028年に打ち上げられる。金星放射率、電波科学、InSAR、地形、分光法（VERITAS）宇宙船は、金星まで約6か月かけて移動し、その後約3年間軌道上で過ごす。金星から110マイルから150マイル（地球からISSまでの高度の半分）の高度から、VERITASは2つの主な科学機器を使用して、2つの主な目標を達成する。

まず、VERITAS はレーダーを使って金星の厚い雲を突き抜け、表面をスキャンして鮮明な地形図を作成する。NASA は 2006 年に火星探査機マーズ・リコネッサンス・オービターでこの基本的なステップを踏んだが、金星探査は遅れをとっている。

黄色い惑星のこれまでで最も優れた地図は、1990年から1994年まで運用されたマゼラン探査機によるものだ。この探査機が作成した金星のレーダー画像はぼやけており、地図の各ピクセルは金星の表面の約12.5マイルを表していた。VERITASの最新レーダーアイは、100倍鮮明に見えるようになり、各ピクセルは数十フィートから数百フィートしかカバーしない。また、地形図も作成し、高さを約15フィート単位で記録する。

これらの新しい地図は、金星の陸地が時間とともにどのように移動してきたかを理解したいと考えている地質学者や、将来の着陸船を設計するミッションプランナーにとって不可欠なものとなるだろう。「基礎データです」とダイアー氏は言う。

第二に、探査機は金星の地質、特に金星の地表の大部分を占めると考えられている玄武岩と花崗岩の分布を地図化する。岩石サンプルを直接採取できない研究者は通常、物質が反射または放出する光の特定の色を分析する分光法で物質の構成を解明する。しかし、金星の岩石は二酸化炭素の雲のほぼ透視不可能なベールの後ろに隠れており、はるか昔に蒸発した古代の海の名残である可能性がある。

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しかし、VERITAS の研究者たちは、簡単には落胆しないという姿勢を何度も示してきた。この課題に取り組むために、彼らは金星の二酸化炭素の殻にあるいくつかの亀裂を利用する計画を立てている。この分子は、1,000 ナノメートル付近に集まったいくつかの波長からの光線を遮断できない。これは、鉄を含む特定の金属を識別するのに役立つ。

身近な物質が地獄のような金星でどのように見えるかは誰にも正確には分からないが（下層大気は鉛を溶かすほど高温で、地球の空気の何十倍もの密度がある）、ダイアー氏には数年かけて調べる時間がある。彼女の研究室は現在、ドイツ宇宙機関と共同で、さまざまなサンプルを焼き、機械学習を使って分光学的にその組成を検出しようとしている。

ダヴィンチ+

VERITAS が金星を周回する間、ミッションの途中で DAVINCI+ (金星深部大気希ガス、化学、および画像化プラス) がこれに加わる。2029 年に打ち上げられる DAVINCI+ は、6 か月の飛行の後、16 か月かけて一連の金星フライバイを行い、必要に応じて位置を調整してペイロードを正確に届ける。

3回目のフライバイでは、探査機を金星のアルファ・レジオ領域上に直接投下する予定だ。この領域はテッセラと呼ばれる謎の地形の一例だ。金星の大部分は玄武岩の平原だが、テッセラは平原から1マイルほど上に突き出ている明るい地形だ。研究者の中には、これらの高地は金星の初期の地殻の名残、おそらく古代の大陸の残骸だと考えている人もいる。

分離後すぐに、副主任研究員のステファニー・ゲッティが「興奮の59分間」と呼ぶ短い期間が始まる。22か月かけて配置についた後、探査機は1時間弱で金星の大気についてできる限り多くのことを学ぶことになる。

この作業は、地表から約 42 マイル上空で始まります。パラシュートが 3 フィート幅の金属球の落下を減速します。タブの独特なパターンにより、球は穏やかで安定した速度で回転します。探査機はおよそ 600 フィートごとに金星の空気を吸い込み、その高度に存在する酸素、硫黄、キセノン、ヘリウムなどのさまざまなガスの量を記録します。

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惑星科学者たちは、これらのデータセットから、金星の歴史に関する知識の大きな穴を埋めたいと考えている。惑星はヘリウムなどの不活性ガスをさまざまな割合で噴出しており、たとえばこれらの「希」ガスを測定することで、研究者は金星がどのように形成され進化したかを再構築できるだろう。

DAVINCI+ は、金星の海や湖が蒸発して水素と酸素に分解され、一部が宇宙に失われた際に残されたさまざまな種類の水素も検出する。これらの分子は、金星が生命に必要な暖かく湿潤な環境を備えていたかどうか、またその期間はどのくらいだったかを研究者に伝える。天文学者が何千もの太陽系外惑星を発見する中、こうした疑問はますます緊急性を増しており、その一部は現在では古代の金星に似ている可能性がある。「金星を居住可能にしたメカニズムは、現在も他の惑星で機能している可能性があり、その動作を観察できる」と、DAVINCI+ のもう 1 人の副主任研究員であるジャダ・アーニー氏は言う。

およそ 30 分の飛行時間の後、探査機は高度約 25 マイルまで降下します。この時点で、球体は雲の下に飛び出し、下向きのカメラで下にあるアルファ レジオをはっきりと見ることができます。高度が低いほど、空気はますます濃くなり、液体のように振舞います。周囲の空気の波に浮かびながら、球体はパラシュートを開放し、補助なしで降下後半を完了します。探査機は、地表から約半マイル上空まで写真を撮り、大気をサンプリングし続け、飛行時間の最後の瞬間を使ってデータを上空の母船に送信します。送信が終了すると、ミッションは正式に終了します。

「私たちは事実上、探査機とハイタッチして『よくやった』と言います」とゲッティ氏は言う。

しかし、DAVINCI+ はまだ生き残るかもしれない。アーニー氏によると、チタン製の球体は時速約 30 マイルで金星の表面に衝突すると予想されており、致命的な着陸になるかどうかはわからない。万が一、電子機器が機能し続ければ、探査機は金星の過酷な環境に屈するまで、さらに 18 分間、計測と画像の撮影を続けることができるはずだ (カメラは地面に接している可能性が高いが)。

金星の10年

ダイアー氏は、10 年間の失望の後、VERITAS と DAVINCI+ が金星コミュニティの 10 年間の活動の先駆けとなることを期待しています。最新の地図とデータセットにより、研究者が金星について理解していることと火星について理解していることのギャップは縮まり始めるでしょう。しかし、本当に追いつくには、彼らは表面に降り立つ必要があります。そして、今日のテクノロジーにより、ダイアー氏のような科学者は 2009 年当時よりも大きな夢を描くことができます。彼女は、表面を探索する方法として主に 2 つを考えています。

1 つ目は、本格的な着陸機です。この機械は、おそらく幅 6 フィートの球体の形になり、1 日から 5 日間耐えられる地球化学機器が満載されます。

あるいはNASAは小型化を進めることもできる。NASAは、軽量で頑丈、比較的シンプルな機械の開発にかなりの資金を投入してきた。その機械は長期寿命型太陽系探査機（LLISSE）と呼ばれ、理論的には金星で最長2か月間稼働できる。靴箱ほどの大きさなので、探査機は小さなLLISSE群を金星に展開し、写真を撮ったり、金星の地震を感知したり、さまざまなミッションを実行したりできる。

次回のミッションプロファイルの募集は2024年に行われ、ダイアー氏はその競争を楽しみにしている。

「両方のタイプの提案が提出されることを期待しています」と彼女は言う。「そして、最も優れた提案が勝者になることを願っています。」