NASAのパーサヴィアランスのカメラがこれまでにない形で火星を撮影

天文・宇宙

赤い惑星の全体像を把握するために、6輪の探査機に搭載された多数のイメージャーを活用する科学者たち。

NASAのローバー「パーサヴィアランス」は、地球で217日(火星では211日/火星日1火星日とは、火星における一日の時間である。火星の一日は、地球における時間の単位を使用すると、平均24時間39分35.244秒となる。 約668 Solで火星の一年となる。地球と同じように春分などの季節があり、日の入りや夏の日照時間なども同様に変化する。Wikipedia)以上にわたってジェゼロ・クレーターを探査しており、そこにあるほこりだらけの岩石が、溶岩と水が流れる揮発性の若い火星について語り始めています。

何十億年もの時を経た火星の物語は、パーサヴィアランスに搭載された7台の強力な科学カメラによって展開されています。

これらのカメラは、遠くから小さなものを探し出したり、火星の風景を一望したり、小さな岩の粒を拡大したりすることができます。

また、これらの特殊なカメラは、赤い惑星に微小な生命が存在していたかどうかを知るために、どの岩のサンプルが最適かを探査機チームが判断するのにも役立っています。

「ロシェット」と呼ばれる岩の上で自撮りした写真。

2021年9月10日、火星滞在198日目/火星日に、NASAの火星探査機パーサヴィアランスがWATSONカメラを使って、「ロシェット」と呼ばれる岩の上で自撮りした写真。探査機がロボットアームを使って岩石のコアサンプルを掘削した2つの穴が見えている。

パーサヴィアランスのチームは、世界中の約800人の科学者とエンジニアで構成されています。

その中には、ローバーのカメラや機器を担当する数十人から100人までの小さなチームも含まれています。

そして、カメラを担当するチームは、何を撮影するかを決めるたびに調整しなければなりません。

南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所でパーサヴィアランスの最初の科学キャンペーンの共同リーダーを務めるVivian Sun氏は、「イメージングカメラはすべてにおいて非常に重要な要素です。私たちは毎日、科学のために多くのカメラを使用しています。これは絶対的にミッションクリティカル2システムのミッションクリティカルな要素とは、事業運営や組織にとって必要不可欠な要素のことです。ミッションクリティカルな要素が故障したり破壊されたりすると、事業運営や組織に深刻な影響を与え、さらには社会的な混乱や大惨事を引き起こす可能性があります。なものです。」と述べています。

Mars Report: Update on NASA's Perseverance Rover SHERLOC Instrument (September 23rd, 2021)

2月にパーサヴィアランスが着陸してすぐにストーリーテリングが始まり、複数のカメラが科学的な調査を行う中で、素晴らしい画像が次々と映し出されました。

ここでは、その仕組みと、これまでに撮影された画像の一部をご紹介します。

全体像

全体像

2021年7月1日(ミッション開始から130日目/火星日)、これまでで最長となる358フィート(109メートル)の自律走行を行ったパーサヴィアランスが、ナビゲーションカメラの1つをトラックに向けて振り返る。画像にはコントラストを高める処理が施されています。©NASA/JPL-Caltech

パーサヴィアランスに搭載されている2台のナビゲーションカメラと9台のエンジニアリングカメラが、ローバーの自律走行機能を支えています。

停車するたびに、ローバーはまずこの2台のカメラを使って360度の視界を確保し、土地の状況を把握します。

「ナビゲーションカメラのデータは、SuperCam3SuperCamは、探査機「Mars 2020 Perseverance」に搭載される一連のリモートセンシング機器で、カメラ、2つのレーザー、4つの分光器を用いて岩石や土壌を遠隔分析し、過去に火星に微生物が存在していた場合、その生物学的特徴を示す有機化合物を探索します。やMastcam-Z4Mastcam-Zは、マルチスペクトル、ステレオスコピックのイメージング機器です。NASAのローバー「パーサヴィアランス」の主要な科学カメラとして使用されています。などのより高解像度の観測機器を使って目標とする科学的フォローアップを行うために、これらの画像を得るためにとても役立ちます。」とSun氏は述べています。

パーサヴィアランスに搭載されている6台の危険回避カメラ(Hazcams5NASAの火星探査機「Spirit」「Opportunity」「Curiosity」「Perseverance」や、中国の月探査機「Yutu」の前面下部に搭載されている写真カメラです。)のうち、前方の2台はトラブルスポットを回避したり、ローバーのロボットアームを目標物に当てたりするために使用され、後方の2台はローバーをより広い風景の中に配置するための画像を提供しています。

Mastcam-Zは、ローバーのマストに取り付けられた「目」のようなもので、ズーム機能を備えた3D画像を含むカラーパノラマ写真を撮影することができます。

また、高解像度のビデオも撮影できます。

火星探査機パーサヴィアランスは、Mastcam-Zカメラシステムを使用して、岩石のサンプル採取場所を探すために、この強化カラーパノラマを作成しました。このパノラマ画像は、2021年7月28日(火星滞在日数155日目/火星日)に撮影された70枚の画像をつなぎ合わせたものです。

アリゾナ州立大学のJim Bell氏が率いるMastcam-Zのチームは、大規模なグループのための画像を作成するために高速で作業を行っています。

「今回のミッションでの私たちの仕事の一部は、一種のトリアージ6優先順位付け。です。広大な土地を見渡して、地質や色などを簡単に評価することができます。これは、チームがどこに観測機器を設置すべきかを判断するのに役立っています。」

色は重要です。

Mastcam-Zの画像は、マーズ・リコネイサンス・オービター(MRO)7マーズ・リコネイサンス・オービター(MRO)は、火星の地質や気候の研究、将来の着陸地点の偵察、地表ミッションからのデータの地球への中継などを目的とした探査機です。が軌道上から見た地形と、地上で見た地形との関連性を示すのに役立ちます。

また、Mastcam-Zは低解像度の分光器としても機能しており、捉えた光を11色に分けて表示します。

この色を分析することで、光を発している物質の組成を知ることができ、ミッションの真の分光器でどの特徴にズームインするかを決めるのに役立ちます。

例えば、3月17日に撮影された有名な画像があります。

この画像には、大昔にクレーターで形成された扇形の川の三角州の一部である、「Delta Scarp」と呼ばれる広い切り立った部分が写っています。

「Mastcam-Z」で広い範囲を撮影した後、「SuperCam」で詳細を確認しました。

ロングビュー

ロングビュー

2021年3月17日、パーサヴィアランスのRMI(Remote Microscopic Imager)カメラが1.4マイル(2.25km)離れた場所から撮影した、ジェゼロ・クレーターの「Delta Scarp」のモザイク(5枚の画像から構成される)。©RMI: NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/CNRS/ASU/MSSSMastcam-Z: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

科学者たちはSuperCamを使って鉱物学や化学を研究したり、古代の微生物の証拠を探したりしています。

パーサヴィアランスのマストに取り付けられたMastcam-Zの近くには、RMI(Remote Micro-Imager)が搭載されており、1マイル以上離れた場所からソフトボール程度の大きさのものを拡大して見ることができます。

「Mastcam-Z」がDelta Scarpの画像を提供した後、「SuperCam RMI」がDelta Scarpの一角に焦点を当て、クローズアップ画像を提供し、後でそれをつなぎ合わせてより鮮明な画像にしました。

ニューメキシコ州のロスアラモス国立研究所でSuperCamの主任研究員を務めるRoger Wiens氏は、これらの画像は、火星の太古の姿を物語っています。

「この画像には巨大な岩が写っています。つまり、大規模な鉄砲水が発生して、岩石が川底に流され、このデルタ形成になったということです。」

デルタ層は、彼にさらに多くのことを教えてくれた。

「これらの大きな岩は、デルタ層の途中にあります。もし湖底がいっぱいだったら、これらは一番上にあるはずです。つまり、鉄砲水が起きたときには湖は満杯ではなかったのです。全体的に見て、これは不安定な気候を示しているのかもしれません。もしかしたら、微生物を育てるのに適した、穏やかで住みやすい場所ではなかったのかもしれません。」

さらに、この初期のクレーターの床には、溶岩やマグマから形成された火成岩の痕跡が見られます。

これは、湖が形成される前、途中、後に、水が流れただけでなく、溶岩が流れたことを意味しているのかもしれません。

これらの手がかりは、古代火星の生命体の痕跡や居住可能な環境を探すミッションにとって非常に重要です。

そのために、ローバーは火星の岩石や堆積物のサンプルを採取しており、将来のミッションでは地球に持ち帰って詳しく調査することになります。

クローズアップ

クローズアップ

2021年7月11日、「パーサヴィアランス」はWATSONカメラで「Foux」と名付けられた岩石を撮影しました。カメラ内の面積は約1.4×1インチ(3.5cm×2.6cm)。©NASA/JPL-Caltech/MSSS

WATSONをはじめ、パーサヴィアランスに搭載されているさまざまなカメラが、これらのサンプルの選別をサポートしています。

WATSON(操作およびエンジニアリング用の広角地形センサー)など、さまざまなパーサヴィアランスのカメラがこれらのサンプルの選択を支援します。

探査機のロボットアームの先端に設置されたWATSONは、岩石や堆積物を極限までクローズアップし、それらの物質に含まれる小さな粒やその間にある「セメント」の種類、大きさ、形、色を正確に捉えます。このような情報は、火星の歴史やサンプルの地質学的な背景を理解するのに役立ちます。

また、WATSON8WATSON (Wide Angle Topographic Sensor for Operations and eNgineering)は、SHERLOCが収集した火星の鉱物や有機物の非常に詳細な画像や地図から、SuperCamやMastcam-Zがマストから観測するより広いスケールの画像へと橋渡しする画像を撮影します。は、岩石のコアサンプルを採取するためのローバーのドリルの位置を決めたり、サンプルがどこから来たのかを画像化したりします。

このイメージャーは、SHERLOC(Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals)と連携しており、ローバーの最高解像度カメラであるACI(Autofocus and Contextual Imager)が搭載されています。

SHERLOCは紫外レーザーを用いて岩石や堆積物に含まれる特定の鉱物を識別し、同じくロボットアームに搭載されたPIXL(Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry)はX線を用いて化学組成を測定します。

これらのカメラはWATSONと連携して、クレーターの底にある火成岩の痕跡などの地質データを、科学者が驚くほどの精度で捉えています。

SHERLOCの主任研究員であるJPL9NASAのジェット推進研究所のLuther Beegle氏は、「硫酸塩や炭酸塩など、水性環境で形成された物質の非常に素晴らしいスペクトルが得られています。」と語っています。

エンジニアはWATSONを使ってローバーのシステムや足回りをチェックしたり、パーサヴィアランスの自撮り写真を撮ったりしています。

Beegle氏は、画像処理装置の性能の高さだけでなく、火星表面の過酷な環境に耐えうる能力を備えていることから、パーサヴィアランスが大きな発見をする可能性に自信を持っていると言います。

「生命の痕跡の保存に適したデルタ地帯に近づけば、そこに何かがあれば、それを見るチャンスは大いにあります。」と語っている。

ミッションの詳細

パーサヴィアランスの火星でのミッションの主な目的は、古代の微生物の痕跡を探すことを含めた宇宙生物学です。

このローバーは、火星の地質と過去の気候の特徴を明らかにし、人類による火星探査への道を開くとともに、火星の岩石やレゴリス(砕けた岩石や塵)を収集して保管する最初のミッションとなります。

その後のNASAのミッションでは、ESA(欧州宇宙機関)と協力して、火星に探査機を送り、地表からこれらの密封されたサンプルを採取し、詳細な分析のために地球に持ち帰ることになります。

Mars 2020 Perseveranceミッションは、NASAの月から火星への探査アプローチの一部であり、月へのアルテミス計画も含めて、赤い惑星への有人探査の準備を進めることになります。

カリフォルニア州パサデナにあるカリフォルニア工科大学がNASAのために管理しているJPLは、パーサヴィアランスローバーの製造と運用管理を行っています。

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