NASAはどのようにしてエウロパ・クリッパーを宇宙放射線から守っているのか

地球の2万倍強い磁場が高速の荷電粒子を木星周辺に閉じ込める事で強力な放射線源として機能している。以下、機械翻訳。

NASAはどのようにしてエウロパ・クリッパーを宇宙放射線から守っているのか
ジェット推進研究室
2023年10月24日
記事
10月7日、JPLの宇宙船組立施設のメインクリーンルームで、NASAのエウロパ・クリッパーの保管庫を閉めるエンジニアと技術者が見られた。保管庫は、木星を周回する探査機の電子機器を保護する。
NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
氷に覆われた謎の衛星エウロパを探査するには、木星を囲む放射線や高エネルギー粒子の攻撃に耐える必要があります。

NASA のエウロパ クリッパーが、氷に覆われた衛星エウロパが生命に適した環境にあるかどうかを調査するために木星の周回を開始するとき、探査機は太陽系で最も過酷な放射線環境の 1 つを繰り返し通過することになります。

その放射線による潜在的な損傷に対して探査機を強化するのは簡単な作業ではありません。 しかし10月7日、ミッションは、エウロパ・クリッパーの洗練された電子機器を保護するために特別に設計されたコンテナである金庫室を密閉する際に、探査機の「装甲」の最後の部分を所定の位置に設置した。 この探査機は、2024年10月の打ち上げに先立ち、南カリフォルニアにあるNASAのジェット推進研究所の宇宙船組立施設で少しずつ組み立てられている。

Spacecraft Makers: Introducing Europa Clipper
JPL のクリーン ルームの舞台裏で NASA のエウロパクリッパー ミッションのチーム メンバーに加わり、探査機の設計について学びましょう。 クレジット: NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
「保管庫を閉じることは大きなマイルストーンです」とJPLのヨーロッパ・クリッパーの副飛行システムマネージャー、ケンドラ・ショート氏は語った。 「それは、必要なものがすべてそこにあることを意味します。 ボタンを留める準備はできています。」

厚さ1センチメートル未満のアルミニウム製の保管庫には、探査機の科学機器一式の電子機器が収納されています。 電子部品の各セットを個別にシールドする代替案では、探査機のコストと重量が増加します。

「保管庫は、ほとんどの電子機器にとって放射線環境を許容レベルまで下げるように設計されています」と、エウロパクリッパー放射線フォーカスグループの共同議長で宇宙放射線の専門家であるJPLのインス・ジュン氏は述べた。

懲罰的な放射線
木星の巨大な磁場は地球の20,000倍も強く、木星の 10時間の自転周期に合わせて急速に回転します。 この場は木星の宇宙環境から荷電粒子を捕らえて加速し、強力な放射線帯を作り出します。 放射線は一定の物理的存在であり、一種の宇宙天気であり、その影響範囲内のあらゆるものに有害な粒子を衝突させます。

「木星は太陽系の中で太陽を除けば最も強い放射線環境を持っている」とジュン氏は言う。 「放射線環境はミッションのあらゆる側面に影響を与えています。」


このイラストは、木星の衛星エウロパの近くを飛行するNASAのエウロパ クリッパーを描いています。このミッションは2024年10月の打ち上げを目標としている。
NASA/JPL-カリフォルニア工科大学
そのため、2030年に探査機が木星に到着するとき、エウロパ クリッパーは単にエウロパの周回軌道上に駐機するわけではありません。 その代わりに、木星系を研究した以前の探査機のように、木星そのものの広範囲の軌道を周回して、木星やその過酷な放射線からできるだけ遠ざける予定だ。 惑星の周回軌道の間、探査機は科学データを収集するためにエウロパを約50回通過します。

JPLの惑星科学者で、氷の外衛星であるエウロパと土星のエンケラドゥスを専門とするトム・ノードハイム氏は、放射線が非常に強力であるため、科学者らはエウロパの表面を変化させ、目に見える色の変化を引き起こしていると考えていると述べた。

「エウロパの地表での放射線は、主要な地質変化プロセスです」とノードハイム氏は述べた。 「エウロパの赤茶色を見ると、科学者たちはこれが放射線処理と一致していることを示しました。」

混沌とした氷景
そのため、技術者らがエウロパ・クリッパーから放射線を遮断するよう努めている一方で、ノードハイム氏やジュン氏のような科学者は、宇宙探査機を使って放射線を研究したいと考えている。

「専用の放射線監視ユニットを備え、機器からの日和見放射線データを使用するエウロパクリッパーは、木星の独特で困難な放射線環境を明らかにするのに役立ちます」とジュン氏は述べた。

ノードハイムは、エウロパの「カオス地形」に焦点を当てています。この領域では、表面物質のブロックがばらばらになり、回転し、新しい位置に移動したように見え、多くの場合、既存の直線状の破壊パターンが保存されています。

科学者らは、衛星の氷の表面の下には広大な液体の水の海があり、そこが生命の居住に適した環境を提供している可能性があると考えている。 エウロパの表面の一部の領域では、物質が地下から地表へ輸送された証拠。 「放射線がその物質をどのように変化させたのかを理解する必要がある」とノードハイム氏は言う。 「材料の化学組成を変える可能性があります。」

熱の力
エウロパの海は氷の膜の中に閉じ込められているため、地球上の植物のように、どのような生命体もエネルギーを太陽に直接依存することはできません。 代わりに、熱や化学エネルギーなどの代替エネルギー源が必要になります。 エウロパの表面に降り注ぐ放射線は、表面の氷層と相互作用して酸素や過酸化水素などの酸化剤を生成し、そのような放射線源を提供するのに役立つ可能性がある。

時間の経過とともに、これらの酸化剤は地表から海洋内部に輸送される可能性があります。 「地表は地下への窓である可能性があります」とノードハイム氏は言う。 このようなプロセスをより深く理解できれば、木星系の秘密をさらに解き明かす鍵が得られる可能性がある、と彼は付け加えた。「放射線はエウロパをとても興味深いものにしているものの一つです。 それは物語の一部です。」

ミッションの詳細
エウロパ クリッパーの主な科学目標は、木星の氷の衛星エウロパの下に生命が存在できる場所があるかどうかを判断することです。 このミッションの 3 つの主な科学目的は、衛星の氷の殻の厚さとその表面と下の海との相互作用を測定すること、衛星の組成を調査すること、そして地質の特徴を明らかにすることです。 このミッションによるエウロパの詳細な探査は、科学者が地球外の居住可能な世界に関する宇宙生物学的可能性をより深く理解するのに役立ちます。

エウロパの詳細については、こちらをご覧ください。
エウロパ.NASA.GOV