フォボス（衛星）

発見と観測の歴史

発見後、フォボスは地上の望遠鏡で撮影・追跡され、その後は複数の宇宙機によって観測された。マリナー計画やバイキング計画などのミッションによる初期のフライバイ観測と周回軌道からの撮像は、最初の詳細な画像をもたらした。その後、フォボス計画におけるソ連の探査機や、マーズ・エクスプレスなどの周回機が、より高解像度の地図作成と組成データを提供した。組成の理解を深め、地球へ持ち帰る試料を得るため、フォボスを対象とするミッションの提案と試みがいくつも行われてきた。一部の試みは失敗したが、新しいミッションも計画されている。

物理的特徴

フォボスは小さく不規則な天体である。最長径はおよそ27キロメートルとされ、より短い軸は数十キロメートル程度である（他の寸法は測定方法によって異なる）。表面には多数のクレーターがあり、長く直線的な溝と谷が横切っている。最も目立つ衝突地形は大きなスティクニー・クレーターで、一方の半球を支配する。表面は、衝突や宇宙風化によって生じた、緩い物質と塵の層であるレゴリスに覆われている。フォボスの重力は惑星やより大きな衛星と比べてきわめて弱いため、表面の過程や噴出物の振る舞いは大きな世界の場合とは異なる。

軌道と力学

フォボスは火星表面からわずか数千キロメートル上空という非常に近い距離を公転し、8時間未満で一周する。潮汐固定されているため、常に同じ面を火星に向けている。公転周期が火星の一日の長さより短いため、火星上からは西から昇り、東へ沈むように見える。火星とフォボスの潮汐相互作用は衛星をゆっくり内側へ引き寄せており、軌道減衰は一般に1世紀当たり数メートル程度と推定される。地質学的時間尺度では、この内向きの移動によってフォボスは火星のロッシュ限界に近づく可能性があり、そこでは潮汐力が構造的な結合力を上回りうる。

起源と予想される運命

フォボスの起源については議論が続いている。一つの仮説は、炭素に富むD型天体に似た始原的な小惑星が捕獲されたというものであり、いくつかのスペクトル上の類似性がこれを部分的に支持する。別の仮説は、火星の歴史の初期に起きた大規模衝突で生じた破片からフォボスが形成されたとする。コンピューターモデルは、衝突起源のシナリオが、近接し軌道傾斜角の小さい軌道に小衛星を生み出しうることを示している。いずれの説も決定的に証明されたわけではなく、組成、空隙率、軌道の履歴を整合させることは、現在も活発な研究分野である。

軌道減衰のため、多くのモデルは、フォボスが最終的にロッシュ限界の内側へ入り、潮汐応力によって破壊されると予測している。これは数十億年後ではなく、数千万年後に起こりうると推定されている。その際、衛星は破片へ引き裂かれ、一部の破片は火星へ再衝突し、別の一部は火星の周囲に一時的な環の系を形成するかもしれない。潮汐破壊と環の形成については、ロッシュ限界および惑星の環に関する解説を参照。

探査と科学的重要性

フォボスは一連の宇宙機によって観測され、試料返還への関心がミッション計画を後押ししてきた。ソ連時代のフォボス計画は、成果が一様ではなかったものの、近距離からの貴重なデータを取得した。比較的近年の注目すべき試料返還の試みは、地球周回軌道を離脱できずに失敗した。一方、国際的な取り組みには、詳細な分析のためフォボスの物質を地球へ持ち帰ることを目指す、計画中の試料返還ミッションが含まれる。フォボスの組成と内部構造を理解することは、それが捕獲小惑星か衝突の産物かを判定する助けとなり、火星と小型衛星の関係も明らかにする。

主な事実と特徴

• フォボスは比較で分かるように地球の月よりはるかに小さいが、この大きさの天体としては表面地形がよく研究されている。
• その溝、クレーターの分布、レゴリスは、複雑な衝突史と、高い空隙率を含む可能性がある力学的性質を示唆する。
• フォボスは、惑星半径に対する比で見れば太陽系の他の大半の衛星よりも主惑星に近い軌道を回る。このことは潮汐進化に影響し、衝突クレーター形成と小天体力学を研究する魅力的な自然の実験場としている。
• 低重力で火星に近いことから、フォボスは将来の火星系におけるロボット探査や有人ミッションのための中継拠点となる可能性が検討されている。

さらに読むには、ダイモス、地球の月との比較研究、ならびに衝突過程と小天体力学の技術的レビューを扱う、専門的な惑星科学資料や宇宙機関のページを参照。