PowerPoint プレゼンテーション

(1)

エンセラダスの

ハビタビリティの解明

Direct Inside sea eValuation

for Enceladus (DIVE)チーム

神里，園家，枝本，江本，鈴木

(2)

テーマの検討

始めに、生命が存在する可能性のある惑星の探査を

(3)

ハビタブルゾーン（小林先生のスライドより）一般的なハビタブルゾーン拡張ハビタブルゾーン太陽系では地球のみ惑星の表面か地下に水がある火星,エウロパ,タイタン,エンセラダスも候補となる https://www.cps-jp.org/~mschool/pub/2017/2017-08-20/documents/slides/07_kobayashi.pdf https://www.cps-jp.org/~mschool/pub/2017/2017-08-20/documents/slides/07_kobayashi.pdf 生命の存在条件は水以外にもある

(4)

生命存在の条件とは

生命がもつ共通点・エネルギー_{,有機物,溶媒} 生命活動に必要なエネルギーはどう作る？ →酸化的物質と還元的物質が混ざる →非平衡から平衡へ移る →エネルギーが生じる

(5)

エネルギー論的ハビタブルゾーン

• エネルギー論的ハビタブルゾーンのなかで、有力とされているのはエウロパ、エンセラダス、火星である。（関根先生のスライドより） • 拡張ハビタブルゾーンとエネルギー論的ハビタブルゾーンを踏まえて、我々はエウロパ、エンセラダスのような内部海を持つ氷衛星に着目することにした。 https://www.cps-jp.org/~mschool/pub/2017/2017-08-20/documents/slides/01_sekine.pdf

(6)

氷衛星比較

→エンセラダスのほうが探査しやすい 対象天体 エンセラダス エウロパ 直径 [km] 500 km 3200 km 氷の厚さ [km] 5 km 以下 15～25 km 表面温度 [K] 32.9～145 K 50～125 K 太陽からの距離 [AU] 9.6 AU (土星） 5.2 AU (木星）重力 [G] 0.01 G 0.135 G 内部海水深 [km] 26～31 km 100～200 km

(7)

カッシーニによるエンセラダスのプリューム分析（先行研究）・H₂, CO₂がプリューム分析から存在が示唆・有機物, CH₄の発見・ナノシリカの発見→かんらん岩,熱水噴出孔の示唆 生命の条件 エンセラダス エウロパ 有機物〇？エネルギー（非平衡な化学勾配）？？溶媒〇〇 →プリューム分析からエンセラダスは内部海に生命が誕生しうる溶媒と有機物の存在が予測できる,非平衡な化学勾配があれば生命の条件をみたす

(8)

ミッション定義

エンセラダス内部海に非平衡な化学勾配があるかを調べる ・内部海の物質循環を明らかにする

酸化・還元,pH勾配を明らかにする温度分布から対流の有無を調べる

(9)

化学勾配の調査手段

• エンセラダス内海のH₂, CO₂濃度分布測定 H₂・・・還元剤の勾配 CO₂・・・微惑星由来と考えられているが,もし内海に存在していれば分布から物質循環がわかる • pH,温度の分布測定 pH・・・物質の化学反応速度,H₂を発生させている岩石（かんらん岩）の指標（8～10）,火山活動の有無の指標（2～ 3）温度・・・物質の化学反応速度,内海の熱分布から対流の調査

(10)

ミッション概要

• エンセラダスにオービター投入 • 全球の氷の厚さの調査（着陸場所の選定） • ランダーを氷表面に投下 • アクセプターによる氷地殻の掘削 • スイマーを内部海に放出 • 内部海の調査

(11)

(12)

先行研究

氷の掘削・ボストーク湖・・・ロシア湖面到達（3670m),ドリル・エルスワース湖・・・イギリスが熱水掘削（燃料不足で中止）・その他日本（431m）アメリカ（800m）・エウロパ・・・氷を熱で溶かしながら進むロボットを使って掘削、海中の探査をする（将来計画、EJSM）宇宙の海中探査・タイタン表層海探査,TiME（火星探査が優先されたため実行されず）・EJSM（計画）エンセラダスの探査・・・カッシーニによるプリューム分析熱水

(13)

ミッション要求 エンセラダスの内部海のH2濃度, CO2濃度,pH,温度分布を測定するエンセラダスの内部海の画像を取得するエンセラダスの内部海にアクセスする システム要求 要求先 内部海の水面から海底（水深31km）まで、異なる30 点以上の場所でH2濃度,CO2濃度,pH,温度を測定することスイマー上記と同じタイミングで画像を取得すること 5kmの氷の下へスイマーを送り込むことアクセプ_ターアクセプターの方向を鉛直下向きにする姿勢でエンセラダス表面に着陸すること _ランダーアクセプターを氷に向けて誘導すること氷の厚さを測定し、比較的薄い(5km以下)場所にランダーを投下することオービタースイマー⇒アクセプター⇔ランダー⇔オービター⇔地球の地上システムで通信できること全体

システム要求

ミッション定義に直接関係するスイマーとアクセプターに関する項目について詳細検討

(14)

システム仕様(スイマー)

システム要求(スイマー) 内部海の水面から海底（水深31km）まで、異なる30点以上の場所でH2濃度,CO2濃度,pH,温度を測定すること上記と同じタイミングで画像を取得することスイマー⇒アクセプターで通信できること システム仕様（スイマー） H2濃度,CO2濃度,pH,温度を測定する機器を持つ水中で画像を取得するためにカメラと光源を持ち、画像処理のための補助データとして角速度と加速度を測定する機器を持つ自身がいる水深を知るためのデータとして圧力(水圧)を測定する機器を持つ内部海を自重で沈んでいく(スイマーの密度を水の密度よりも大きくする)ことで海底(31km)まで移動する 10秒毎に各種データを取得する取得したデータを音波を使ってアクセプターに送信する

(15)

システム仕様(アクセプター)

システム要求(アクセプター) 5kmの氷の下へスイマーを送り込むことスイマー⇒アクセプター⇔ランダーで通信できること システム仕様（アクセプター） 熱を利用して氷を溶かし、自重を利用して氷の中を鉛直方向に5km以上進むことができるスイマーを自身の中に保管し、内部海に到達した際にスイマーを放出する内部海に到達したことを検知するために、氷を貫通したことを検知するスイマーからの音波によるデータを受信するランダーからのコマンド受信，取得したデータのランダーへの送信に電波通信(氷を通過する178MHz)を使用する

(16)

トレードオフ(スイマー)

項目有線無線重量 _{◎ (バッテリー不要) × (自律エネルギー源が必要)} 通信 _{◎ (高速，安定)} _{× (低速，不安定)} ケーブル _{× (30 km以上必要)} _{◎ (不要)} 外乱 _{× (ケーブルの抗力) ◎}

(17)

トレードオフ(アクセプター)

項目 ドリル 熱地球での実績 _{◎ 3768 m (ボストーク} 湖) ○ 800m(ウィランズ湖) ただし熱水ジェット再氷結防止 _{× (必要)} _{◎ (不要)} 削りクズの除去 × (必要) ◎ (不要) メンテナンス _{× (交換が必要)} _{◎ (不要)} 反作用 _{× (氷上への固定が必要) ◎ (反作用なし)} エネルギー源氷上に固定掘削機に付属ケーブル氷の厚さ以上の長さが必要

(18)

測定範囲測定精度作動温度質量電力 H2濃度溶存水素濃度計 0-2 mg/L 0-50 degC 1 kg 7 W CO2濃度溶存二酸化炭素濃度計 300-2000 µatm 3 µatm 0-40 degC 5.8 kg 4.5 W pH 半導体pH計 0-14 pH 0.01 pH 温度白金温度計 _{14-873 K} 圧力 _{半導体水圧計 0-276 MPa} _{0.01 %} _−40-70 degC 307 g 0.26 W 画像水中カメラ・光源 650 TVL −4-140 degC 250 g 260 W 角速度ジャイロ _±490 deg/s −40-85 degC 350 g 3 W 加速度加速度計 _{±10 G} 合計 _{約 8 kg} _{約 270 W}

スイマー搭載センサ

(19)

(20)

(21)

探査プラン

Event Years Days Launch 0 0

Reach Saturn’s orbit 12 (Sekine et, al.) 0 Reach Enceladus’s orbit 17 (Sekine et, al.) 0 Landing on Enceladus 18 0 Drilling start (Electric power by RTG) 18 180 Drilling complete 18 300 Sink start 19 0 Reach Enceladus’s sea bottom 19 1

(22)

サクセスクライテリア

• ミニマムサクセス：内部海への到達＆内部海表面のデータ取得 • フルサクセス エンセラダス内部海の表層から海底までの３0点のデータ取得 • エクストラサクセスチムニーの撮像（運次第）海底着地後、バッテリー残量23時間程度海底のデータ取得 →地殻の解析の一助となる

(23)

まとめ

• 「生命が存在する惑星の探査」をテーマとして、エンセラダス内部海に非平衡な化学勾配があることを調査するミッションを定義した。 • 化学勾配の調査手段として、エンセラダス内部海のH2,CO２,pH,温度の分布を調査することとし、ミッション要求を作成した。 • ミッション要求からシステム要求を作成し、スイマーとアクセプターに関してシステム仕様への落とし込みを行った。 • スイマーとアクセプターに関して一部システム設計を実施した。

(24)

角速度，加速度測定器

(25)

圧力測定器

http://www.mercan.co.jp/product-paroscientific-dijital_output_module.html#series9000

(26)

溶存水素濃度計

(27)

カメラ＆光源

(28)

参考文献

• （2003）,,開発中の原子炉および研究炉等

,http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detai

l.php?Title_No=03-04-11-03,2017/8/24参照 • Karla Clark(2009),Jupiter Europa Orbiter Mission Study

2008: Final Report

• EllenStofan, Titan Mare Explorer (TiME): First Exploration of an Extraterrestrial Sea

https://www.nasa.gov/pdf/580675main_02_Ellen_Stofa n_TiME_.pdf 2017/8/24参照

(29)

参考文献

• 関根康人（2012）土星衛星エンセラダスのプリューム物質の化学・生命探査,日本惑星科学会誌 Vol. 21 • （2012）,南極氷底湖に到達したロシアの掘削、環境汚 染に懸念 http://www.afpbb.com/articles/-/2856727?pid=8432713 2017/8/24参照

• Michaelray taylor(2012),CRYOBOTS COULD DRILL IN TO ICY MOONS WITH REMOTE FIBEROPTIC LASER POWER,https://www.wired.com/2012/04/bill-stone-laser-powered-europa-rover/,2017/8/24参照

• Peter West（2014）, 800 meters beneath Antarctic ice

sheet, subglacial lake holds viable microbial

ecosystems, https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cnt n_id=132267&org=NSF&from=news 2017/8/24参照

(30)

参考文献

• Yasuhito Sekine et al (2015),High-temperature water– rock interactions and hydrothermal environments in the chondrite-like core of Enceladus, Nature

PowerPoint プレゼンテーション

エンセラダスの

ハビタビリティの解明

Direct Inside sea eValuation

for Enceladus (DIVE)チーム

神里， 園家，枝本，江本，鈴木

テーマの検討

生命存在の条件とは

エネルギー論的ハビタブルゾーン

氷衛星比較

ミッション定義

化学勾配の調査手段

ミッション概要

先行研究

システム要求

システム仕様(スイマー)

システム仕様(アクセプター)

トレードオフ(スイマー)

トレードオフ(アクセプター)

スイマー搭載センサ

探査プラン

サクセスクライテリア

まとめ

角速度，加速度測定器

圧力測定器

溶存水素濃度計

カメラ＆光源

参考文献

参考文献

参考文献

神里，園家，枝本，江本，鈴木