マーズ・グローバル・サーベイヤー

マーズ・グローバル・サーベイヤー

ミッションタイプ	火星探査機
オペレーター	NASA  /ジェット推進研究所
コスパーID	1996-062A
SATCAT番号	24648
Webサイト	科学.nasa.gov
ミッション期間	9年11ヶ月26日
宇宙船の特性
打ち上げ質量	1,030.5 kg (2,272 ポンド) [1]
力	980ワット
ミッション開始
発売日	1996年11月7日 17:00  UTC ( 1996-11-07UTC17Z )
ロケット	デルタ II 7925 D-239
発射場	ケープカナベラル LC-17A
請負業者	ボーイングIDS
ミッション終了
廃棄	遺棄された
宣言された	2007年1月28日
最後の連絡	2006年11月2日 ( 2006-11-03 )
減衰日	2050年（推定）
軌道パラメータ
参照システム	等心円
政権	太陽同期
半長軸	3,769 km (2,342 マイル) [2]
偏心	0.008 [2]
ペリアレイオン高度	372.8 km (231.6 マイル) [2]
高度	436.5 km (271.2 マイル) [2]
傾斜	92.9度[2]
期間	1.95時間[2]
エポック	2004年12月10日
火星探査機
軌道投入	1997 年 9 月 11 日、01:17 UTC MSD 43972 16:29 AMT
火星探査計画

マーズ・グローバル・サーベイヤー（ MGS）は、 NASAのジェット推進研究所が開発し、1996年11月に打ち上げられたアメリカのロボット 宇宙探査機である。MGSは、電離層から大気圏、地表まで、地球全体を調査する地球規模の地図作成ミッションであった。 ^{[1]より大規模な}火星探査プログラムの一環として、マーズ・グローバル・サーベイヤーは、エアロブレーキング中に姉妹探査機の大気モニタリングを実施し着陸候補地の特定や地表テレメトリの中継によって火星探査車や着陸機のミッションを支援した^{。 [1]}

2001年1月に主ミッションを完了し、3回目の延長ミッション段階にあったMGSは、2006年11月2日にメッセージやコマンドに応答しなくなった。3日後に微弱な信号が検出され、セーフモードに入ったことが示された。宇宙船に再連絡して問題を解決する試みは失敗し、NASAは2007年1月に正式にミッションを終了した。^[3] MGSは高度約450kmの安定した近極円軌道上に留まっており、1996年の時点では2050年に惑星の表面に衝突すると予想されていた。^[4]

マーズ・グローバル・サーベイヤーは、主なミッション中に以下の科学目標を達成しました。^[1]

1. 火星の表面の特徴と地質学的プロセスを特徴づけます。
2. 表面の鉱物、岩石、氷の組成、分布、物理的特性を決定します。
3. 地球全体の地形、惑星の形状、重力場を決定します。
4. 磁場の性質を確立し、地殻残留磁場をマッピングします。
5. 地球全体の気象と大気の熱構造を監視します。
6. 表面の特徴、拡大したり後退したりする極冠、極のエネルギーバランス、季節サイクルで移動する塵や雲を監視することで、火星の表面と大気の相互作用を研究します。

マーズ・グローバル・サーベイヤーは延長ミッションで以下の目標を達成した。^[1]

1. 2006 年 3 月に火星に到達した NASA の火星探査機「マーズ・リコネッサンス・オービター」による継続的な観測を行うため、気象監視を継続しました。
2. 2007 年のフェニックス宇宙船と 2011 年のキュリオシティ探査車の着陸予定地点の画像。
3. 堆積岩の露頭地点など、科学的に重要な場所の観察と分析。
4. 風と氷による地表の変化を継続的に監視します。

• 1996年11月7日:ケープカナベラルから打ち上げ。
• 1997年9月11日: 火星に到着、軌道投入を開始。
• 1999 年 4 月 1 日: プライマリ マッピング フェーズが開始されました。
• 2001 年 2 月 1 日: 最初の延長ミッション フェーズが開始されました。
• 2002年2月1日: 第2次延長ミッションフェーズが開始されました。
• 2003年1月1日: リレーミッション開始。
• 2004 年 3 月 30 日: MGS は、火星探査ローバー スピリットとその最初の 85 ソルの移動を示す車輪の跡を撮影しました。

• 2004 年 12 月 1 日: 科学およびサポート ミッションが開始されました。
• 2005年4月: MGSは、マーズ・オデッセイ宇宙船の画像2枚とマーズ・エクスプレス宇宙船の画像1枚を撮影し、地球以外の惑星の周回軌道上にある他の宇宙船を撮影した最初の宇宙船となった。^[5]

• 2006年10月1日: 延長ミッションフェーズがさらに2年間開始されました。^[1]
• 2006 年 11 月 2 日: 宇宙船が太陽電池パネルの向きを変えようとした際にエラーが発生し、通信が途絶えました。
• 2006年11月5日: 宇宙船が指示を待っていることを示す弱い信号が検出されました。信号はその日のうちに途絶えました。^[3]
• 2006 年 11 月 21 日: NASA は、宇宙船の運用寿命が終了しそうだと発表しました。
• 2006 年 12 月 6 日: NASA は、MGS が撮影した、新たに発見された峡谷堆積物の画像を公開し、火星にまだ水が流れていることを示唆しました。
• 2007年4月13日: NASAはMGSの通信途絶の原因に関する予備報告書を発表した。^[3]

2006年11月2日、NASAは太陽電池パネルの調整を指示した後、宇宙船との連絡が途絶えた。数日後、宇宙船がセーフモードに入り、さらなる指示を待っていることを示す微かな信号が受信された。^[3]

2006年11月21日と22日、MGSは火星表面のオポチュニティ探査車との通信に失敗した。このトラブルを受けて、火星探査プログラムマネージャーのFuk Liは「現実的に、通信を再開するための最も可能性の高い可能性は尽きており、マーズ・グローバル・サーベイヤーによる驚異的な科学観測の流れは終わった可能性に直面している」と述べた。^[6]

2007年4月13日、NASAは宇宙船の喪失は宇宙船のシステムソフトウェアのパラメータ更新の欠陥が原因であると発表しました。^[3]宇宙船は冗長性とエラーチェックのためにシステムソフトウェアの同一のコピーを2つ保持するように設計されていました。その後のソフトウェア更新で、2人の独立したオペレーターが異なるパラメータで別々のコピーを更新した際に人為的ミスが発生しました。その後、修正更新が行われました。この修正更新にはメモリ障害が含まれておらず、宇宙船の喪失につながりました。

当初、この探査機は火星を1火星年（地球の約2年）観測することを目的としていた。しかし、得られた膨大な量の貴重な科学データに基づき、NASAはミッションを3回延長した。MGSは高度約450kmの安定した近極円軌道上に留まっており、当初の打ち上げ時には、その時点で赤い惑星を50年間周回した後、約2047年以降のどこかの時点で火星の表面に衝突すると予想されていた。これは、探査機に付着している可能性のある細菌による火星表面の汚染を防ぐためである。^[4]

デンバーのロッキード・マーティン宇宙航行学工場で製造されたこの宇宙船は、反対側から翼のような突起（太陽電池パネル）が伸びた長方形の箱型をしている。打ち上げ時に推進剤を満載した状態で、宇宙船の重量は1,030.5 kg（2,272ポンド）であった。その質量のほとんどは、宇宙船の中央部分を占める箱型のモジュールにある。この中央モジュールは、互いに積み重ねられた2つの小さな長方形のモジュールで構成されており、そのうちの1つは機器モジュールと呼ばれ、宇宙船の電子機器、科学機器、および1750Aミッションコンピューターを収容している。推進モジュールと呼ばれるもう1つのモジュールには、ロケットエンジンと推進剤タンクが収容されている。マーズ・グローバル・サーベイヤー・ミッションの開発と構築には約1億5,400万ドル、打ち上げには6,500万ドルの費用がかかった。ミッションの運用とデータ分析には、年間約2,000万ドルの費用がかかった。^[7]

MGSには5つの科学機器が搭載された。 ^[8]

• マリン・スペース・サイエンス・システムズが運用する火星探査カメラ (MOC) –火星探査カメラ( MOC ) は、元々は火星観測カメラとして知られていましたが、^{[9] [10]}は 3 つの機器を使用していました。1 つは高解像度画像 (白黒) (通常 1.5 ～ 12 m/ピクセル)、もう 1 つは背景画像 (240 m/ピクセル) と毎日の地球画像 (7.5 km/ピクセル) を撮影する狭角カメラです。MOC は 1997 年 9 月から 2006 年 11 月まで、4.8 火星年にわたる 24 万枚以上の画像を送信しました。^[11]
• 火星探査機レーザー高度計（MOLA） - MOLAは火星全体の地形を測定するために設計された。2001年6月にレーザーの一部が寿命を迎えるまで高度計として機能し、その後2006年10月まで放射計として機能した。^[12]

• 熱放射分光計（TES ） - この装置は熱放射をスキャンすることで表面の鉱物組成をマッピングします。^[13]
• 磁力計と電子反射計（MAG / ER） - この機器は火星の磁場を調べ、火星には世界的な磁場はなく、むしろ多くの小さな局所的な磁場があることを明らかにするために使用されました。^[14]
• 超安定発振器（USO / RS） - この装置からの正確な時計測定は、重力場の変化をマッピングするために使用されました。^[15]
• 火星リレー（MR） - 火星リレーアンテナは、火星探査ローバーをサポートし、火星探査カメラの12MBのメモリバッファと連携してデータを地球に中継しました。^{[8] [16]}

宇宙船は小型のデルタIIロケットで打ち上げられたため、宇宙船の重量に制限が必要となった。推進剤を節約しながらミッションに必要なほぼ円形の軌道を達成するために、チームは一連のエアロブレーキ操作を設計した。エアロブレーキはマゼラン計画で金星で成功裏に試みられていたが、新しい手順の最初の完全なテストはMGSによって実行されることになっていた。^[17]

当初、MGSは高度に楕円形の軌道に配置され、周回に45時間かかりました。軌道の近点は北半球から262km（163マイル）、遠点は南半球から54,026km（33,570マイル）でした。これはその後、円形の科学軌道に調整されました。^[8]

軌道投入後、MGSは一連の軌道変更を行い、軌道の近点を高度約110km（68マイル）の火星大気圏上端まで下げた。^[18]大気圏を通過するたびに、宇宙船は大気の抵抗により減速した。この減速により、宇宙船は次に軌道の遠点を通過する際に高度を失っていた。MGSは、このエアロブレーキング技術を4か月かけて使用し、軌道の最高点を54,000km（33,554マイル）から450km（280マイル）付近の高度まで下げる計画だった。

ミッション開始からおよそ1か月後、惑星の大気圏からの気圧により、宇宙船の2枚の太陽電池パネルのうち1枚が後方に曲がっていることが判明した。問題のパネルは打ち上げ直後に小さな損傷を受けていたが、その程度は大気圏の力を受けるまで明らかではなかった。太陽電池パネルのさらなる損傷を防ぐためにMGSを大気圏外に引き上げる必要があり、新たなミッション計画を策定する必要があった。^[8]

1998年5月から11月にかけて、軌道が太陽に対して適切な位置に移動し、太陽電池パネルを最適に使用できるようにするために、エアロブレーキングが一時的に停止されました。エアロブレーキング中のデータ収集は当初のミッション計画には含まれていませんでしたが、すべての科学機器は機能し続け、この「予期せぬ観測のボーナス期間」中に膨大な量のデータを取得しました。^[8]チームは、予想されていた0200と1400の固定時間ではなく、さまざまな時間にわたって大気に関するより多くの情報を評価することができたほか、フォボスとの3回の接近中にデータを収集することができました。^[17]

最終的に、1998 年 11 月から 1999 年 3 月にかけて、エアロブレーキングが再開され、軌道の最高高度が 450 km (280 マイル) まで縮小されました。この高度では、MGS は 2 時間ごとに火星を一周しました。エアロブレーキングは、軌道が太陽に対して適切な位置に移動した時点で終了するようにスケジュールされていました。マッピング操作の望ましい方向では、探査機は常に 14:00 (現地火星時間) に昼側の赤道を南から北へ移動しながら横切りました。この形状は、科学的なリターンの全体的な品質を高めるために選択されました。^[18]

探査機は平均高度 378 km (235 マイル) で 117.65 分ごとに火星を一周しました。ほぼ完全な円形のほぼ極軌道 (傾斜 = 93°) は、南極から北極まで 1 時間弱で移動しました。高度は、軌道を太陽同期にするために選択されました。そのため、探査機が異なる日に同じ表面の特徴を撮影したすべての画像は、同じ照明条件で撮影されました。各軌道の後、火星は探査機の下で回転していたため、探査機は西に 28.62° の惑星を観測しました。実際、探査機は太陽とまったく同じ速度で 1 つのタイム ゾーンから次のタイム ゾーンに移動するため、MGS では常に 14:00 でした。7 ソルと88 周回後、探査機は東に 59 km オフセットして、ほぼ以前の経路をたどります。これにより、最終的に表面全体を完全にカバーできるようになりました。^[8]

延長ミッションにおいて、MGSは真下の惑星を調査する以上のことを行った。MGSは、天底軌道から外れた画像を取得するために、ロールとピッチを頻繁に実行した。ROTO（ロールのみのターゲット機会）と呼ばれるロール操作では、探査機を地上軌道から左または右にロールし、天底から最大30°の画像を撮影した。探査機と惑星の相対的な動きを補正するために、ピッチ操作を追加することも可能であった。これはCPROTO（補正ピッチロールターゲット機会）と呼ばれ、搭載されたMOC（火星周回カメラ）による非常に高解像度の画像撮影を可能にした。^[19]

これに加えて、MGSは他の宇宙船や火星の衛星など、他の軌道上の天体の写真を撮ることもできる。1998年には、後にフォボスのモノリスと呼ばれるようになったものを撮影し、MOC Image 55103で発見された。^[20]

研究チームは、探査機が撮影した火星表面の高解像度写真数百枚を分析した結果、火星の風化と風によって、地球上のいくつかの砂漠と驚くほどよく似た地形、特に砂丘が形成されていることを発見した。^[21]

このミッションによるその他の発見は次のとおりです。

• この惑星には、深さ 10 km 以上の層状の地殻があることがわかった。この層を形成するには、大量の物質が風化、輸送、堆積したに違いない。

• 
  MOC パブリック ターゲティング プログラムのもと、MGS が撮影したアラビアの古いクレーターの層。層は火山、風、または水中の堆積によって形成される可能性があります。左側のクレーターは台座クレーターです。
• 
  MGS が撮影したスキアパレッリ・クレーター盆地内で見つかったクレーターの層。Sinus Sabaeus 四角形からの画像。
• 
  MGS から見た、エオリス四角形のビュートと層。

• 北半球にも南半球と同じようにクレーターがあると思われますが、クレーターのほとんどは埋もれています。
• 衝突クレーターのような多くの地形は埋もれていたが、最近になって発掘された。

• 
  別の時代に埋もれ、現在は浸食によって露出しているクレーター。MOCパブリックターゲティングプログラムのもと、マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影。画像はノアキス四角形内にあります。
• 
  かつては溶岩流は覆われていましたが、現在ではこれらの板状の溶岩流が露出しています。
• 
  火口は埋もれていたが、現在は浸食によって掘り起こされている。画像はイスメニウス湖の四角形にある。
• 
  北半球は滑らかに見えますが、クレーターは覆われています。ここでは、クレーターのグループが部分的に露出しています。画像はケブレニア四角形にあります。

• 火星の大部分は、非常に急な斜面を除くすべての部分を覆うマントルで覆われています。マントルは滑らかな場合もあれば、穴があいている場合もあります。穴は、地中に埋もれた氷の昇華（氷が直接蒸気に変化すること）によって水が逃げ出したためにできたものだと考える人もいます。

• 
  MOCパブリックターゲティングプログラムのもと、マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影したフェートンティス表面のクローズアップ画像。穴は地中の氷がガスに変化してできたものと考えられている。
• 
  マントルはエリアの大部分を覆っています。崖の表面に岩がないことに注意してください。マントルの端が見えるエリアは丸で囲まれています。画像はイスメニウス湖の四角形にあります。
• 
  MGS から見たマントル物質。
• 
  イスメニウス湖の四角形の険しい崖。表面は滑らかなマントルで覆われている。MOCパブリック ターゲティング プログラムで撮影された写真。

• いくつかの地域はヘマタイトを多く含む物質で覆われている。ヘマタイトは過去に液体の水によって形成された可能性がある。^[22]
• 暗い筋は巨大な砂塵旋風によって引き起こされたことが判明した。砂塵旋風の軌跡は頻繁に変化することが観測されており、中にはわずか1ヶ月で変化したものもあった。^[23]

• 
  MOC パブリック ターゲティング プログラムのもと、マーズ グローバル サーベイヤーが撮影した、巨大な砂塵旋風によってできた大小の跡のパターン。画像はエリダニア四角形内にあります。
• 
  マーズ・グローバル・サーベイヤーが捉えた、砂塵旋風の跡を示すケプラー（火星のクレーター） 。ケプラーはエリダニア四分円内の大きなクレーターです。
• 
  MGS が捉えた砂塵旋風。
• 
  活動中の砂塵旋風が右側に影を落としています。画像はセブレニア四角形にあります。

• 南極の残余冠は、一般的に数メートルの深さの穴があり、スイスチーズのように見えることが観測されました。穴は毎年大きくなっているので、この地域または半球は温暖化している可能性があります。^[24]しかし、これが世界的な傾向を表しているという主張は、地域データと惑星データセット、およびMOCの結果とTESおよび電波科学（以下を参照）を恣意的に選択しています。

• 
  マーズ・グローバル・サーベイヤーが捉えた、1999 年から 2001 年にかけての南極の変化。2 年間でスイスチーズのような穴が大きくなったことに注目してください。
• 
  MGS が捉えたスイスチーズのような地形。画像に映る最大の台地は高さ 4 メートルです。
• 
  スイスチーズ地形の層。明るい上層と暗い下層があります。
• 
  スイスチーズ地形のクローズアップ画像。多角形のパターンはおそらく浅い谷によって形成されたものと思われます。

• 熱放射分光計は大気研究や鉱物学のために赤外線を観測します。^{[25] [26] [27]} TESは、火星の惑星気候がバイキング以来寒冷化していることを発見しました。^[28]火星の表面のほぼすべてが火山岩で覆われています。

• 
  火星で発見された数多くの火山のうちの 1 つ、ケラウニウス トゥルス。
• 
  タルシス四角形に溶岩が流れている。
• 
  画像はオリンポス山の麓から流れ出た新しい溶岩流と古い溶岩流の両方を示しています。平らな平原は新しい溶岩流です。古い溶岩流には、縁に沿って堤防のある溝があります。多くの溶岩流では、堤防の存在はごく一般的です。
• 
  フェニキス湖四角形内の小さな火山。画像は 1.9 マイル (3.1 km) の距離をカバーしています。

• いくつかの地域では、家ほどの大きさの岩が数百個発見されました。これは、一部の物質は斜面を下って移動しても、互いに結合できるほどの強度があることを示しています。岩のほとんどは火山地帯で発生したため、おそらく風化した溶岩流から形成されたものと思われます。^[21]

• 
  この画像には家ほどの大きさの岩が点在しています。
• 
  これらの岩は火星の火山であるアスクレウス山の近くにある。火星の火山は、火星の現在の環境では浸食に耐える玄武岩でできた硬い岩を形成すると考えられる。

• 何千もの暗い斜面の筋が観測された。ほとんどの科学者は、それが塵の雪崩によるものだと考えている。^[21]しかし、一部の研究者は水が関係している可能性があると考えている。^[29]

• 
  MGS が機能していた長年の間に、多くの筋が変化しました。
• 
  マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影したティコンラヴォフ・クレーターの底。画像をクリックすると、暗い斜面の筋と層が見えます。ティコンラヴォフ・クレーターはアラビア四角形内にあります。
• 
  MOC パブリック ターゲティング プログラムのもと、マーズ グローバル サーベイヤーが撮影したディアクリア四角形の暗い筋。

MGSのデータは、惑星などの中心の回転する質量の周りを回るテスト粒子の軌道面の小さな歳差運動からなる一般相対論的なレンズ・サーリング歳差運動のテストを行うために使用されました。これらの結果の解釈は議論されています。^{[30] [31]}

数百もの峡谷が発見されましたが、これらはおそらく最近に液体の水から形成されたものと思われます。^{[32] [33] [34]}

• 
  ニュートン・クレーターの西側にあるクレーターの北壁の峡谷群 (南緯 41.3047 度、東経 192.89 度)。画像は、火星探査機マーズ・グローバル・サーベイヤー、MOC パブリック・ターゲティング・プログラムによって撮影されました。画像は、フェートンティス四角形内にあります。
• 
  エリダニア四角形内のクレーターの溝。大きなケプラークレーターの北側。また、古い氷河の名残と思われる地形も存在する。右側のものは舌のような形をしている。MOCパブリックターゲティングプログラムで撮影された写真。
• 
  カイザークレーターの片側の壁にある溝。溝は通常、クレーターの片側の壁にのみ見られます。
• 
  ゴルゴナム カオスの壁の溝のフルカラー画像。画像はファエトンティス四角形にあります。

火星には、持続的な流体の流れを示唆する内部チャネルがいくつか存在した。最も有名なのはナネディ渓谷のチャネルである。もう一つはニルガル渓谷で発見された。^[21]

2006年12月6日、NASAはテラ・シレナムとケンタウリ山の2つのクレーターの写真を公開した。これは1999年から2001年の間のどこかの時点で火星に水が流れていたことを示していると思われる。この写真はマーズ・グローバル・サーベイヤーによって撮影されたもので、火星に関する知識と火星に水が存在するかどうかという疑問に対する探査機の最終的な貢献となる可能性が高い。^[35]

• 
  可能性のあるCOの画像
  ₂火星探査機マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影し、2000 年 10 月 16 日に公開された間欠泉の写真。
• 
  マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影した火星の表面。
• 
  マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影した火星の表面。
• 
  1999 年 8 月 10 日にマーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影した火星の表面。
• 
  MOC パブリック ターゲティング プログラムのもと、マーズ グローバル サーベイヤーが撮影した、コプラテス四角形の峡谷壁の層。
• 
  マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影したギリシャの縞模様またはタフィープル状の地形。起源は現在のところ不明。
• 
  衝突によって生じた明るい光線が明るい下層を吹き飛ばした。明るい層の中には含水鉱物を含むものもある。写真はマーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影。場所はメムノニア四角形。
• 
  マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影したオポチュニティ探査車の着陸地点の写真。「ホールインワン」が写っている。
• 
  エオリス四角形の逆さの水路。粗い物質が堆積して固まった後、水路が隆起した地形になったと考えられています。
• 
  エーベルスヴァルデクレーター内のデルタ。この地域は地質学者にとって非常に興味深い場所です。この場所には過去の微生物の生命の証拠が見つかるかもしれません。
• 
  パボニス山はタルシス四辺形の赤道上に位置します。

• ソフトウェアのバグ一覧

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• NASA JPL 火星リンク
• NASAミッションの概要
• NASA太陽系探査による火星グローバルサーベイヤーミッションのプロフィール
• グローバルサーベイヤーミッション計画
• マリン スペース サイエンス システムズ (完全な画像ギャラリー)
• 2007 年 4 月 13 日: マーズ・グローバル・サーベイヤー: 報告書で喪失の理由が明らかに。
• 一般相対論的テストに関するニューサイエンティストの記事
• MGS写真