土星の環と、科学者たちを悩ませ続けている北極の六角形状のジェット気流。カッシーニ探査機が撮影した写真より。（PHOTOGRAPH BY NASA/JPL-CALTECH/SPACE SCIENCE INSTITUTE） [画像のクリックで拡大表示]

長く活躍してきたNASAの土星探査機カッシーニの最終ミッションがついに幕を開けた。12月4日の米国時間の未明、今後4カ間にわたって土星の環ぎりぎりを何度もかすめる最初のチャレンジとして、カッシーニがF環への接近に成功した。

カッシーニはバスほどの大きさの探査機で、12年という長期間にわたって土星系を観測し、多大な成果を残してきた。そのほとんどは、土星から距離を保ちつつ、謎に満ちた62個の衛星のいくつかに近づいて観測するというものだ。（参考記事： 「15周年、探査機カッシーニの業績」 ）

今回、カッシーニの探査対象が大きく変わる。探査機の燃料は尽きかけており、今後9カ月間は土星を周回しながら土星と土星の環の観測を行うことになる。

衛星から土星と環の観測へ

白い軌道が土星の環をかすめる今回開始した軌道。青は以前の軌道だ。（NASA / Jet Propulsion Laboratory – Caltech） [画像のクリックで拡大表示]

11月末、カッシーニは土星系を観測する軌道から向きを変え、2017年4月下旬までにF環の端を20回かすめる軌道に突入した。

12月4日にF環に最接近したのは、20回のうちの最初の1回目。カッシーニは土星の極地や、衛星のテティス、エンケラドスを観測しつつ、地球に向けて無線信号を送信した。（参考記事： 「土星の衛星エンケラドス、最接近探査の画像届く」 ）

簡単に観測できる土星の環のうち、F環はもっとも外側に位置すると同時に、もっとも活動的な環の1つである。幅500キロメートルほどの氷の粒の帯には、らせん、ねじれ、こぶといった構造が定期的に現れる。F環の内側には衛星プロメテウスが、外側には衛星パンドラがあり、これらはF環の形の維持に関係していると考えられているため「羊飼い衛星」と呼ばれている。（参考記事： 「土星のF環と羊飼い衛星パンドラ」 ）

「F環は絶えず変化しています。ときおり明るく見える流れがこぼれ出たり、細い糸のようなものがとび出したりします」。NASAのジェット推進研究所に所属するカッシーニ・プロジェクトの科学者、リンダ・スピルカー氏は話す。「また、衛星プロメテウスがF環を通り抜け、穴を開けることもあります」（参考記事： 「土星の環が一部破れる、カッシーニが撮影」 ）

F環のすぐ内側には巨大なA環があり、このミッションはA環の外縁部を詳しく観測する絶好のチャンスでもある。もしA環の氷の粒子にプロペラ状の痕跡があれば、環の内側に小衛星が隠れている証拠だ。

画像の左上に小衛星によるA環のプロペラ形の痕跡が見える。（NASA/JPL/Space Science Institute）

こういった微細な小衛星の探査は、単なる好奇心というレベルで行われているわけではない。小衛星は形成過程にある惑星と似たような振る舞いをする可能性がある。そのため、小衛星を観測することで、太陽系で惑星が成長したメカニズムや、遠い星々のまわりの世界がどのように形成されるのかを解明する手がかりが得られるかもしれない。

さらに、カッシーニが土星の上を通過するときに、土星の北極付近にある奇妙な六角形の様子を詳しく観測できると期待されている。六角形のジェット気流は、研究室では再現できているものの、なぜ長期間にわたって継続しているのか、なぜ他の場所では似たような現象が起こらないのかはまだわかっていない。（参考記事： 「土星の壮観、環と六角形」 ）

「なぜ円形でなく、六角形の形状が保たれているのか、その理由は解明できていません」とスピルカー氏。「これは、太陽系内でもユニークな現象なのです」

土星の環くぐり

リングをかすめる軌道を離れる4月以降、本当に刺激的なステージが始まる。

探査チームは、カッシーニのミッションが終了する前に、今までどの探査機も入ったことがない場所に向かわせようと考えている。単に土星の環に近づくだけではなく、土星と環の間に入りこむのだ。

科学者たちが「グランドフィナーレ」と呼ぶこのミッションでは、22回にわたって土星と環の間の狭い空間を通過する予定となっている。

グレーが環をかすめる軌道で、青が環の間を通過する軌道。なかでもオレンジ色は最後に土星に突入する軌道。（NASA / Jet Propulsion Laboratory – Caltech） [画像のクリックで拡大表示]

この計画にはリスクが伴う。土星の環を構成する氷の粒子と衝突すれば、致命傷となるおそれがある。だが、この点はさほど心配されていない。最初に土星と環の間に突入する際に、カッシーニは長距離アンテナを盾にして機体を保護できるからだ。

それでも、「環の粒子が重要な部分にぶつかり、カッシーニの機能が停止してしまう可能性もあります」とスピルカー氏は言う。

計画が順調に進めば、この軌道から土星の磁場や高圧ガスでできた本体を今までにない精度で観測できる。それによって、この巨大な惑星がどのようにできたのかがわかり始めるかもしれない。

おそらくもっと楽しみなのは、カッシーニの調査によって、土星の環がいつからできたのかを解明する手がかりが得られることだろう。

環は土星が誕生した時からあったもの、あるいは若い衛星の残骸、土星に近づきすぎて重力により破壊された彗星など、目下のところ科学者たちの意見は分かれている。

そのミッションの最終段階では、土星の環の質量も計測できる予定だ。そこからもこの謎の答えを導く手がかりが得られるかもしれない。（参考記事： 「土星の環は思っていたより軽かった」 ）

カッシーニよ、永遠なれ

2017年9月、カッシーニは土星に突入する。そして、土星の大気圏で燃え尽きる最後の瞬間まで、地球にデータを送り続ける。（参考記事： 「カッシーニが土星に突入するのは惑星の「自然保護」」 ）

「その日、親友のようなカッシーニに別れを告げなければなりません。とても悲しい気持ちになるでしょう」とスピルカー氏は話す。

しかし、こうも続ける。「土星の大気の中で燃え尽きたカッシーニの原子は、土星の一部となって永遠に存在し続けます。いつの日か、そう遠くない未来に再び土星に舞い戻り、カッシーニが成功してきた謎解きの続きを私たちが再開できるよう願っています」