GRACE (地球重力場観測衛星)

GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）は、アメリカ航空宇宙局（NASA）とドイツ航空宇宙センター（DLR）が共同で実施した地球観測ミッションである。2002年3月に打ち上げられた2機の同型衛星は、約15年間にわたり地球の重力場を詳細に観測し、地球の質量分布とその時間的変化を明らかにすることで、海洋学、地質学、気候変動研究に多大な貢献を果たした。

ミッションの背景と開発

GRACEは、テキサス大学宇宙研究センター、NASAジェット推進研究所（JPL）、ドイツ航空宇宙センター、ドイツ地球科学研究センター（GFZ）の共同プロジェクトとして開発された。衛星本体はEADSアストリアムが「Flexbus」プラットフォームを用いて製造し、高精度の加速度計やGPS受信機、マイクロ波測距システムなどの主要機器が各機関によって提供された。

観測技術と仕組み

GRACEは、地球の重力場を測定するために、高度約500kmの極軌道を約220kmの間隔を保って飛行する2機の衛星間の距離変化を精密に測定する手法を採用した。Kバンドのマイクロ波測距システムにより、2機の距離を10μmという極めて高い精度で検出することが可能であった。地球上の重力異常領域を通過する際、先行する衛星がわずかに加速・減速することで生じる衛星間距離の微細な変化を記録し、これを位置データと統合することで地球全体の重力マップを作成した。

主な成果と貢献

GRACEのデータは、地球規模の自然現象の理解を深めるために活用された。主な成果には以下が含まれる。

• 氷床融解の観測：グリーンランドや南極における氷床の質量減少を長期的に追跡し、海面上昇の原因解明に寄与した。
• 水循環の研究：アマゾン盆地などの大規模な水循環や帯水層の変動を可視化。
• 地球物理学的分析：スマトラ島沖地震に伴う地殻変動の分析や、南極ウィルクスランドクレーターの発見に活用された。

運用終了と後継機

当初5年間の予定で開始されたミッションは、衛星の良好な状態により15年間にわたって延長された。しかし、バッテリーの劣化や軌道高度の減衰により、2017年10月に運用を終了した。その後継機である「GRACE-FO（GRACE Follow-On）」が2018年5月に打ち上げられ、観測体制が引き継がれている。