特集9 月 26 日月曜日 23:14 UTC、アメリカのジョンズ ホプキンス大学応用物理学研究所の科学者と、地球上の地上望遠鏡を監視している科学者たちは、通常は宇宙ミッションの失敗に関連する出来事を祝うことになります。
宇宙船の完全な破壊と信号消失。
この二重小惑星方向転換試験（DART）では、科学者たちは610kg（1,345ポンド）の探査機を粉々に粉砕しようと試みています。DRACOと呼ばれるカメラ以外の機器を搭載していない、この小型自動販売機ほどの大きさの探査機は、ただ一つの任務を遂行するために設計されています。それは、小惑星に猛スピードで突入し、その軌道をほんの少しだけずらすことです。
この特別な、初めての自殺ミッションで、DART は、地球と危険な地球近傍天体が迫ってきた場合に、その天体との致命的な衝突を回避する技術があるかどうかを実証することになるかもしれない。
私たちの太陽系には、惑星の形成に失敗した物質の破片が散在しています。長い年月をかけて、これらの破片は太陽の周りの軌道に落ち着きました。その結果、火星と木星の間にある小惑星帯、海王星の向こうにあるカイパーベルト、そして太陽系の外縁部にあるオールトの雲が形成されました。
これらの破片の大部分は無害です。地球に近い、直径数百メートルから数千メートルの大きな岩石だけが危険となる可能性があります。小惑星は、他の物体との重力相互作用や太陽光によって速度が変化させられない限り、目的もなく転がり、安定した軌道を保っています。そして、突然進路を外れ、衝突に向かう軌道に乗る可能性があります。
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6600万年以上前、直径約10キロメートル（6.2マイル）と推定される小惑星がメキシコのユカタン半島沖の沿岸部に衝突し、地球の表面に傷跡を残しました。科学者たちは、チクシュルーブ・クレーターを形成したこの衝突が大量絶滅を引き起こし、恐竜をはじめとする古代の動植物種を絶滅させたと考えています。
世界が再び同様の危機に直面した場合、その災害を防ぐことができればどれほど素晴らしいことでしょう。世界中の宇宙機関は、新たな凶悪な小惑星の出現を警戒するため、地球近傍天体監視プログラムを立ち上げていますが、危険な岩石を追跡するだけでは不十分です。私たちは行動を起こし、小惑星を逸らして人命を救う方法を見つけ出さなければなりません。DARTは、科学者が将来、凶悪な小惑星をいかにして適切に逸らすことができるかを示すものです。
「ダブル小惑星方向転換テストはテストです」と、NASAのDARTミッションプログラムサイエンティスト、トム・スタットラー氏は木曜日のブリーフィングで強調した。「このテストは、危険ではない小惑星で実施する必要がないときに実施しています。万が一、必要になった時に危険な小惑星を発見した場合に備えてです。」
DART宇宙船とそれを見守るLICIACubeが小惑星ディモルフォスとディディモスに接近する様子を描いた想像図…画像提供：NASA/ジョンズ・ホプキンスAPL/スティーブ・グリベン
ここでの目標はシンプルです。宇宙船が小惑星の速度と進路に影響を与えることができるか、そして、このような手段を使って実際に地球から転がり落ちる岩石を移動させることがどれほど実現可能か、ということです。DARTは、地球から約1100万キロメートル（680万マイル）離れた、直径約170メートルの小惑星ディモルフォスに衝突させることで、この可能性を実証します。ディモルフォスは、直径390メートルのより大きな岩石ディディモスを周回する小惑星です。宇宙船は秒速約6.5キロメートル（秒速約4マイル）の速度でディモルフォスに衝突します。
「物体の軌道は、その移動速度によって決まります」と、NASAの惑星防衛担当官でDARTミッションの監督に携わるリンドリー・ジョンソン氏はThe Register紙に説明した。DARTの衝突により、ディモルフォスは一時的に速度を落とし、軌道が変化する。
「速度の変化はほんのわずか、1パーセントにも満たない程度です。」
衝突により、小惑星の公転周期は約10分短縮され、11時間45分となり、ディディモスにわずかに近づく。ジョンソン氏は、この変化は微妙かもしれないが、小惑星の軌道を永久に変えるだろうと述べた。
T-4時間: DARTが自動化
DARTヒーロー探査機は、2021年11月24日、カリフォルニア州ヴァンデンバーグ宇宙軍基地からSpaceX社のファルコン9ロケットに搭載され打ち上げられました。容積1立方メートル強の箱型の探査機[PDF]は、一辺約30フィート（約8.5メートル）の太陽電池パネルを搭載し、連星系小惑星の接近を待ちながら10ヶ月間太陽を周回しています。月曜日には、目標である小型のディモルフォスが視界に入る予定です。
科学者とエンジニアたちは現在、DARTが正しい軌道上にあることを確認するための最終的な軌道修正操作を実施し、攻撃開始までの時間をカウントダウンしている。「衝突の4時間前に、宇宙船は完全に自律走行状態になります」と、ミッションシステムエンジニアのエレナ・アダムズ氏はブリーフィングで述べた。
「まずディディモスを検知し、追跡を開始します。そしてディディモスに向かって誘導を開始します。そして衝突の1時間前に、初めて私たちのカメラ、つまりDRACOの視野にたった1ピクセルだけ映ります。それがディモルフォスです。この時点で、ディディモスへの誘導からディモルフォスへの誘導へと切り替えます。」
DRACOは1秒あたり1枚の速度でターゲットの画像を撮影し、ミッションコントロールが視聴するためのビデオストリームの作成を支援します。DARTのSmartNavアルゴリズムは、高精度なロックを実現します。
「カメラを向けて、初めて見るこの小惑星の素晴らしい写真を撮るだけです。形も分からず、衝突も見届けます」とアダムズ氏は熱く語った。「信号が途絶えるのを待って、それでお祝いしましょう」
信号が途切れたら祝う
地上の観測所がミッションを監視するだけでなく、LICIACubeと呼ばれる小型のデュアルカメラキューブサットがDART探査機とともに宇宙に送り込まれ、衝突とその余波を記録しました。送信された画像は、科学者がDARTがディモルフォスの表面にどれほどの大きさのクレーターを作ったかを解明するのに役立つでしょう。ディディモス系のより詳細な調査は、ESAが2024年10月にHeraミッションを打ち上げるまで不可能です。DARTの衝突を調査するための適切な機器を搭載した宇宙船が小惑星にランデブーするのは、2026年12月です。
ヘラはクレーターの大きさと形状を測定し、衝突時にディモルフォスに伝達された運動量を計算する。また、ディディモス星系をより詳細に分析し、その組成やその他の物理的特性を研究することで、NASAによるDART探査機の力学モデルが正確であったかどうかを確認する。ヘラが収集するデータは、宇宙機関が運動エネルギー衝突現象を繰り返し研究する上で役立ち、巨大小惑星が接近した際に人類が可能な限りの備えを整えるのに役立つだろう。
地球は近いうちに大きな地震に見舞われることはないだろう、幸運を祈る
ジョンソン氏はエル・レグ紙に対し、潜在的に危険な宇宙岩石に衝突する運動エネルギー衝突体が地球の半径を超えるには、約8,000マイル（約13,000キロメートル）の位置を変える必要があると語った。この距離は大きいように聞こえるかもしれないが、実際の衝突自体では小惑星の軌道をそのほんの一部しか変えなくて済む。なぜなら、小惑星の軌道は時間の経過とともに徐々に変化し、危険区域外へと移動するからだ。
「それは1、2年前には簡単に達成できる」と彼は語った。
小惑星の軌道モデル化には多くの不確実性があります。太陽光はヤルコフスキー効果により、小惑星の軌道を変化させる可能性があります。太陽に面した岩石の片側が熱せられると、光子を吸収します。そして冷えると、これらの光子は小惑星から一定の運動量を持ち去ります。この運動量の変化は小惑星に小さな衝撃を与え、自転速度を変化させます。これはヨープ効果として知られています。数十万年という長い年月をかけて、これらの小さな変化が積み重なり、小惑星の軌道を劇的に変化させる可能性があります。
ディディモス星系の運命は、DARTが残したクレーターの大きさに左右されるだろうと、コロラド大学ボルダー校航空宇宙工学科准教授ジェイ・マクマホン氏はザ・レジスター紙に説明した。
「もっと長い時間スケールで見ると、連星YORP効果により軌道が小さくなり、最終的には2つの小惑星が衝突する可能性がある」と彼は述べた。
小惑星の衝突から地球を救う任務を負う将来の科学者は、その標的がゆっくりと地球に戻って来ないようにするために、ヤルコフスキー効果とヨープ効果をモデル化する必要があるだろう。
地球は毎日流星に遭遇しますが、そのほとんどはほとんど目に見えず、大気圏で燃え尽きてしまいます。直径数メートルの小惑星は月に一度程度大気圏に突入しますが、直径数十メートルの小惑星ははるかに稀です。1908年には、ツングースカ事件として知られる小惑星がシベリアに衝突し、12メガトン相当の爆発を引き起こしました。絶滅につながるような真に恐ろしい衝突がいつ起こるかは誰にも分かりません。
「衝突は100%確実だが、いつ衝突するかは100%確実ではない」と、惑星防衛に注力する民間非営利団体B612財団の専門家は2018年に述べた。ESAの計算によると、将来のある時点で衝突する確率がゼロではないとリスクリストに掲載されている小惑星は数千個ある。天文学者たちは地球近傍小惑星を約3万個発見しており、毎年約3000個の新しい天体を発見している。幸いなことに、これらの小惑星はどれもすぐに地球に衝突する可能性は低いようだ。®
