地球から月よりも千倍以上、太陽よりもさらに遠い場所で、驚異的な地球外探査が行われています。NASAの宇宙船ドーン号は、火星と木星の間を太陽の周りを回る準惑星ケレスを探査しています。
探査機はこれまでで最も接近した地点に到達し、この遠く離れた球体ケレスの最も詳細な画像やその他の測定データを収集し始めています。ケレスは、約46億年前の太陽系誕生の残骸です。
ドーンが現在送信しているすべてのデータは、ケレスの歴史と地質、そして過去と現在の水の存在に関する洞察をもたらすでしょう。科学者たちは、ケレスを研究することで、地球を含む惑星が形成された時代の謎の一部を解き明かすことができると考えています。
しかし、このミッションは科学者だけのものではありません。未知の世界の本質を発見することは、夜空を驚嘆の眼差しで見上げたことのある人、宇宙や地球の位置づけに興味を持ったことがある人、あるいは未知への大胆な冒険に魅力を感じたことがある人なら誰でも共有できる感動です。
私はまさにそれら全てに当てはまります。4歳の時に宇宙に夢中になり、小学4年生の頃には物理学の博士号を取得したいと思っていました（しかし、取得までには数年かかりました）。宇宙探査、そして科学的な発見と理解の壮大さへの情熱は、今も揺るぎません。JPLのドーンのミッションディレクター兼チーフエンジニアを務めることは、私にとって夢の実現です。
夜明け前のケレス
ローマ神話の農業と穀物の女神にちなんで名付けられたケレスは、1801年に発見された最初の準惑星です。これは冥王星より129年も前のことです。実際、どちらも当初は惑星と考えられていましたが、後に準惑星に指定されました。
ケレスは星々に囲まれたぼんやりとした光の塊にしか見えませんでしたが、科学者たちは、火星と木星の間にある小惑星帯の巨大天体（直径約960キロメートル）であると判断しました。その表面積はアメリカ本土の3分の1以上です。ドーンが到着する前、ケレスは太陽と冥王星の間にある探査機がまだ到達していない最大の天体でした。
ドーン探査機がケレスに水が存在することを示す望遠鏡による証拠は、以前から存在していました。水は主に氷の形をしていますが、科学者たちはかつて地下の海が循環していたと信じる十分な根拠を持っています。異星の地表下に今もなお水が貯留しているかどうかという疑問は依然として未解決です。ドーンのケレス探査は、地球が数十億年前にどのようにしてこの貴重な液体を自らの手にしたのかというヒントさえも提供するかもしれません。
ケレスへ向かう夜明け
2007年、ケープカナベラルからドーンを打ち上げましたが、この探査機がかつての故郷である惑星を再び訪れることはありません。2011年には、ドーンが小惑星帯の天体を周回した唯一の探査機となり、原始惑星ベスタの探査に14ヶ月を費やしました。
ドーンは、この小惑星帯で2番目に質量の大きい小惑星が、小惑星に典型的なはるかに小さな岩石の塊よりも、地球型惑星（地球を含む）に近いことを明らかにした。
火星以外の惑星へ旅立ち、軌道に投入され広範囲に機動した後、また別の目的地へと出発するという、他に類を見ない能力は、高度なイオン推進によって実現されています。この技術は、その歴史の大部分を『スタートレック』や『スター・ウォーズ』といったSFの世界で過ごしてきました。（ダース・ベイダーのTIEファイターは、ツインイオンエンジンにちなんで名付けられました。）しかし、SFの世界だけの話と思われていたものが、科学的事実となったのです。3基のイオンエンジン（ドーンはTIEファイターよりも1基優れている点に留意してください）がなければ、ドーンのミッションは不可能だったでしょう。
イオンエンジンは、ヘリウムとネオンの化学的近縁種であるキセノンガスを使用します。ドーンの大型太陽電池パネルからの電力によって、キセノンはイオン化と呼ばれるプロセスで電荷を帯びます。エンジンは高電圧でイオンを加速し、最高時速9万マイル（約14万キロメートル）でエンジンから噴射されます。
イオンが宇宙船からこの驚異的な速度で飛び出すと、逆方向に押し出されます。ドーンのイオン推進システムは非常に効率的で、従来の宇宙船の推進システムの10倍の効率を誇ります。これは、自動車の燃費が1ガロンあたり250マイル（約600km/L）に匹敵します。
ドーン、セリアン軌道に落下
ついに、7年以上、30億マイルの旅を経て、私たちの惑星間大使は2015年3月6日にケレスに到達し、この準惑星の永久重力圏に優雅に入りました。
JPLのミッションコントローラーは、探査機を高度を段階的に下げながら3周回させました。これにより、まずは全体像を把握し、その後、この広大な未踏の地をより鮮明に観察することができました。そしてドーンは、壮大な天体ショーの最後から2番目の幕を今まさに演じたのです。
過去7週間、最低高度への移動を続けてきた。現在、岩と氷に覆われた異様な地形の上空約380キロメートルを周回するドーンは、国際宇宙ステーションと地球の距離よりもケレスに近い。
夜明けがケレスに焦点を合わせる
ケープカナベラルから発射
探査機に搭載された高性能センサー群には、既にケレスの異星の風景を1万枚撮影したカメラが搭載されています。ケレスの名前にちなんで、ドーンが発見した地形には、世界中の農耕神や祭りにちなんで名付けられています。
起伏に富んだ地形と滑らかな領域が見られ、時には流れてきた物質の筋が見られる。小惑星帯の荒々しい近傍では、数十億年にわたる衝突によって大小さまざまなクレーターが作られている。山や谷、地面の巨大な亀裂、そして暗い表面の大部分よりもはるかに多くの太陽光を反射し、神秘的な輝きを放つ明るい点も見える。
これらの輝く領域の中で最も印象的なのは、幅55マイル（約80キロメートル）のオッカトル・クレーター（ローマ神話の悲惨の神にちなんで名付けられた）の内部にあり、その明るさは非常に明るく、ハッブル宇宙望遠鏡が10年前にその痕跡を捉えたほどです。ドーンのこれまでの画像は、ハッブル宇宙望遠鏡の200倍以上の鮮明度を誇ります。現在私たちが受け取り始めている画像は、さらに鮮明になり、ハッブル宇宙望遠鏡が提供していた画像の850倍もの詳細な情報を明らかにします。
ドーンが私たちに見せてくれたのは、他に目立った特徴のない場所にそびえ立つアフナ山だ。その高さは北米最高峰のデナリ山に匹敵する。（アフナとは、インド北東部のスミ族が収穫に感謝する祭りである。）
明るい筋は、かつてアフナ山の急斜面を流れ下った未確認の物質を示唆しているようだ。科学者たちはこの円錐形の山をどのような力とプロセスによって形作ったのかをまだ特定できていないが、地質学者でなくても、それが地上の火山円錐に似ていることに気づくだろう。
この冷たく遠い世界で、水と他の化学物質の奇妙な組み合わせの噴火を目撃したらどんな感じだったか想像してみてください。
ドーンは、2016年にミッションが終了するまでに、写真以外にも新しい軌道上からさまざまな測定を行う予定だ。放射線を測定し、科学者がケレスにどんな種類の原子が存在するかを判断するのに役立てる予定だ。
この探査機は赤外線を用いてケレスの表面にある鉱物を特定し、重力場の微妙な変化を測定することで、この準惑星の内部構造を明らかにします。
宇宙飛行の無重力、摩擦のない状況で宇宙船の方向を制御するためにスラスタを通して噴射する従来のロケット推進剤の少量の供給を使い果たすと、宇宙船は太陽電池パネルを太陽に、アンテナを地球に、センサーをケレスに、またはイオンエンジンを他の場所に移動するために必要な方向に向けることができなくなります。
しかし、月が地球の周りを回り続け、地球が太陽の周りを回り続けるのと同じように、宇宙船はケレスの周りを回り続けるでしょう。
謙虚な故郷から星々へと手を伸ばす私たちの努力の歴史において、ドーンは確かな遺産を残しました。ドーンは、人類の創造性、創意工夫、そして宇宙探査への情熱を称える、不滅の天体記念碑となるでしょう。
マーク・D・レイマン、 NASA JPLドーンの主任エンジニア兼ミッションディレクター
この記事はThe Conversationに掲載されたものです。元の記事はこちらです。
