太陽系外およびその先を探査するための金銭的および時間的コストについて、ためらうのはもうやめるべき時だと、国際的な科学者グループが主張する。現代の小型衛星と太陽帆を組み合わせることで、より迅速かつ安価に探査するために必要な材料はすべて揃っており、最終的には太陽系外惑星の実際の写真が撮影される可能性がある。
NASAジェット推進研究所の物理学者スラヴァ・トゥリシェフ氏が率いるグループが執筆した27人の研究者チームは、現在のソーラーセイル技術と、ますます人気の高い小型衛星フォームファクター（NASAでは180kg以下と分類）を組み合わせれば、最高秒速33キロメートル、年間約7天文単位（太陽と地球のおおよその距離、約1億5000万キロメートル）の速度に達する宇宙船を建造するのに十分だと述べている。
この速度であれば、太陽帆走型の小型衛星は1年で木星に到達でき、土星の衛星には3年未満で到達できる。7AU/年は高速で、ボイジャー探査機の約2倍の速度だ。
「7 AU/年を超える速度には、新たな帆の素材と技術が必要になる」と研究チームは記しているが、だからといって大幅に速度を上げるまで永遠に待つ必要はない。「帆の素材は既に開発が進んでいるため、小型衛星の速度は5～7年で20～25 AU/年まで達成可能になるだろう」と研究者らは付け加えた。
これらはすべて推進剤を一切使用せずに実現されるため、宇宙船の重量と体積を大幅に削減できます。ソーラーセイルは反射率が高く、太陽からの光子エネルギーを反射することで加速します。この力は小さいですが、時間の経過とともに蓄積されていきます。ただし、太陽から遠ざかるほど加速は低下します。
ソーラーセイル宇宙船はSFの世界のように思えるかもしれませんが、ここ数年で行われた2つの実験でその有効性が証明されています。2019年に打ち上げられたキューブサット「ライトセイル2」は、32平方メートルの帆を用いて、軌道上で数年間かけて速度と高度を上げました。一方、宇宙航空研究開発機構（JAXA）の「イカロス」は、14平方メートルの帆を用いて2010年に金星を周回する飛行を行いました。
研究者は、これらのプロジェクトを参考にして、典型的な旗艦型深宇宙ミッションのコスト20億～50億ドル（16億～40億ポンド）ではなく、3000万～7500万ドル（2400万～6000万ポンド）で建造できる可能性のある宇宙船を開発したと述べている。
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宇宙船自体は非常に小さいため（NASAは小型衛星を最大でも冷蔵庫ほどの大きさと表現している）、LightSail 2の場合のように、SpaceXのFalcon Heavyなどの宇宙船に載せることができ、コストをさらに削減できる。
太陽帆走小型衛星が記録破りの速度を達成するには、その素材の許す限り太陽に近づき、できるだけ多くのエネルギーを捕捉できる高エネルギー双曲線軌道に乗る必要がある。
すべては太陽系外惑星の写真撮影のため
この論文の執筆チームは、「サンダイバー」と呼ぶ新しいタイプのソーラーセイル機を提案しています。これは、NASAが目指す太陽系の奥深く、太陽重力レンズ（SGL）焦点領域と呼ばれる場所に到達できる宇宙船を実現するという究極の目標を掲げて設計されています。これを25年未満で実現するには、年間20AU以上の速度が必要です。
SGL 焦点領域は太陽からなんと 547 AU の距離から始まり (比較すると、準惑星の冥王星は太陽から約 30～49 AU の距離にあります)、アルバート アインシュタインがかつて観測者が太陽の重力場を利用して遠くの物体を拡大できると予測した宇宙の点です。
これまで存在は確認できていたものの直接観測できなかった太陽系外惑星も、SGL が強力な輝度増幅と角度分解能を備えているため、理論的には比較的詳細に撮影できる可能性がある。
NASAは、太陽コロナが存在する場合でも、SGLの強い干渉領域（547.6 AUを超える）での6か月の積分時間により、研究者は「表面の特徴と居住可能性の兆候を確認するのに十分な約25 kmスケールの表面解像度で太陽系外惑星の画像を再構築」できると述べた。
対照的に、従来の光学機器では、「地球に似た太陽系外惑星の1ピクセルの画像を撮影する」ためにも、幅約90.5キロメートルの開口部が必要になると研究者らは述べている。
もう一つの頻繁に使用される宇宙写真撮影ツールである干渉計（複数の光源を結合して単一の画像を作成する）も、この作業には適していない。別の恒星を周回する惑星の画像を撮影する場合、何千もの30メートル望遠鏡で1を超える信号対雑音比を得るには約10の5乗年かかると予測されている。
しかし、SGL焦点に設置される予定の太陽帆小型衛星機は、「わずか12か月で250×250ピクセルの画像を生成することができる」と研究者らは述べている。
SGL焦点で撮影された太陽系外惑星の潜在的な解像度の概念図 - クリックすると拡大します。クレジット：Slava Turyshev。
「ミッションは、生命が存在する可能性のあるエンケラドゥスなどの天体や、さらにその先にある、これまで無視されてきた氷の巨星である天王星や海王星への飛行を含め、太陽系外縁部を迅速にターゲットにすることもできる」と研究チームは述べた。
「これらの非常に小規模で特殊目的のミッションは、太陽系科学のためのより大規模で費用のかかるフラッグシップ級ミッションへの要望や計画に取って代わるものではありません。しかし、周回衛星や着陸機の到着を待つ間、初期の偵察データを提供してくれるでしょう。」
もちろん、これはあくまでも地域科学の話です。私たちの生きている間に太陽系外惑星に探査機を着陸させるようなことはあり得ません。しかし、太陽系外惑星を撮影することは、実際に可能かもしれません。®
