NASAのルーシーミッション、トロヤ群小惑星の通過に向けて準備完了

2021年8月17日午前7時

この宇宙船は、初期の太陽系の構成要素を初めて間近で観察する機会を提供するだろう。

7月30日、エミリー・グラムリッチはバックリー宇宙軍基地でC-17軍用輸送機に搭乗した。ロッキード・マーティン社の試験技師であるグラムリッチは、この種の航空機に乗ったことがなかった。まるで餌をたっぷり食べた空飛ぶサメのようなC-17は、民間航空機よりもはるかに広い足元スペースを備えている。しかし、貨物がかなりのスペースを占めるため、この開放的な空間は必要だった。巨大な輸送コンテナに収められた宇宙船は、コロラド州の誕生地からフロリダ州のケネディ宇宙センターへと輸送されていた。この宇宙船は「ルーシー」と名付けられ、まもなく8つの小惑星を巡る12年間の旅に出発する。

ルーシーの打ち上げは10月16日から始まる好機を迎え、いわゆるトロヤ群小惑星群へと向かう。トロヤ群は木星と同じ楕円軌道を描いて太陽を周回するが、木星の前方または後方に位置する。これらの小惑星は、太陽系が誕生した数十億年前から、木星の重力によって木星の軌道上に閉じ込められてきた。太陽系のこの遠く離れた場所がかつてどのように見えていたかを静止画のように捉えているが、これまでどの宇宙船も訪れていない。

ルーシー自体が巨大な眼鏡のような形をしているのも頷けます。直径約7.3メートル、ほぼ円形の巨大な太陽電池パネル2枚が、はるかに小型の宇宙船本体に取り付けられています。太陽電池パネルはレンズ状の（そして不気味なほど強烈な）目のような外観で、その上にルーシーのあらゆる機器と通信機器を搭載した部分が橋渡しをしています。ボルダーにあるサウスウエスト研究所が主導するこのミッションは、2017年に承認され、数年にわたる設計作業を経て、2020年8月にロッキード・マーティン社で組み立て、試験、打ち上げ作業が開始されました。

その作業は、コロラド州からフロリダ州の発射場への今回の旅で最高潮に達した。ロッキード社でルーシーの試験を手伝ったグラムリッチ氏は、30分ごとにシートベルトを外し、温度と湿度のデータを記録し、輸送コンテナ内の環境を把握することで、宇宙船がどのような環境にさらされているかを確認した。外見は宇宙時代のパニックルームのように見えるこの箱は、実質的には小さなクリーンルームだ。「カッシーニ・コンテナ」の愛称で呼ばれるこのコンテナは、これまでに土星へ向かった同名の宇宙船を含む、8機の宇宙船をアメリカ全土に運んできた。

ルーシーは、大陸の半分を巡航高度で箱詰めされた状態で飛行するよりも、はるかに過酷な状況を経験してきたことは間違いない。デンバー郊外のロッキード・マーティン施設では、エンジニアたちが機体を揺すり、加熱、冷却し、模擬太陽光を照射して、宇宙空間、そして打ち上げの過酷な環境に耐えられるかを確認した。ソフトウェアコードを試し、多くのコンポーネントへの電気の流れも確認した。言うまでもなく、すべてのシステムは正常だった。こうしてすべてのシステムはフロリダへと運ばれ、ルーシーは南スペースコーストからの打ち上げ前に、最後の厳しいテストに臨むことになった。

「他の惑星へ向かって打ち上げるミッションは、非常にストレスの多い仕事です」とグラムリッチ氏は言う。打ち上げのチャンスは、例えば地球周回軌道に向かう衛星よりも短い。そのため、ルーシーが最後から2番目の試験に合格し、無事にケネディ宇宙センターに到着し、打ち上げに間に合ったことは、大きな節目だった。「今、打ち上げ現場では、新たな興奮が渦巻いています」と彼女は言う。

ルーシー計画の名称は、1974年に発見された初期人類の祖先であるアウストラロピテクス・アファレンシスの化石化した部分骨格に由来しています。この骨格は、人類の起源と進化に関する考え方を一変させました。研究チームは、この探査機が太陽系の形成と進化の解明に寄与することで、古人類学におけるアウストラロピテクス・アファレンシスの化石骨格の貢献と同様に、惑星科学に貢献してくれることを期待しています。

太陽系が誕生したばかりの頃、デブリは若い太陽の周りを円盤状に圧縮されて周回していました。物質の塊や粒子がくっつき合い、雪だるま式に成長し、今日私たちが目にする整然とした惑星へと成熟しました。小惑星は、本質的にはその過程で残された廃棄物です。「惑星が存在する前の、この非常に初期の時代の残骸なのです」と、NASAのルーシー計画の科学者であるトム・スタットラーは言います。

彼は小惑星の研究をピラミッドの研究に例える。この比喩でピラミッドを木星、土星、天王星、海王星とすれば、トロヤ群小惑星はそれらの建造に使われた材料となる。完成した三角形の物体から、これらの巨大な構造物がどのようにして形成されたのかについて学べることは限られている。放棄された建設現場を見つければ、その起源についてより多くのことを推測できるだろう。「最終的にトロヤ群小惑星となった天体は、太陽系外縁部全体で形成され、現在の場所に運ばれ、そこに閉じ込められたのです」とスタトラー氏は言う。「トロヤ群小惑星は、そこに押し寄せて残された残骸の一部なのです。」

私たちの惑星は岩石で巨大ガス惑星ではありませんが、外惑星を研究することで、その形成過程に関する情報が得られます。「惑星が孤立して形成されたわけではないことが、ますます明らかになってきています」とスタットラー氏は言います。「地球が今の姿になったのは、太陽系が今の姿になったからです。（中略）地球を理解するには、他の惑星がどのように形成され、発展したかを理解する必要があります。」

ルーシー探査機は、L'LORRI、L'TES、そしてL'Ralphという3つの主要な観測機器を搭載します。「L」という接頭辞は、これらがルーシー探査機の一部であることを示しています。なぜなら、これらの機器はそれぞれ、過去に打ち上げられた観測機器をベースにしているからです。LORRIとRalphは、冥王星とカイパーベルトを探査するニューホライズンズ探査機に搭載された観測機器でした。サウスウエスト研究所宇宙運用部門の副部長マイケル・ヴィンセント氏は、「つまり、『L'LORRI』は『ルーシー・ロリ』という意味です」と述べています。OTESは、小惑星ベンヌを探査するオシリス・レックス探査機に搭載され、以前マーズ・グローバル・サーベイヤー探査機に搭載されていたTESという観測機器を一部改良したものです。「私たちが使い慣れた悪魔にこだわり続けたかったのです」とヴィンセント氏は言います。（また、このミッションに参加していた科学者の一人はフランス出身で、ヴィンセント氏は「このミッションを格上げしようとしていたんです」と冗談を飛ばします。）

L'LORRIは本質的に高性能なカメラで、600マイル（約960キロメートル）離れた場所から直径60メートル（約60メートル）のクレーターを鮮明に撮影し、地図を作成して小惑星の歴史を解明できるほど鮮明です。また、リングや衛星の探査も可能で、ルーシーが小惑星に向かう航路を補助します。結局のところ、どの遠方の点を狙うかを決めるのは簡単ではありません。「宇宙にあるものはそれほど大きくなく、私たちは猛スピードで進んでいきます」とヴィンセントは言います。

L'TESは、新型コロナウイルス感染症のスクリーニング検査で使われる非接触型体温計に似ていますが、額に当てるのではなく、小惑星の一点に向け、そこから放射される赤外線を検知することで温度を測定します。「時間をかけて、様々な表面を何度も掃引することで、全体像を把握していくのです」とヴィンセント氏は言います。彼らの目標は「熱慣性」、つまり小惑星の各部がどれだけ速く、あるいは遅く加熱または冷却するかを測定することです。これは、小惑星がどのような物質でできているかを示す指標です。例えば、砂は岩石とは異なる熱の保持特性を持っています。これは、夕暮れ時にビーチを長い距離歩いたことがある人なら、きっと気付いたことでしょう。

最後に、2つのサブ機器を搭載したL'Ralphがあります。1つはLEISAと呼ばれる赤外線を分析し、波長ごとに分離します。波長は指紋のように、岩石、氷、有機化合物、含水鉱物といった様々な物質に対応し、さらにその中で、例えばメタンと水氷の違いを判別します。もう1つはMVICと呼ばれる5色カメラで、紫外線から近赤外線まで、つまり可視光線を含むすべての波長域の光を検出できます。これらの色の違いは、小惑星の組成を明らかにするのに役立ちます。例えば、フィロケイ酸塩と呼ばれる含水鉱物は赤色で、硫化鉄鉱物であるトロイライトは紫色で表示されます。

サウスウエスト研究所のカーリー・ハウエット氏は、ラルフの観測装置科学者です。彼女は通常、赤色のバンドが最も気に入っています。他のバンドよりも明るく、より詳細な情報が得られるからです。「紫色のバンドに活動が見られ、それが点灯したら、新しいお気に入りになるかもしれません」と彼女は言います。しかし、画像に何が映っているかに関わらず、彼女はこれまで誰も発見したことのない小さな世界を目撃できることに興奮しています。「新しいものを初めて見るのは、いつ見ても飽きません」と彼女は言います。

しかし、ルーシーがこれらの小惑星に到達するには長い時間がかかるだろう。これらの小惑星が周回する巨大ガス惑星が「外惑星」と呼ばれるのには理由がある。外惑星に向かう前に、探査機は地球を2回通過し、ホットウィールのレーストラックのような加速、いわゆる重力アシストを2回受ける。グラムリッチ氏は、2022年と2024年に探査機が地球の周りを回るミッションの瞬間を心待ちにしている。彼女のような人間は、適切な時に適切な場所にいれば、自分たちが設計し、構築し、テストし、そして火を灯した何かを空に見ることができるのだ。

打ち上げから4年後、ルーシーはトロヤ群小惑星ではない小惑星（ルーシーの骨格の発見者の一人にちなんでドナルド・ヨハンソンと名付けられたのは偶然ではない）の近くを巡航し、一種のリハーサルを行う。この小惑星は、その隙間を通過する際に搭載機器のテストを行った後、トロヤ群小惑星に到達するまで2年以上の航行を続ける。木星の「前方」を周回する5つの小惑星を1年以上かけて監視する。これらの小惑星の幅は半マイルから40マイルまで様々だ。これらの監視はすべてフライバイ（接近通過）である。「うまくいけば、着陸は予定していません」と、ロッキード・マーティンでルーシーの組立、試験、打ち上げ運用を担当するコーリー・プライカル氏は語る。

これらの接近通過の後、ミッションは驚くべき方向へと転じます。それは故郷への帰還です。ルーシーは地球まで一気に戻り、地球の周りを旋回した後、再び重力の力を受けて木星の「背後」を周回する小惑星群へと向かうのです。私たちにとっては、空を揺らめく光のように見えるでしょう。再び現れては永遠に消え、人類が間近で見ることのない遥かな地へと旅立つのです。地球への帰還、そして再びトロヤ群小惑星群へと戻る旅は、4年以上かかります。

ルーシーは太陽系の外惑星へと帰還するが、まだ最後の任務が残っている。2033年、ルーシーが「木星の後ろ」の小惑星群に到達すると、幅70マイルと65マイルの連星系小惑星群に衝突する。ルーシーが他のターゲットと同様に、この2つの小惑星群のそばを通過するだけで、科学者はこれらの小惑星群のデータを「前方」の小惑星群の情報と比較することができる。この接近後、ルーシーは主要ミッションを終えるが、トロヤ群の間を滑空しながら安定した軌道を維持する。

なぜこれほど多くのターゲットにこれほど多くの時間を費やすのでしょうか？全部…岩石じゃないですか？この場合、重要なのは多様性です。「『ただの小惑星』なんてものは存在しないのです」とスタトラー氏は言います。

ミッションの進行中、ルーシーは高利得アンテナを用いてランデブーポイントから画像とデータを送信する。しかし、最後のランデブーポイントへの接近は2033年まで行われないため、最終的なデータは打ち上げから12年後まで地球に届かない。「太陽系外縁部の探査には、本当に忍耐が必要です。それは確かです」と、ミッションの副主任研究者であるキャシー・オルキン氏は語る。

ルーシーがフロリダに着陸した今、機体は最終チェックを受けています。8月の第1週に、ルーシーチームは「運用準備テスト」を実施しました。オルキン氏によると、これは「コンソールに座って、打ち上げに向けて準備し、実際に練習する」という意味です。「まるで実際に打ち上げが行われるかのようにテストを行いました。」

その後、エンジニアたちは銅線のすべての経路をテストし、電気が流れていること、そしてコンピューターや機器が出荷前と同じように動作していることを確認した。これはグラムリッチ氏の得意技だ。「このテストは大好きです」とグラムリッチ氏は言う。「すべてのコンポーネントを同時に起動できるからです」。このテストは、宇宙船の各部が連携して、科学研究という本来の目的を果たしていることを示すものだ。

ルーシーは地球との通信や受信が可能であることを確認するための最終通信チェックも受ける。チームはある時点で、機器の背面に明るい懐中電灯を照射し、迷光子が本来通過すべきでない場所から漏れ出して測定結果を損なわないよう確認する予定だ。

打ち上げが近づき、ルーシーがロケットの先端に着陸すると、グラムリッチ氏とチームは電気系統の最終テストを行う。その後、機器のカバーが外され、宇宙船は最終検査を受ける。そして、ルーシーの電源を入れ、3…2…1の準備を終える。

「宇宙船が地面から離陸すると、私たちテストチームは息をつくのです」とグラムリッチ氏は言う。

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