NASAのDART宇宙船が意図的に小惑星に衝突

NASAは通常、宇宙探査機には非常に慎重です。しかし今回のDARTは違います。科学者チームが、回転する岩石に探査機を意図的に高速で突っ込ませました。ミッションは完了です。

これは単なるテストであり、小惑星の進路を少しずらすことができるかどうかを確かめるための試みです。これは、地球に衝突する可能性のある地球近傍天体を、事前に十分に発見できれば、その進路を逸らす戦略として活用できる可能性があります。今回のテスト対象はディモルフォスと呼ばれ、地球から約680万マイル（約10億キロメートル）離れています。実は、これは小惑星ペアの小さな方で、はるかに大きな兄弟であるディディモスの衛星です。

DART探査機は自動販売機ほどの大きさで、ディモルフォスに激突した際には時速14,000マイル（約22,000キロメートル）という途方もない速度で飛行していた。探査機が最終接近に向けて猛スピードで進む中、ミッションコントロールから見守っていたDARTチームは、各節目ごとに歓声と拍手喝采を浴びた。「個々のピクセルの集合体から、ディディモスの形状、陰影、質感までが見えるようになりました。そして、ディモルフォスに近づくにつれて、同じことが分かります。本当に素晴らしいですね」と、NASA惑星科学部門のロリ・グレイズ部長は衝突の2分前に語った。 

探査機のカメラが捉えた最後の映像は、ディディモスがやや卵型の岩石で、岩が散らばり、クレーターが点在している様子を捉えていた。映像は急速に大きくなり、そして…画面が真っ暗になった。信号が途絶えたのだ。これで探査機の衝突が確定し、部屋中に研究者たちの叫び声が響き渡った。 

「わあ、すごい！」 
「なんてことだ！」 
「やった！」

NASAの科学者たちは、小惑星は損傷を受けたものの完全には崩壊しなかったと考えており、衝突によってディディモス周回軌道がわずかに短縮された可能性があると予測しています。もしこれが事実であれば、探査機との衝突が小惑星の軌道を変える可能性があることを実証することになります。天文学者たちが今後数週間にわたってこの小惑星ペアの調査を続けることで、DARTチームは衝突がどれほど効果的に作用したかを正確に評価できるでしょう。

墜落直後、NASAのビル・ネルソン長官はチームを祝福し、感謝の意を表し、「我々は惑星防衛が地球規模の取り組みであり、地球を救うことは十分可能であることを示している」と述べた。

ディモルフォスは小さめで、直径525フィート（約157メートル）あり、大ピラミッドとほぼ同じ大きさです。地球にとって脅威となったことはありませんが、小惑星帯よりも近い軌道には、同程度のサイズの小惑星（および彗星）が多数存在し、NASAとそのパートナーがまだ発見していないものもあります。もしより大きな宇宙の岩石が地球に衝突すれば、人類は恐竜と同じ道をたどる可能性が高いでしょう。

2005年、議会はNASAに対し、直径460フィート（約130メートル）を超える小惑星を発見する義務を課しました。そして現在までに、NASAは地球近傍天体のほぼすべてを発見・追跡しています（民間資金による小惑星探査プロジェクトも進行中です）。しかし、NASAとそのパートナーが発見した小惑星は、それよりも小さいものは半分にも満たず、おそらく40%程度に過ぎないと、NASA惑星防衛調整局のプログラム科学者トム・スタトラー氏は述べています。それでも、地球に衝突すれば、都市全体、あるいは国全体を破壊できるほどの大きさです。

「地球の歴史の始まりからずっと続いてきた（潜在的な）自然災害を防ぐ目的で、太陽系内で何かを移動させようと実際に試みたのは、今回が初めてです」とスタットラー氏は言う。

DART探査機（Double Asteroid Redirection Testの略）は2015年から開発が進められてきました。ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所が設計、構築、運用を行い、NASAの多くの研究機関の支援を受けて昨年11月に打ち上げられました。DARTは、NASAと欧州宇宙機関（ESA）の共同プロジェクトである小惑星衝突・偏向評価（AIDA）の主要部分を担っています。このミッションは、アリゾナ州、ニューメキシコ州、チリなどの観測所にも依存しており、天文学者たちは衝突後の偏向を可能な限り正確に測定するため、望遠鏡をディモルフォスとディディモスに焦点を合わせ続けています。

DARTの飛行が最後まで続く限り、天文学者たちはディモルフォスとディディモスを一つの光点としてしか見ることができませんでした。小さい方の小惑星は非常に小さいため、地球の望遠鏡からは見えませんが、天文学者たちは、ディモルフォスが軌道を周回する際に、大きい方の小惑星から発せられる既に弱い光をどれほど頻繁に弱めるかを測定することで、ディモルフォスとディディモスを追跡することができます。

探査機の最終接近は、冥王星を通過したニューホライズンズに搭載されたカメラに似た「DRACO」と呼ばれる光学カメラによって捉えられました。この非常に接近したカメラでさえ、衝突の数時間前にはディモルフォスを独立した天体としてしか捉えることができませんでした。

「非常に速い速度で接近してくるため、ディモルフォスがどのような姿をしているのか、つまり、これまで見たことのないこの小惑星がどのような形をしているのかがわかるのは、ほんの数分後です」と、ジョンズ・ホプキンス大学の惑星科学者でDARTの調整責任者を務めるナンシー・シャボット氏は、衝突の数日前に行われたインタビューで述べた。「小惑星の表面の特徴を解明できるのは、実際には最後の30秒だけです」

実際、今日まで科学者たちは、この小惑星がビリヤードの玉のようなものなのか、それとも塵の玉のようなものなのか、はっきりと分かっていませんでした。「この衛星は単一の巨大な岩石なのか、それとも小石や微粒子の集合体なのか？私たちには分かりません」と、ジョンズ・ホプキンス大学の研究者であり、DRACO観測装置科学者でもあるキャロリン・アーンスト氏は衝突前に語りました。その構成は、科学者たちが研究したいいくつかの変数に影響を与える可能性があります。衝突によって小惑星の軌道がどの程度変化するか、衝突クレーターが残るか、小惑星が回転するか、岩石の破片が飛び散るかなどです。

ほとんどの宇宙探査機とは異なり、DARTは目標地点に到達するまで減速しませんでした。接近するにつれて、搭載されたカメラは小惑星がフレーム内で拡大していく様子を継続的に撮影し、NASAジェット推進研究所が管理する国際アンテナシステムであるディープ・スペース・ネットワークを介して地球に送信しました。

これらの画像は研究にとって重要であるだけでなく、航法の鍵となるものです。人間のオペレーターがDARTに信号を送るまで、あるいは探査機が地球に画像を送信するまでには38秒かかります。タイミングが極めて重要な場面では、探査機は自ら操縦する必要がありました。最後の20分の間に、SMART Nav自動システムは目標物を「精密ロック」し、これらの画像を用いてスラスターエンジンで探査機の進路を調整しました。

DART が小惑星に突入して探査機は破壊されたが、これはミッションの次の段階の始まりに過ぎない。次の段階は、送信されたデータの解析とその影響の評価であり、それには数ヶ月かそれ以上かかるだろう。

しかし、アーンスト氏は、宇宙船からは得られないデータが一つあると指摘する。「クレーターを撮影することはできない。私たち自身がクレーターなのだから。」

ディモルフォスがより質量の大きいパートナーを周回する特殊な軌道は、天文学者がDARTの軌道の偏向を測定する上で鍵となるだろう。ほとんどの小惑星は太陽の周りを回っているだけなので、軌道のわずかな変化に気づくには何年もかかる可能性がある。しかし、DARTの衝突によって変化したのはディモルフォスのパートナーを周回する軌道であり、小惑星の太陽軌道ではない。ディモルフォスがパートナーを周回するのに11時間55分かかるため、科学者は数週間で複数の軌道を測定し、変化を評価することができるかもしれない。例えば、移動距離が数分短くなるかもしれない。シャボット氏によると、これは時計が少しずれているのと似ているという。「1週間もすれば、少し遅れていることに気づくのです」。

地上の望遠鏡による観測とDRACOの画像に加え、シャボット氏とチームは、イタリア宇宙機関（ISS）のLICIACube（ブリーフケースほどの大きさの小型探査機）からの画像にも期待を寄せています。LICIACubeは、15日前にDARTによって打ち上げられたものです。この探査機は、衝突から3分後に小惑星の近傍を飛行し、衝突現場の「後」の画像を提供しようと試みました。ただし、塵や岩石の雲によって鮮明な画像が撮影できない可能性はあります。LICIACubeにはデータが保存されており、これらの画像は今後数日から数週間のうちに送信される予定だとシャボット氏は言います。

That’s why the AIDA collaboration includes the European Space Agency’s upcoming Hera mission, which is planned for launch in October 2024 and will rendezvous with the asteroid pair in late 2026. With ground-penetrating radar and other instruments, the spacecraft will probe the aftermath of DART’s crash and measure the mass and composition of the asteroid, its post-impact internal structure, and the shape of the crater.

“To understand how efficient this technique is and whether we can even use it for much larger asteroids, like the dinosaur-killer asteroid, we really depend on getting this additional information from Hera,” says Ian Carnelli, Hera’s project manager. While researchers have run plenty of models and simulations of various kinds of deflections, this experiment will finally provide real-universe data for them.

Since a collision with a probe only nudges an asteroid, the DART technique will work only if there’s enough warning time that a dangerous asteroid or comet is heading toward Earth. Scientists would need to know a decade or so in advance in order to position the probe to meet the space rock before it’s too close to be deflected with a little push. (It won’t be like the movie Don’t Look Up, where there was only a six-month warning time.)

Recent public opinion polls have consistently shown that Americans rank planetary defense and climate science as top priorities for the US space program, higher than planned crewed missions to the moon and Mars. Considering that near-Earth asteroids and climate change could threaten everyone on the planet, that’s understandable, and it’s why scientists have to attempt tests like the DART mission. “DART is really the first demonstration of a technique we might use to defend the planet,” Ernst says. “You can theorize, you can run laboratory experiments at small scales. But this data point is really critical for us to understand what we could actually do should we see a hazard.”