NASAのDARTミッションが宇宙船を小惑星に衝突させる理由

NASAは時速15,000マイルで猛スピードで飛行する宇宙岩石に直接衝突するように設計された宇宙船を打ち上げようとしている。

天候が許せば、NASAのダブル小惑星方向転換試験ミッション（DART）は、カリフォルニア州サンタバーバラ北西のヴァンデンバーグ宇宙軍基地から、スペースX社のファルコン9ロケットに搭載され、水曜日の早朝に打ち上げられる。DARTは、はるかに大きな小惑星を周回する、地球近傍小惑星ディモルフォスをターゲットとする。来年秋、約680万マイルの旅の後、DARTはディモルフォスに衝突し、その軌道をわずかに変える予定だ。これは、地球と衝突する可能性のある小惑星から世界を救うために何ができるか、そして映画『アルマゲドン』や『ディープ・インパクト』で描かれるような地球規模の大惨事を防ぐために何ができるかを検証するテストとなる。

打ち上げ開始は11月24日東部時間午前1時21分で、打ち上げの様子はNASA TVで配信される。ヴァンデンバーグ宇宙軍基地の気象担当官、マクシミリアン・ラッシュ大尉は月曜日の記者会見で、「付近には寒冷前線が接近しており、風も弱いものの、当局は依然として90％の確率で打ち上げに適した天候になると見込んでいる」と述べた。仮に1日延期せざるを得なくなったとしても、木曜日には100％の確率で天候が回復すると予想している。

「DARTは惑星防衛に特化した初のミッションです。小惑星の脅威に対処し、必要であれば地球への衝突を防ぐことを目的としています」と、DARTの調整責任者であり、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所の惑星科学者であるナンシー・シャボット氏は語る。同研究所はNASAと共同でこの探査機を開発した。彼女はすぐに、ディモルフォスとそれが周回するより大きな小惑星は脅威ではないと付け加えた。「これは単なるテストです」

DARTに残されたチャンスはたった一度きりだ。この探査機は基本的に幅4フィート（約1.2メートル）の箱型で、両側に長い太陽電池パネルが付いている。探査機はディモルフォスに直接衝突する必要がある。ディモルフォス自体の幅は約500フィート（約150メートル）、ギザの大ピラミッドとほぼ同じ大きさだ。地球から見ると、この2つの小惑星は空に浮かぶかすかな点のように見える。DARTがディモルフォスに向かって飛行するにつれ、搭載されている光学カメラが画像を送信する。このシステムには、地球のエンジニアからの指示に頼ることなく、探査機を自動で航行するアルゴリズムが組み込まれている。長距離ではタイムラグが大きすぎるからだ。

接近するにつれ、科学者たちはDARTの衝突予定日をより正確に把握できるようになるでしょう。おそらく来年9月26日から10月1日の間でしょう。到着の約10日前に、イタリア宇宙機関が開発したブリーフケースサイズのキューブサット「LICIACube」が打ち上げられます。このキューブサットは、衝突の瞬間と、その結果生じた岩石の破片の写真を撮影し、地球に送ります。

ディモルフォスは他の多くの地球近傍小惑星に似ていますが、DARTチームがターゲットに選んだのは、連星系小惑星の若いメンバーであるためです。「ムーンレット」と呼ばれるこの小惑星は、より大きなパートナーであるディディモスの周りを、まるで時計仕掛けのように11時間55分ごとに周回します。DARTはディモルフォスの軌道に対して約17度の角度で衝突し、科学者たちはその結果、その軌道がどれだけ変化するかを測定する予定です。つまり、その動きを他の近くの天体の軌道と簡単に比較できるのです。もし単独の小惑星に衝突することを選択した場合、その軌道のわずかな変化は、地球に接近するまで何年も明らかになりません。しかし、パートナーが地球に非常に近いため、ディモルフォスの軌道の変化は数日以内に特定できます。

「これは実にスマートで巧妙な方法で、費用対効果も高い。しかも安全です。この衛星を、既に周回している小惑星に少し近づけるだけなのです」とシャボット氏は言う。彼女とチームは、DARTによって小惑星の周回軌道が5分から15分短縮され、ディディモスの周回時間はわずか11時間45分になると予想している。NASAは73秒以上の偏向をミッション成功とみなす。

この小惑星ペアは、2023年3月まで地球上の望遠鏡で精密な測定ができるほど接近します。その後は、太陽を周回する軌道の一部が火星の軌道を超えるため、さらに遠ざかります。この距離から見ると、小惑星ペアは単一の光点のように見えますが、科学者たちはディディモスに反射した太陽光の明るさがどのくらいの頻度で暗くなるかを測定することができます。これは、ディモルフォスの軌道の持続期間の指標となります。

これらの小惑星は、他の多くの小惑星や一部の流星（地球の大気圏に突入する宇宙の岩石）と同様に、ビリヤードの玉のように密度が高く、固体ではありません。岩石、砂利、氷の塊が「ラブルパイル」と呼ばれる構造で緩く結合している可能性があり、その石質組成は小惑星リュウグウやエロス、そして2013年にロシアのチェリャビンスク上空で爆発した流星に似ています。実際、ディモルフォスの小衛星は、ディディモスの側面から回転しながら落下しただけで形成された可能性があります。ディモルフォスがラブルであれば、DARTの衝突は破片をまき散らして小惑星を大きく動かすのではなく、クレーターを作る可能性があります。しかし、この不確実性こそが、このミッションを実行する理由の一つです。

墜落現場のより詳細な調査のため、欧州宇宙機関（ESA）のヘラ探査機が次に登場します。この探査機は2024年に打ち上げられる予定です。2026年にこの2つの小惑星に到達した際には、光学カメラ、ライダー（LIDAR）、赤外線スキャナー、そして2基のキューブサットを搭載し、ディモルフォスの表面と構造の詳細な地図を作成する予定です。

もし危険な小惑星が実際に地球に向かってきた場合、宇宙船、つまり「キネティック・インパクター」を衝突させることは、人類が利用できる手段の一つに過ぎません。NASA、ESA、その他の宇宙機関は、小惑星を「重力トラクター」として近くに配置して別の進路に引き寄せたり、近くで核爆発を起こして押し退けたりするなど、他のアプローチも検討しています。（小惑星自体に核爆弾を投下すると、進路を大きく変えずに多数の岩石に変化させてしまう可能性があるため、失敗するリスクがあります。）「キネティック・インパクターは、これらの技術の中では群を抜いて最も成熟した方法です」と、NASA惑星科学部門のロリ・グレイズ部門長は日曜日の記者会見で述べました。

NASAの優先事項の中で、気候科学と地球に衝突する可能性のある物体の監視への取り組みは、最近のアメリカ人成人を対象とした世論調査によると、国民の支持が最も高い。NASAは長年にわたり、惑星防衛調整局（PDC）を通じて後者に重点を置いてきた。DARTミッションは、小惑星の軌道を逸らす初の試みとして、同局にとって、そして国際協力にとっても大きな節目となる。

しかしNASAが実際に危険な小惑星を逸らす前に、その小惑星を発見しなければならない。2005年、議会はNASAに対し、ディモルフォス以上の大きさのほとんどの小惑星をリストアップするよう義務付けた。近日公開の映画「ドント・ルック・アップ」で描かれるシナリオのように、衝突の危険性がわずかにあるため、いくつかの彗星もリストに載っている。（心配しないでください。「メランコリア」のような、放浪惑星による衝突の事例は知られていません。）「現時点では、今後100年間に地球に衝突する可能性のある天体は1つも認識されていません」とNASAの科学担当次官トーマス・ザーブヘンは言う。しかし彼は、まだ発見されていない小惑星が存在する可能性もあることを認めている。

科学者たちはこれまでに、直径800メートル以上の地球近傍小惑星、つまり惑星を破壊する小惑星の約90%を検出したと考えている。地球を滅ぼすほどではないものの、大陸全体に局地的な壊滅をもたらす可能性のある、より小型のディモルフォスサイズの小惑星は、わずか40%程度しか発見できていない。

「これらの小惑星の多くにとって真の課題は、それらが最も多くの時間を過ごしている場所を調査する必要があることです」と、カリフォルニア工科大学の惑星科学者ジョセフ・マシエロ氏は語る。彼はNASAのネオワイズ望遠鏡共同研究チームに携わっており、このプロジェクトは数多くの地球近傍小惑星を発見し、リストに加えてきた。彼はまた、NASAが計画している地球近傍小惑星探査機NEOサーベイヤーにも携わっており、この探査機はさらに多くの小惑星を発見する予定だ。この探査機は現在、2026年前半の打ち上げが予定されている。

マシエロ氏は、地球近傍天体の探査をレーストラックに例え、地球がレースカーの1台となって周回する様子を描いています。最終的に地球に衝突する可能性のある小惑星は、地球と似た軌道を描いている可能性が高いものの、そのほとんどの時間はトラックの反対側、つまり小さく、かすかで、見えにくい場所で過ごす可能性があります。

科学者は小惑星の軌道を数十年先まで予測できますが、その軌道は変化する可能性があります。小惑星の軌道が太陽に近づくと、太陽からの光の一部を吸収して熱として再放射し、小惑星をわずかに押し出すことがあります。この現象はヤルコフスキー効果として知られており、ほとんどの小惑星探査望遠鏡が、再放射された光の熱特性をスキャンできる赤外線波長に焦点を合わせているのはそのためです。

小惑星が衝突コースにあるという早期警告の利点は、軌道をわずかに変更するだけで事態を収拾できることです。DARTミッションは、まさにその予行演習です。NASAの科学者が宇宙船の破壊を祝うのは、おそらくこれが最後になるでしょう。DARTは、ディディモスとディモルフォスを表す小さな点が大きくなり、明るくなっていく様子を捉えた画像を地球に継続的に送信します。小惑星の最後の画像は、衝突の数秒前に送信されると、DARTプログラムサイエンティストのトム・スタトラー氏は日曜日のブリーフィングで述べました。「信号が途絶えることで、宇宙船が衝突したことが確認できます」と彼は述べました。「そして、その瞬間、誰もが大きな歓声を上げ、ハイタッチをするでしょう。」

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