NASAの小惑星ブラスターが宇宙の岩石を「長方形のスイカ」に変えた

NASAのダブル小惑星方向転換テスト（DART）は、2022年9月に「絵に描いたような」テストで、車ほどの大きさの宇宙船を小惑星に衝突させることに成功した。このミッションは、たとえ地球に向かっていたとしても、宇宙船が危険な宇宙の岩石をうまく軌道変更できることを示したが、大惨事が起こる可能性はかなり低い。DARTは小惑星の軌道を変え、科学者たちは今、猛烈な衝突が小惑星の形状も変えた可能性が高いことを発見した。この発見は、3月19日に惑星科学ジャーナルに掲載された研究で説明されている。

DART は、ディディモスと呼ばれるより大きな地球近傍小惑星を周回する、幅 560 フィートの小惑星ディモルフォスをターゲットにしました。衝突前、ディモルフォスは全体的に対称的な扁平球形をしていました。

「DARTが衝突したとき、事態は非常に興味深いものになりました」と、NASAジェット推進研究所（JPL）のナビゲーションエンジニアで研究の共著者でもあるシャンタヌ・ナイドゥ氏は声明で述べた。「ディモルフォスの軌道はもはや円形ではありません。小惑星全体の形状が、比較的対称的な物体から「三軸楕円体」、つまり長方形のスイカのような形に変化しました。」

これまで、ディモルフォスはディディモスの周りを一周するのに11時間55分かかり、ディディモスから約3,900フィート離れた明確な円軌道を描いていた。この宇宙岩石の公転周期（一周するのにかかる時間）は、現在約33分15秒短くなっている。

DART による衝突後の変化を調べるために、ナイドゥ氏と本研究チームは、コンピューター モデルで複数のデータ ソースを使用しました。最初のソースは、DART が小惑星に接近する際に撮影した画像です。宇宙船で撮影されたこれらの画像は、ディディモスとディモルフォスの間の隙間をクローズアップして測定し、衝突直前の両小惑星の大きさをチームが測定するのに役立ちました。

2 番目のデータ ソースは、NASA のディープ スペース ネットワークのゴールドストーン太陽系レーダーです。このレーダー システムは、カリフォルニア州バーストーの近くにあります。このレーダー システムは、ディディモスとディモルフォスの両方から電波を反射しました。これらの電波は、衝突後のディディモスに対するディモルフォスの位置を正確に測定しました。これらのレーダー観測により、NASA は DART がミッションの期待を上回ったと結論付けました。

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最も重要なデータ源は、世界中の地上望遠鏡から得たもので、両小惑星の光度曲線を測定した。これは、小惑星の岩石表面から反射する太陽光が時間とともにどのように変化したかを示している。衝突前後の光度曲線を比較することで、チームは DART がディモルフォスの動きをどのように変えたかを知ることができた。ディモルフォスは軌道を周回する際、定期的にディディモスの前を通過し、その後後ろを通過する。これらの相互イベントの間、システム内の小惑星の 1 つがもう 1 つの小惑星に影を落としたり、地球からの視界を遮ったりすることがある。両方のシナリオで、光度曲線の一時的な暗化は望遠鏡で記録できる。

研究チームは、この一連の光度曲線の落ち込みのタイミングを利用して、軌道の形状を解明した。彼らのモデルは、ディモルフォスの軌道がわずかに細長く、つまり偏心していることを明らかにした。

「衝突前は、事象の時刻は規則的に発生し、円軌道を示していた。衝突後は、タイミングの差がごくわずかで、何かがずれていることが示された」と、研究の共著者でJPLの上級研究科学者であるスティーブ・チェスリー氏は声明で述べた。「このような正確さが得られるとは予想していませんでした。」

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研究チームによれば、モデルは非常に精密で、ディモルフォスがディディモスの周りを周回しながら前後に揺れていることも示せるという。

モデルは軌道周期の変化も計算した。衝突直後、DART は 2 つの小惑星間の平均距離を縮めた。ディモルフォスの軌道周期は 32 分 42 秒短縮され、11 時間 22 分 37 秒になった。

DART との衝突から 1 週間後、小惑星の公転周期は岩石質物質の放出が進むにつれて短くなり続けた。軌道周期は 11 時間 22 分 3 秒に落ち着き、衝突前より 33 分 15 秒短くなった。ディモルフォスの平均軌道距離は現在約 3,780 フィートで、DART との衝突前よりディディモスに約 120 フィート近づいた。

2月に発表された別の研究では、この小惑星はDARTとの衝突により、最近サンプルが採取された小惑星ベンヌのように、緩い瓦礫の山の小惑星である可能性が高いことがわかった。

「この研究結果は、発表されている他の研究結果と一致しています」とNASA本部の太陽系小天体担当主任科学者トム・スタットラー氏は声明で述べた。「別々のグループがデータを分析し、独立して同じ結論に達したことは、確かな科学的結果の証です。DARTは、小惑星の軌道を逸らす技術への道筋を示しているだけでなく、小惑星とは何か、小惑星がどのように行動するかについての新たな基本的な理解を明らかにしています」スタットラー氏はこの研究の著者ではない。

ディディモスとディモルフォスをより詳しく観察するため、欧州宇宙機関のヘラ計画が2024年10月に打ち上げられる予定だ。この計画では小惑星ペアの詳細な調査が行われ、DARTがディモルフォスをどの程度変化させたかを公式に確認できる可能性がある。