DART が小惑星を破壊したことがわかる 5 つの方法 (文字通りではない)

2022年9月26日、NASAのDouble Asteroid Redirection Test（DART）宇宙船が時速13,000マイルで小惑星の衛星ディモルフォスに激突し、より大きな伴小惑星ディディモスの周りの地球外岩石の軌道を変えました。計画、目標設定、700万マイルをカバーする自律飛行の見事な成功となったこの衝突は、地球と衝突する将来の小惑星の軌道を変更するために使用できる宇宙船である運動エネルギー衝突装置の最初の概念実証となりました。

しかし、DART のようなミッションが現実の終末シナリオでどのように機能するかを理解するためには、天文学者や国家安全保障の専門家は大量のデータと詳細な分析を必要としている。彼らは、ディモルフォスに向けられるほぼすべての望遠鏡やセンサーが衝突前にほぼ即座にデータを入手していたように、衝突前にもデータを入手していた。そして今、何が起こったのかの詳細な分析が公開されており、3 月 1 日にNature誌に掲載された 5 つの論文がその始まりとなっている。

1. DARTのような運動エネルギー衝撃装置は大きな衝撃を与える可能性がある

北アリゾナ大学の天文学者クリスティーナ・トーマス氏が率いる国際チームは、ディモフォスの軌道に関する研究で、ダート号の墜落が小惑星の軌道周期をどの程度変えたかを計算した。レーダーと光度曲線（ディモフォスの明るさの時間的変化から測定）を使用して、宇宙岩石の軌道が33分遅くなったことを明らかにした。誤差は3分ほどだ。

「惑星防衛の運動学的衝突技術の概念実証として、DART は高速遭遇中に小惑星をターゲットにできること、そしてターゲットの軌道を変更できることを実証する必要があった」とトーマス氏と同僚は論文に記している。「DART は両方を成功裏に達成した。」

しかし研究者らは、DART がディモルフォスの速度を 30 分も遅らせることができた理由はおそらくいくつかあると指摘している。もし唯一の要因が探査機の質量だったとしたら、小惑星の軌道は 7 分以内に変化したはずだ。他の説明には「この論文の範囲を超えたモデル化が必要になる」と研究者らは説明した。

2. DARTは小惑星自体から大きな支援を受けた

ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所の惑星防衛担当主任科学者アンディ・チェン氏が主導した2番目の論文では、ディモルフォスの軌道がなぜこれほど劇的に変化したのかを詳しく調べた。

彼のチームの研究により、DART の衝突の力でディモルフォスから揺り動かされた物質である「噴出物」が、宇宙船からの運動エネルギーの伝達と小惑星の軌道の変化を 2.2 ～ 4.9 倍に増幅したことがわかった。実際、論文の中で著者らは、DART 自体よりも「噴出物からディモルフォスに伝達された運動量の方がはるかに多かった」と書いている。

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宇宙船が小惑星にどれだけの運動量を伝達できるか、そしてそれが小惑星の軌道にどのような影響を与えるかは、DART ミッションが答えようとした重要な疑問であり、この研究は科学者に彼らが待ち望んでいたパラメータを与えている。この研究は、危険な小惑星の構造を考慮した上で、運動エネルギー衝突体が及ぼす可能性のある効果の範囲を示している。衝突に対してより多くの噴出物で反応する小惑星の場合、DART タイプの宇宙船は、通常よりも大きな小惑星を逸らしたり、より短い警告時間で小惑星を逸らしたりできる可能性がある。

3. 事前の計画が地球を救う鍵

ジョンズホプキンス応用物理学研究所のテリック・デイリー、キャロリン・アーンスト、オリヴィエ・バルヌーインが主導した3番目の論文の重要なポイントは、DARTの衝突が成功し、衝突による噴出物による増幅が役に立ったにもかかわらず、惑星保護は依然として観察と早期警告のゲームであるということだ。「小惑星を逸らすための運動衝突技術には、地球への小惑星の衝突を防ぐために、少なくとも数年、できれば数十年という十分な警告時間が必要である」と研究者らは論文に書いている。

ありがたいことに、早期警報はNASAがDARTミッションのずっと前から投資してきたものである。 2005年NASA認可法宇宙機関に直径460フィート以上の地球近傍小惑星の90％をカタログ化するよう指示し、その作業はすでに完了している。NASAは現在、赤外線宇宙望遠鏡2028年に打ち上げが予定されており、目に見えない小惑星を空から探すのに役立ちます。

「NEOサーベイヤーは、潜在的に危険な地球近傍物体を迅速に検出、追跡、特徴付けるNASAの能力の次世代を代表するものだ」とNASAの惑星保護責任者リンドリー・ジョンソン氏は声明で述べた。

4. DARTは秘密裏に惑星科学ミッションでもあった

惑星科学研究所の上級科学者、ジャンヤン・リー氏が率いる4番目の研究によると、ディモルフォスの噴出物は小惑星の軌道に影響を与えただけでなく、衝突後3時間以内に小惑星から900マイル以上も離れた場所に塵の尾をもたらしたという。

彗星は光り輝く尾でよく知られているが、科学者の言うところの「活動的」な小惑星も、その背後に小さな尾を形成することがある。これは何らかの衝突の後に起こると考えられているが、この考えが検証されたことはない。

9月のミッションは、惑星保護と惑星科学ミッションの二重の役割を果たした、噴出物から尾の形成までのプロセスの「詳細な特性」を科学者に提供した。「DARTは、自然の衝突によって引き起こされた活動を示す新しく発見された小惑星の研究のモデルであり続けるだろう」と研究者らは書いている。

5. DARTはディモルフォスを大いに盛り上げた

最後の論文も惑星科学の分野に属し、DART 後の余波を受けているディモルフォスを詳しく調査している。SETI 研究所の天文学者アリエル・グレイコウスキー氏が率いるアフリカとインド洋の島で地上望遠鏡を使った研究により、この小惑星が夜空で衝突前の明るさに戻るまでに 23 日以上かかったことが判明した。

分析では、衝突時に噴出物が赤みがかっていたことも判明したが、これはいくぶん不可解なことである。「通常、活動中の天体は、活動していない天体よりも平均して青みがかっている」と研究者らは論文に記し、活動中の彗星と活動していないカイパーベルト天体を例に挙げている。「観測された表面の赤みがかった色の一部は、有機物の放射線によるものかもしれない」と研究者らは付け加え、宇宙放射線はディモルフォスのような小惑星に見られるものと同じ鉱物の一部を赤く染める可能性があることを実験室実験で示していると指摘している。

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5 つの研究は、DART ミッションをさまざまな角度から分析する進行中のキャンペーンの第一波に過ぎません。たとえば、欧州宇宙機関の HERA ミッションは、2026 年にディモルフォスと合流し、DART の影響の結果を詳細に評価する予定です。それまでの間、NASA とその他の協力者は、人類と周囲の宇宙との関係における大きな節目を祝い続けることができます。

「世界初の惑星防衛技術実証のため、DARTが小惑星に正面衝突したとき、私は歓声をあげたが、それはほんの始まりに過ぎなかった」とNASA科学ミッション局長ニコラ・フォックス氏は3月1日の声明で述べた。「これらの発見は小惑星に関する基本的な理解を深め、人類が地球を防衛する方法の基盤を築くものだ」