NASAは、人類の存在の手がかりとなる可能性のある「ふわふわした」小惑星を採取した。

ダンテ・ラウレッタ氏は、小惑星の表面が彼の言葉を借りれば「ふわふわ」しているとは予想していなかった。

NASA の OSIRIS-REx 宇宙船が小惑星ベンヌの表面物質のサンプルを採取するために降下したとき、ミッション主任研究員のローレッタと彼のチームは、そのプロセスが惑星科学と岩石で満たされた岩石自体の表面の両方に影響を与えることを知っていた。小惑星からサンプルを採取するという初のミッションとして、NASA は太陽系が形成された当時から残っている、変化していない物質を含むターゲットを選択した。

「せいぜい30センチの小さな穴を掘るだけだと思っていた」とアリゾナ大学月惑星研究所の理事教授でもあるローレッタ氏は言う。しかし、ベンヌの表面の物質は非常に緩かったため、「表面に幅8メートルの穴をあけてしまった」という。（これは幅20フィート以上に及ぶクレーターである。）

2020年10月の着陸を詳細に調査した後、惑星科学者たちはベンヌの表面の物質は、まるでホコリの塊のように、かなり緩く詰まっているに違いないと結論付けたとローレッタ氏は言う。詳細は、今週サイエンス誌とサイエンス・アドバンス誌に掲載された2本の論文に記載されている。

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この情報は、来年、OSIRIS-REx がベンヌのサンプルを地球に持ち帰り、世界中の科学者がさらに詳しく調査する際に非常に重要になります。サンプルリターンミッションの目標は、太陽系のこの一角の起源を明らかにし、地球上の生命の進化につながった化学反応を明らかにすることです。この小惑星の内容物は、火星などの惑星の岩石と同じ性質変化のプロセスを経たことがない点で特にユニークです。

「有能な地質学者なら誰でも、『岩石がどこから来たのかを知らなければ、その岩石を本当に理解することはできない』と言うでしょう。母岩はどこにあったのか？ 周囲の環境はどんなものだったのか？」とローレッタは説明する。「それがまさに、OSIRIS-REx がサンプル採取地で行ったことなのです。」

つまり、ベンヌの表面がどれだけ「ふわふわ」しているかを解明する必要がある。ミッションの背後にいるチームは、2つの異なるアプローチを使用して、ベンヌの表面物質（「レゴリス」と呼ばれる岩石の軌道天体の層）のかさ密度を測定した。ローレッタと彼の協力者は、探査機が着陸する前と後に採取場所を撮影した画像を分析し、その結果はサイエンス誌の論文で説明されている。一方、ミッションのレゴリス開発ワーキンググループの主任研究者であり、サウスウエスト研究所の科学者であるケビン・ウォルシュは、小惑星が車ほどの大きさの探査機に及ぼした力、つまりOSIRIS-RExの着陸がどれだけ軟らかいものであったかを分析した。その結果はサイエンス誌の論文で説明されている。

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二人が別々に見つけた答えは、驚くほど軟着陸だったということだ。ラウレッタ氏によると、平均的な岩石の密度は1立方メートルあたり約3,000キログラムであるのに対し、ベンヌの表面物質のかさ密度は1立方メートルあたり約500～700キログラムだという。

科学者たちが調べたもう一つの指標は、ベンヌの表土の凝集力、つまり小麦粉やココアパウダーの塊のように、異なる粒子がどれだけ強くくっついているかということだとウォルシュ氏は説明する。同氏の分析により、「表面[物質]には基本的に凝集結合がない」ことが明らかになった。

オシリス・レックスがベンヌに着陸したとき、宇宙船はNASAにとって新しい操作を実行していた。それは、「タッチ・アンド・ゴー・サンプル取得機構」（TAGSAM）と呼ばれるロボットアームで小惑星に軽く触れ、表面の物質をかき混ぜるために少量の窒素ガスを吹き付け、その後、地球に持ち帰るために塵や粒、小石をサンプル収集容器に吸い込んだのだ。

「ガスが放出されるとすぐに、そこらじゅうに物が散乱しました」とウォルシュ氏は着陸時のビデオを見ながら語った。「まるでハリケーンのようでした」と彼は回想し、TAGSAM アームの周囲に砂粒や岩の破片が渦巻いていた。

着陸機を押し戻すほどレゴリスの密度がなかったため、降下自体が困難であることがわかった。「小惑星から離れ始めるためにスラスターを噴射していなかったら、私たちは流砂のように完全に突っ込んで消えていたと思います」とローレッタは言う。

オシリス・レックスはベンヌの粘土層に水が閉じ込められていることを発見したため、ローレッタ氏は、小惑星の岩石自体が多孔質で、互いに固定されていない可能性があると考えている。海岸で乾燥した砂で作られた、1 日前にできた水滴城のようなものだと考えてください。小さな力 (人間の足や風) で崩れると、簡単に崩れてゆるい堆積物の山になってしまう可能性があります。

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2023年9月にサンプルが地球に帰還すれば、科学者たちはベンヌの表土がなぜあんなに緩いのか、そしてそれ以上のことをテストする機会を得ることになる。サンプルは「一連のテスト」を受けることになるとローレッタ氏は言う。4大陸にまたがる研究室で鉱物学や化学、小惑星の年齢を判定するためのさまざまな同位体、そして地球が居住可能になった際に生命をもたらした可能性のある有機分子や水などの揮発性物質について研究される。ベンヌのような小惑星は、地球の発達の重要な時期に水をもたらしたのかもしれない。

ベンヌのサンプルは、これほど詳細に研究される初めての宇宙岩石ではない。他の惑星から分離して地球の表面に落下した隕石は、何十年もの間、科学的な調査の対象となってきた。しかし、それらの岩石は地球の大気によって汚染され、場合によっては変化さえしているため、どこから来たのかを正確に特定するのは困難だ。「それらは宇宙からの無作為のサンプルであり、背景は何もないのです」とローレッタは言う。

純粋なサンプルは、その発生源から直接採取し、地球の大気圏を通過する間は慎重に保護する必要がある。オシリス・レックスのミッションは、NASA が小惑星から岩石を持ち帰る初めてのミッションとなるが、日本の宇宙航空研究開発機構 (JAXA) は最近、小惑星リュウグウで同様のミッション「はやぶさ 2」を実施した。以前の JAXA 探査機「はやぶさ」は、より石の多い小惑星イトカワをターゲットにしていた。2010 年にサンプルが持ち帰られたとき、チームは物質を持ち帰ることができなかったと考えていた。しかし、収集器を開けた後、彼らは岩石の粒子をいくつか発見した。最終的には、3 つのミッションすべてが、初期の太陽系がどのようなものであったかをモデル化する上で重要なデータを提供することになる。

OSIRIS-REx にはベンヌに続く第 2 の目的地もあります。探査機が地球に帰還する際、パラシュートでサンプル回収カプセルをユタ州の砂漠に投下します。探査機の残りの部分は、OSIRIS-APEX と呼ばれる長期ミッションを継続し、別の地球近傍小惑星アポフィスの周回軌道に乗ります。

OSIRIS-APEX は宇宙の岩石からサンプルを採取することはないが、軌道上から 18 か月間にわたって小惑星を調査する。また、サンプルリターンと同様の操作も実行し、アポフィスの表面に接近してスラスターを噴射し、その真下にあるものを露出させる。このプロセスにより、ベンヌのような「ふわふわした」表面は例外ではなく、むしろ規則であることが明らかになるかもしれない。