エクストリームサイエンス：ラッキーストライク

5万年前、直径100フィートを超えるニッケルと鉄の濃厚な塊が地球の大気圏に突入しました。この塊は時速45,000マイルで地表に向かって加速し、北米の緑豊かな森林地帯に激突しました。この衝突により、現在のアリゾナ州北部に、深さ590フィート、幅4分の3マイルの巨大な穴が残りました。

今日、この場所はメテオクレーターとして知られています。何世代にもわたって人々を魅了してきましたが、この驚くべき場所を掘り出した現象である小惑星についてはまだ理解が始まったばかりです。この自然の驚異の全体像を実際に知るために、ポピュラーサイエンスはエクストリームサイエンス特派員のジェイク・ローパーを派遣し、ビデオツアーに案内してもらいました。

メテオクレーターで何が起こったのかを理解するには、太陽系の始まりまで遡る必要があります。太陽が最初に形成されたとき、塵とガスが新しい星の周りを回り始めました。これらの小さな物体は互いに衝突し、絶え間ない衝突を経るうちにどんどん大きな物体に成長しました。その多くは惑星とその衛星になりましたが、火星と木星の間には、いくつかが残されました。2つの惑星の間の空間には、これらの物体が何万個もあります。

動画から簡単な語彙のレッスンをもう一度繰り返します。NASA によると、小惑星は太陽の周りを回る小さな岩石の天体です。彗星は小惑星に似ていますが、より氷が多く、太陽に近づくと宇宙に蒸気の跡を残すことがあります。流星は、小惑星が地球の大気圏に入るときに空を横切る火の筋のことです。隕石は、地球の表面に到達した小惑星の残骸です。

時々、小惑星が別の小惑星に衝突したり、惑星の重力を通り抜けて太陽系の内部に撃ち込まれたりすることがあります。その場合、小惑星は新しい軌道に移動したり、太陽に落ちたり、地球などの別の惑星に衝突したりする可能性があります。

「まるでピンボールマシンのようだ」と、広域赤外線探査機（WISE）を使って小惑星などの地球近傍天体（NEO）の地図を作成するNEOWISEプログラムの主任研究員エイミー・メインザー氏は言う。

2009年から2011年までの最初の運用期間中、WISE宇宙船は太陽系内の34,000個を超える小惑星を特定し、記録しました。2013年12月に再始動して以来、科学者は太陽系内の178個の新しい小惑星を特定しており、そのうち58個は地球近傍天体とみなせるほど近いものです。

転機

20年前まで、メテオクレーターを作ったような出来事が再び起こるかどうかに誰も真剣に注目していませんでした。多くの天文学者が小惑星について考えるとき、彼らはそれを「空の害虫」と考えていました、とメインツァーは言います。それは小惑星が脅威となるからではなく、他の天体の観測を妨げるからでした。

しかし 1994 年、シューメーカー・レヴィ彗星の破片が木星に衝突するのを世界は畏怖の念をもって見守りました。これは、小惑星のような物体が惑星に衝突するのを観測した初めての事例でした。

この衝突により、ガスで覆われた巨星の大気圏に地球数個分の大きさの、目に見えて変色した巨大な傷跡が残り、何ヶ月もそこに残った。シューメーカー・レヴィ衝突以前、地球に深刻な被害を与える可能性のある物体を追跡する取り組みは、比較的控えめなものだった。しかし、木星衝突後、小惑星（および小惑星衝突）への関心が急上昇した。ハリウッドは映画を製作した。そして、米国政府は、NEOWISE やその前身のような NASA のプログラムに資金を投じ、地球を破壊する小惑星がいくつあるか、小惑星が衝突したら実際に何が起こるかを調べることを義務付けた。

ストライキの解剖

メテオクレーターを初めて見れば、誰の視点も変わる。専門的に小惑星を研究している人も例外ではない。エイミー・メインザーは、メテオクレーターを作った小惑星よりもはるかに大きな小惑星を数多くカタログ化してきたが、この場所を初めて見たときの体験は、本能的な反応だったと彼女は言う。「地面に非常に大きな穴をあけるのに、大きな小惑星は必要ないということが分かる」と彼女は言う。

しかし、一体どうやってその穴ができたのでしょうか?

「1870年代、人々は大きな隕石の衝突がどのようなものかについて非常に間違った考えを持っていました」と、パデュー大学の地質物理学者ジェイ・メロッシュは説明する。「彼らはそれを地面に銃弾を撃ち込むようなものだと考えていました。」地面に銃弾を撃つと、銃弾は小さなクレーターを作り、土に埋まって地面の中に消える。

「（小惑星が）移動する速度では、大気はレンガの壁のようになる」とメロシュ氏は言う。より小さな小惑星、または金属含有量の少ない小惑星であれば、粉々に砕けて完全に燃え尽きるだろう。しかしアリゾナ州に衝突したより強くて密度の高い小惑星でさえ、大気圏を通過することで負荷がかかった。最終的に衝突すると、巨大なクレーターができたが、弾丸のように地面に食い込むのではなく、爆発して、地面に破片をまき散らした。

これらの物理学は、クレーターが衝突によってできたと初めて理論化した地質学者ダニエル・バリンジャーにとって大きな失望だった。彼は地中から金属の原石を採掘して大儲けしようと考え、宝物を求めてクレーターの中心部を深く掘り進んだが、小惑星から残されたものは地面に散らばった金属の塊だけであることに気づかなかった。

1929 年にバリンジャーが亡くなった後も、科学者たちは現場を訪れ続けました。彼らはクレーターの周りの金属片を地図に描き、実際に何が起こったのかを解明することができました。メロシュを含む他の科学者たちは、現場に関する一般的な知識を補足し、衝突の角度と、最終的に地球に衝突したときの小惑星の移動速度を計算しました。

メロシュ氏は、さまざまなタイプの隕石が衝突した場合に何が起こるかを示すインタラクティブなウェブサイトを作成した。密度が高く金属を多く含む小惑星は、たとえ小さくても大きな痕跡を残す可能性があるが、氷や岩石でできた大きな天体は、2013年にロシアのチェリャビンスクで起きたことと同様に、視覚的な影響しか残さない可能性がある。

ロシアのダッシュボードに取り付けられたカメラは、ロシアのダッシュカメラの基準から見ても珍しい光景を捉えた。空を横切る巨大な火の玉だ。

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隕石は地面に衝突する前に爆発し、チェリャビンスク市の窓を吹き飛ばしたが、クレーターは残らなかった。

チェリャビンスクのような出来事は、メテオクレーターのような出来事よりもはるかに一般的ですが、将来的にはあらゆる事態に備える必要があります。

シミュレーション: 近い将来、隕石によって人類は絶滅するのでしょうか?

流星の種類

シミュレーターは、1 億年かけて地球に向かって流星を飛ばします。流星の直径は、米国と英国の惑星科学者による研究によって変わります。このシミュレーションでは、流星は岩石で、大気圏に突入すると時速 38,000 マイルで移動し、45 度の角度で惑星に衝突します。これらはすべて最も可能性の高い値ですが、衝突物の実際の範囲から簡略化されています。流星はサイズによって 5 つのおおよそのクラスに分類されています。

1. 被害を及ぼさない流星は、大気圏で燃え尽きる可能性が高い。
2. 中程度の被害をもたらす衝突物は通常、隕石として地面に衝突しますが、被害はごくわずかです（まったくない場合もあります）。2013年にロシアのチェリャビンスク上空で爆発した隕石のように、窓ガラスを割るほどのエネルギーを持っていた隕石のように、空中で火の玉となって爆発するものもあります。
3. 深刻な被害をもたらす隕石は、隕石自体の大きさの 10 倍のクレーターを残します。隕石クレーターは、この範囲の中間の衝突によって形成されました。
4. 壊滅的な出来事はネパール級の地震を引き起こし、その衝撃エネルギーで50マイル離れた場所の木々や草を燃え上がらせます。
5. 絶滅イベントは甚大な被害をもたらし、大気中に放出された塵、煤、灰のせいで地球は「衝突の冬」に突入する。メキシコのユカタン半島にあるチクシュルーブ・クレーターの原因となったこの規模のイベントが、6500万年前の恐竜の絶滅につながった可能性が高い。

今後のストライキ

本当に巨大な小惑星の衝突（恐竜を絶滅させたようなもの）の影響は非常に深刻（絶滅、気候変動、私たちが知っている生命の混乱）なので、科学者たちは空を監視しています。

マインツァー氏は、現在宇宙にある、絶滅の原因となる本当に巨大な小惑星の 90 パーセント以上が発見されていると見積もっています。しかし、メテオクレーターを作った小惑星のような、より小さな小惑星についてはどうでしょうか。研究者に知られているのはそのうちの約 1 パーセントだけです。科学者は、これまでの天空の調査とコンピューター モデルに基づいて、まだ発見されていない小惑星がいくつあるかを推定していますが、小惑星は暗い背景にある小さな暗い岩石であるため、検出が非常に難しいことで知られています。

たった 1 パーセントのことしか知らないと怖いように思えるかもしれませんが、慌てる必要はありません。

「[小惑星の衝突]がもっと一般的だったら、人類はここにいないでしょう」とメインザー氏は言う。彼女は、来年中に NASA が NEOCam (地球近傍天体カメラ) と呼ばれる専用の長期小惑星探知宇宙船を承認することを期待している。WISE は素晴らしい仕事をしているが、小惑星探知に使用することを意図したものではない (もともと全天を測量することになっていた)。承認されれば、NEOCam は小さな小惑星を監視し、従来の望遠鏡では見にくい小さくて暗い物体も追跡する。この追跡装置は何年も稼働できるため (WISE の寿命は数か月だが)、研究者は実際に長期間にわたって小惑星を追跡できる。そして、小惑星自体へのミッションもある。NASA の Dawn ミッションは現在、小惑星帯の巨大な原始惑星を訪問し、小惑星の組成とその環境に関する情報を収集している (素晴らしい写真も送信している)。

NASA は 2025 年までに小惑星を捕獲し、地球の軌道に戻す計画を立てています。NASA は、宇宙船をすぐに送ることができるほど地球に近い候補を特定しています。これまでに、現在の位置から月の近くまで牽引できる可能性のある小惑星を 4 つ特定しています。

この小惑星リダイレクトミッション（ARM）は、主に宇宙飛行士の訓練の場として、火星へのミッションが実現した場合に役立つかもしれないスキルを練習することを目的としています。彼らはツールを使用して岩石サンプルを採取し、小惑星の表面を探索し、サンプルを地球に持ち帰る可能性もあります。

しかし、このミッションには別の側面もある。NASAが小惑星を地球の軌道にうまく誘導できれば、別の小惑星を地球から追い出すことも可能になり、将来的にメテオクレーターレベルの衝突を防ぐことができるかもしれない。

衝突が起こった場合、被害は小惑星がどこに衝突するかによって異なる。岩石が海に落ちた場合、被害はおそらくほとんどないだろう。陸地に衝突した場合、別の巨大なクレーターを形成し、着陸地点に立っているものや成長しているものをすべて破壊する可能性がある。都市の中心部はあらゆる方向に拡大しているが、タイムズスクエアのような人口密集地に大型小惑星が衝突する可能性は非常に低い。

しかし、最悪の事態に備えることは止められません。ARM のほかにも、核爆弾やペイントボールなど、小惑星を逸らす技術が数多く提案されています。

しかし、より実現可能なアイデアの 1 つは、単に小惑星の地図作成をより正確に行うことです。非営利団体 B612 財団は、地球の宇宙空間に進入する物体を特定し追跡することを目的に、2018 年にセンチネル宇宙望遠鏡を打ち上げる予定です。

NEOCamやSentinelのようなプログラムが登場すれば、メテオクレーターに驚嘆する未来の世代は、少なくともいくらかは安心して休むことができるはずだ。