この新しい宇宙探査機は、これまでのものよりも遠く、速く移動し、何世代にもわたってデータを収集します。

私たちは、太陽が星間空間を猛スピードで進む間に膨らんだ巨大なプラズマ球の中心に住んでいます。太陽が銀河の周りを引っ張るときにその泡がどのように動作するかをさらに知るために、私たちの愛する熱気球を研究する科学者たちは、私たちを保護している泡の外に出て、より詳しく観察することに熱心です。しかし、そのためには高速で高性能な探査機が必要になります。

人類がいわゆる恒星間空間に初めて行った 2 回の探査は偶然に起こった。ボイジャー 1 号と 2 号は、1979 年から 1989 年にかけて、175 年に一度の惑星の並びを利用して、研究者に木星、土星、天王星、海王星を間近に観察する機会を与えた。探査機はこれを達成し、その後も探査を続け、当初予定されていなかった太陽の影響範囲の端への 2 回目の探査に乗り出した。しかし、この探査によって、銀河系における太陽の位置に関する私たちの理解は大きく変わった。

次回の探査ミッション（星間探査機ミッションと名付けられた）に向けて、研究者たちは万全の準備を整えて臨む予定だ。その目標に向けて、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所のチームは、100 人以上の科学者が参加するようになったこの計画の現状を、月曜日の欧州地球科学連合総会で発表した。現在の技術では、ボイジャーよりも短時間で遠くまで行くことができ、その過程で太陽系についてさらに多くのことを発見できると研究者たちは述べている。

「これは科学者にとってキャンディショップのようなものだ」と、ジョンズ・ホプキンス大学の物理学者でミッションプロジェクトの科学者でもあるポンタス・ブラント氏は、このプロジェクトについて議論した最近のセミナーで語った。「しかし、実行のための確固とした計画がなければ、これは夢か幻覚のままだろう」

新しい乗り物

ブラント氏は何十年もの間、恒星間探査を夢見てきた。同氏はキャリアの初期に北極圏でプラズマ物理学の研究を行っていたが、そこでは真っ暗な空と広大な恒星の眺めにより、銀河の他の部分が異常に近くに感じられた。

NASA がボイジャーの後継機に真剣に取り組み始めたのは比較的最近のことだ。別の恒星間探査機には長い間関心があったが、太陽の影響を逃れるまでさらに 40 年も待つことを望む者はいなかった。しかし、2019 年までに NASA の次世代ロケット、スペース ローンチ システム (SLS) の開発終了が見え始め、NASA はその強力な新型ロケットで何ができるのか考えていた。ブラント氏はプログラム ディレクターと会い、SLS のパワーによって比較的迅速な恒星間ミッションが実現できる理由を説明した。

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今年にも初打ち上げが予定されているSLSは、数十トンの積荷をゆっくりと地球低軌道、月、火星に送り込むように設計されている。あるいは、ブラント氏によると、約1トンの探査機を急いで深宇宙に打ち上げることもできるという。

この宇宙船はボイジャーの2倍の速度で移動し、木星からの加速の助けを借りて、わずか12年で太陽を囲むプラズマエンベロープの内側の端に到達できる。その後、星間空間へと進み、打ち上げから50年以内に太陽から冥王星の軌道の10倍の距離に到達する。これは、ボイジャー探査機が電源を切ると予想される距離の2倍以上である。このミッションは、距離と期間の両方でNASAのこれまでのすべての取り組みをはるかに上回るものとなるだろう。

「これは単なるミッションではありません」とブラント氏は言う。「これは人類が星々の間の宇宙に踏み出す最初の一歩なのです。」

新たな星間視点

星間探査機がそこまで到達した場合、その主な任務は、外の宇宙がここの宇宙とどのように異なるかを明らかにすることとなるだろう。ここで言う「ここ」とは、我々の恒星の近くの宇宙のことである。

私たちは、太陽が吹き出す巨大な磁化された泡の中心にかなり近いところに住んでいます。この泡は、主に非常に薄いプラズマ（荷電粒子でできた高温のガスの一種）で満たされています。太陽が近くの原子を加熱すると、原子は分解され、その結果生じた荷電イオンが太陽風となって磁場に沿って外に流れ、「太陽圏」を膨らませます。この太陽圏は、宇宙が太陽系に放つ潜在的に有害な宇宙線の約 70% を偏向させることで、私たちを守ってくれます。

天文学者たちは、他の恒星の周囲にある同様の泡（一般に「アストロスフィア」と呼ばれる）の画像を撮影し、恒星風の吹く速さ、恒星間空間の周囲のプラズマや塵を突き抜ける速さ、そしてそれらのプラズマや塵の密度に応じて、さまざまな形をとることができることを発見した。

しかし、太陽圏は私たちにはほとんど見えません。カッシーニやIBEXなどの探査機は、いくつかの大まかな特徴を識別できましたが、研究者たちはその発見をどう解釈するかで意見が分かれています。おそらく、太陽系は彗星のように長い尾を引いているのでしょう。あるいは、太陽圏が横に膨らんでクロワッサンの形になっているのかもしれません。中心にいる私たちの視点からは、それを判断するのは難しいです。「雲の中にいて、それがどのように見えるかを理解しようとしているのです」とブラントは言います。

恒星間探査機は過去を振り返り、外部の有利な地点から太陽圏の初めての決定的な地図を作成することができるかもしれない。

そして、それは探査機が発見できたことのほんの始まりに過ぎない。双子のボイジャー宇宙船はいくつかの謎を解き明かした（理論家たちは土星の近くで太陽風が弱まると予想していたが、探査機はそれより10倍以上も離れた場所で「終端衝撃波」境界に遭遇した）。同時に、さらに多くの謎も発見した。星間プラズマは妙に冷たく見え、太陽の磁場はあまりにも遠くまで広がっているように見え、泡全体が太陽活動で脈動している。

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太陽関連の目標に加え、星間探査機共同チームはカメラの追加の可能性も分析している。可視光装置を使えば、地上の望遠鏡ではかすかな点にしか見えない冥王星に似た準惑星クワオアーのクローズアップを撮影できる。赤外線装置を使えば、宇宙最古の銀河からの光を含む星間空間の拡散した背景の輝きを捉えられる。

新しい考え方

同グループは1年以内に最終報告書を発表する予定で、その後NASAが正式に星間探査機を開発するかどうかを決定することになる。NASAがこのミッションを選択すれば、宇宙船は2030年代に発射台に向かう可能性があるとブラント氏は言う。

そして、こうした計画を策定している宇宙機関はNASAだけではない。中国の研究者らも、同様のタイムスケールで展開される可能性のある同様のミッションを計画している。「我々は彼らと頻繁に話し合っている。我々は皆、この計画に非常に興奮している」とブラント氏は語った。

どちらのプロジェクトも成功するには、新しい考え方が必要になる。2030年代に打ち上げられ、2040年代から2080年代にかけて測定の大部分を行うミッションは、何世代にもわたる。そして、その基礎を築いている研究者たちは、そのデータを見ることはないかもしれないことを今知っている。ブラント氏は、このようなプロジェクトに取り組む経験を「謙虚になる」と呼び、時間軸は、電力や質量と同じように、設計上の制約の1つにすぎないと説明する。

「私たちはそれを定量的に計画に組み入れました」と彼は言う。「若者をどうやって採用するか？大学に行くのではなく、中学校に行かなければなりません。」