NASAは宇宙で最も寒い場所を作ろうとしている

地球の境界外では、現在ブーメラン星雲が最低気温の記録を保持しています。ブーメラン星雲は、冷たい 1 ケルビン (-458°F) に保たれた、急速に移動する冷たい塵とガスの雲です。地上では、物理学者がその記録を上回りました。2003 年には、ガスをわずか 500 ピコケルビン (-459.6699999991°F) まで冷却しました。

5月21日月曜日、シグナス宇宙船に搭載されて国際宇宙ステーション（ISS）に打ち上げられたばかりの、今後の実験であるコールドアトムラボラトリー（CAL）は、ガスをさらに低温に冷却し、地球上で達成できるよりもはるかに長い時間その低温を維持することを計画しています。研究者は、この装置がステーションに安全に設置されれば、ガスの雲を驚異の0.0000000001ケルビン（100ピコケルビン）まで冷却できると期待しています。これは華氏約-459.6699999982度です。この温度は、これまで2000年にロジウム原子核でのみ達成されていました。

比較のために言うと、宇宙の背景温度は華氏 -455 度です。つまり、この箱の中の温度は深宇宙の真空よりもはるかに低くなります。

コールドアトムラボは記録のために存在しているわけではありません。このラボはボーズアインシュタイン凝縮、つまり絶対零度 (-459.67°F) 近くまで冷却された原子の雲を研究しています。ボーズアインシュタイン凝縮は、20 世紀初頭にサティエンドラナートボーズとアルバートアインシュタインの研究によって予測されていましたが、この物質状態は 1995 年まで存在が証明されず、その発見は 2001 年にノーベル賞を受賞しました。

研究者らは、CAL で原子をほとんど動かなくなるまで減速させることでボーズアインシュタイン凝縮体を作り出す。その時点で原子は粒子ではなく波のように振る舞い始める。これは従来の物理学というより量子物理学に近い動作である。ボーズアインシュタイン凝縮体が量子力学を研究する研究者にとって非常に興味深いのは、この動作のためである。しかし、地球上では、研究者らは、ガスが重力によって引き下げられ、崩壊するまでのほんの一瞬しかボーズアインシュタイン凝縮体を持続させることができていない。しかし、ISS の微小重力下では、最長 10 秒間のゆったりとした観測時間が得られると期待されている。

この実験は、宇宙ステーションに搭乗した宇宙飛行士ではなく、地球上にいる物理学者によって遠隔操作され、研究者は1日あたり約6.5時間実験に取り組むことになる。これまでに、コールドアトムラボラトリーを使用して基礎物理学研究を行うために、NASAから7つの提案が資金提供を受けている。ラボラトリーは少なくとも3年間はステーションで稼働し、その後もすべてがうまくいけば寿命が延びる可能性がある。

これは基礎物理学の研究なので、CAL で発見された成果の実用化はまだまだ先のことであり、未知数です。

オービタルATKのシグナス宇宙船を積んだアンタレスロケット。NASA/オーブリー・ジェミニャーニ

この実験は当初、2016年に打ち上げられる予定だったが、その後2017年8月に予定され、月曜日の夜明け前の打ち上げでようやく軌道に乗った。シグナスカプセルは5月24日に宇宙ステーションに到着する予定。CALに加えて、DNAおよびRNAシーケンサー、製造化合物であるイソブタンを生成するために使用される大腸菌など、他の多くの科学実験が船上に搭載されている。また、かつては海洋航行者が方向を見つけるのに役立った装置である六分儀も船上に搭載される。ISSの宇宙飛行士は、宇宙での航行に役立つ六分儀の能力をテストする。この能力は、地球-月系を超えて太陽系の目的地に向かう将来の有人ミッションで人命を救う可能性がある。