ニューホライズンズが冥王星で探しているもの、そしてその方法

明日 7 月 14 日午前 7 時 50 分 (米国東部夏時間)、史上最速の宇宙船ニューホライズンズが冥王星とその 5 つの衛星群に初めて接近飛行します。接近飛行中、ニューホライズンズは冥王星から 6,000 マイル以内を飛行し、1 日で地球に送れるデータの 100 倍ものデータを収集します。宇宙船の機器は何千枚もの写真を撮影し、冥王星の温度と磁場を測定し、表面の地形図を作成し、冥王星の大気の組成を決定し、未発見の衛星、環、地下海を探します。そのデータをすべて地球に送信するには 16 か月かかります。

「2015年の残りから2016年10月まで、私たちは誰も見たことのないものを地球に送ります」とニューホライズンズ計画の主任研究員アラン・スターンは言う。「遭遇から12～15か月後には、大きな発見を携えて廊下を走り回っているかもしれません。」

宇宙船の7つの計器

ニューホライズンズのミッションは、冥王星とその衛星の表面と表面組成の地図を作成し、冥王星の大気の構造、脱出率、組成を判定することです。これらの目標を達成するために、宇宙船には 7 つの独自の機器が搭載されています。コロラド大学の学生が製作した VBSDC (ベネティア バーニー学生ダスト カウンター) は、太陽系を移動する際にニューホライズンズに当たる宇宙ダストの量を測定します。REX (ラジオ サイエンス実験) と呼ばれる受動型放射計は、冥王星の温度と大気組成を測定します。

SWAP (冥王星周辺の太陽風) と PEPSSI (冥王星高エネルギー粒子分光計科学調査) はどちらも、冥王星から宇宙に放出される粒子を測定します。SWAP は大気ガスの放出率を測定し、冥王星と太陽風の相互作用を観察します。一方、PEPSSI は、準惑星の大気から放射されるプラズマイオンを測定します。これら 2 つの機器は、遠方の惑星がホスト星からどのような影響を受けるかをより深く理解するのに役立ちます。

しかし、LORRI、アリス、ラルフは、主要な発見物を地球に送り届ける可能性が最も高い機器です。LORRI (長距離偵察画像装置) は、航行目的で使用される白黒の望遠鏡カメラです。また、冥王星の表面の高解像度画像も提供します。

紫外線分光計のアリスは、冥王星の大気の構造と組成を判定しています。また、冥王星最大の衛星カロンやカイパーベルト（海王星の軌道を超えて太陽の周りを周回する巨大な氷のリング）内の他の天体の周囲の大気も探査しています。

この探査機で最も精巧な装置はラルフと呼ばれています。「これは非常に精巧な装置で、熱マッピングなどさまざまな機能を備えています」とスターン氏は言います。ラルフは 8 台のカメラで構成されています。4 台のカラーカメラ、3 台のパンクロマティックカメラ、および組成マッピング分光計です。ラルフは、3D 画像に似た表面組成の何万ピクセルものスペクトルを撮影し、最終的に冥王星の表面が実際にどのように見え、何でできているかを明らかにします。

謎のクジラ

冥王星の最新の高解像度写真のいくつかは、今月初めにLORRIによって撮影され、ミッションの初期にラルフが撮影したデータから色が付けられました。これらの写真では、冥王星の赤道に沿って走る謎の暗い帯が明らかにされており、非公式には「クジラ」と呼ばれています。これらの暗い部分と冥王星の他の明るい表面領域のコントラストは、ニューホライズンズの科学者と熱心な傍観者の好奇心を同様に刺激しました。この準惑星の西端では、この暗い帯が数百マイルの間隔で並んだ円に分かれています。これらの円は、たとえばクレーターや火山など、太陽系の他の表面構造に似ているように見えますが、ニューホライズンズの科学者は、より詳細な画像が利用可能になるまでこれらの特徴を特定することを控えています。

おそらく最も期待できるのは、ニューホライズンズが冥王星を周回する新しい衛星を発見することだろう。冥王星の衛星のうち 2 つは、2011 年のケルベロスと 2012 年のステュクスという、過去 4 年間に発見されたばかりだ。冥王星の衛星の複雑な軌道挙動から、科学者たちは、重力によって冥王星系に影響を与える天体が他にもあるのではないかとも考えている。

「より高性能な観測を行うたびに、新たな衛星が次々と現れます。そのため、私たちはその傾向に慣れてきました」とスターン氏は言う。「フライバイでは、ハッブルが地球のはるか遠くから観測できるものよりはるかに暗いものを観測する予定です。」

水の可能性

太陽系の氷点下の端にある冥王星にも、地下の海がある可能性はある。

「私の分野で最大の発見の一つは、太陽系が海で満ちているということです」とスターンは説明する。「地球は変わった惑星で、海が外側にあります。他の惑星は内側、つまり氷の断熱層の下にあるのです。」

もし冥王星に土星の衛星エンケラドゥスで見られるような活発な間欠泉があれば、その地表の下に広大な海が潜んでいることは明らかだ。しかし、ニューホライズンズが冥王星の地下海を検出できる方法は他にももっと微妙なものがある。

たとえば、海が地表からそれほど遠くない場合、薄い氷の層しかありません。この場合、冥王星自体の形状は数百メートル変形し、ニューホライズンズの機器で検出できるほどになります。

ラルフは、地下水系の存在を示唆するものを探すために、冥王星の地形を詳しく調べている。

「柔らかい表面に強い起伏を作るのは非常に難しい」とスターンは説明する。「冥王星に海があれば、その地形はすべてパンケーキのようになり、自重で沈んだもののようになる。大きな山は見つからないだろうし、クレーターの多くはボウルではなく円のように見えるだろう。」

もし液体が発見されれば、冥王星系は突如として地球外生命体の探索における主要なターゲットとなるだろう。

ニューホライズンズの科学者たちは、カロンにも地下海がある可能性があると考えている。これらの天体の一方または両方で液体が発見されれば、冥王星系は突如として地球外生命体探索の主要ターゲットとなるだろう。

「海が存在する証拠があれば、生命が存在する可能性は活発な議論の対象となるだろう」とスターンは言う。

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ニューホライズンズは、メインコンピューターの故障によりミッションチームが探査機との連絡を一時的に失ったため、一時危機に陥った。この間、約 30 件の科学的観測が失われた。しかし、その後の記者会見でスターンは、このデータを重み付けすると、ニューホライズンズが収集するデータの約 1% にしかならず、最も接近した際に取得されたデータが最も価値があると述べた。

ニューホライズンズ計画は、1962年に宇宙船マリナー2号が金星を通過したときに始まった太陽系の最初の偵察を完了させようとしています。しかし、この歴史的な成果でさえ、宇宙の謎を真に理解するための小さな一歩にすぎません。

我々は他の惑星から資源を採取できるだろうか？ 我々の銀河系、あるいは太陽系自体に地球外生命体は存在するだろうか？ 太陽を周回する惑星の外へ旅することは可能だろうか？ 我々には分からないし、我々が生きている間には分からないかもしれない。しかし、ニューホライズンズは我々に新たな手がかりを与えてくれている。