地球を接近する小惑星から守る最善の方法は何でしょうか?

2015 年 4 月に開催された惑星防衛会議で、航空宇宙の専門家グループに次のような架空のシナリオを解く課題が与えられました。

2015 年 4 月 13 日に「発見」された仮想小惑星 2015 PDC は、地球との衝突コースにあります。直径 500 ～ 1,300 フィートのこの小惑星は、早ければ 2022 年 9 月にも地球に衝突する可能性があります。私たちは何をすべきでしょうか? ¹

このシナリオは完全に仮説的なものではあるが、会議の主催者は、小惑星の大きさ、その構成、地球に衝突する正確な場所など、科学者が直面するであろうすべての未知の要素を含め、シナリオをできるだけ現実的なものにしようと努めた。

会議では、参加者らが小惑星に宇宙船を衝突させて進路を変える戦略を検討した。そして、最近の論文では、現実にこの状況が起こった場合に大惨事を回避する2つ目の方法を調査している。

小惑星が戦闘軌道に乗ったらどうするか

まず、研究チームは入手可能なデータを使用して、架空の小惑星が衝突するかどうか、またどこに衝突するかを計算した。最もリスクが高い地域はトルコからインドにかけての広範囲に及び、その中にはテヘラン、ニューデリー、ダッカなどの人口密集地域も含まれていた。

架空の小惑星が海の真ん中に落ちても、大きな被害が出ない可能性はいくらかありました。（一方、海岸沖に落ちれば、かなり悲惨な結果になるかもしれません。）この研究のために、研究者たちは最悪の事態を想定しました。つまり、架空の小惑星が人口密集都市の中心部に向かっているというものです。すると、次の疑問が浮かび上がります。

どうすれば大量の人々の死を阻止できるのでしょうか?

アルマゲドンのマイケル・ベイ監督からNASAまで、誰もが接近する小惑星を爆破できると示唆しているが、このアイデアは議論を呼んでいる。宇宙条約は厳密には宇宙での核兵器の使用を禁止している。さらに、科学者の中には、小惑星の爆発による破片が、元の小惑星と同等かそれ以上の被害をもたらす可能性があると考える者もいる。

「核による偏向は、他の選択肢がすべて失敗する運命にある場合にのみ使用すべきというのが私の立場です」と、マドリード工科大学の宇宙力学研究者で論文の主執筆者であるクラウディオ・ボンバルデッリ氏は言う。

「核による核の偏向は、他の選択肢がすべて失敗する運命にある場合にのみ使用すべきだ。」

その代わりに、ボンバルデリ氏のチームは、彼らのグループと他のグループが数年前から取り組んでいる概念である「イオンビームシェパード」を使用して、接近する小惑星を危険から遠ざけることを支持している。

イオン偏向の仕組み

ボンバルデリ氏と彼の同僚は、仮想の小惑星にイオンビーム（荷電粒子）を発射する計画を評価した。イオンは秒速約19マイルで移動し、小惑星に衝突するとその運動量が小惑星に伝わり、小惑星は予想進路からほんのわずかに外れる。

「これは非常に小さな力です」とボンバルデッリ氏は言う。「この力が機能するには、非常に長い期間にわたって加えられる必要があります。」

この論文では、研究チームは仮想の小惑星の重量が約2000万トンであると仮定し、約2年間にわたってイチゴの重さと同程度の力を着実に加えることで、小惑星の進路を数百マイル変えることができたとしている。

イオンビームは、最近小惑星帯の準惑星ケレスに到着したドーン宇宙船に似たイオンエンジンを使用する宇宙船によって生成される可能性がある。

当初、これらのイオンエンジンは宇宙船を小惑星まで運ぶ。そして、小惑星に到着したら方向転換してイオン排気を小惑星に向け、小惑星を押し進める。つまり、エンジンは二重用途となり、宇宙船の重量が軽減されるとボンバルデリ氏は言う。

ドーン宇宙船と同様に、この仮想宇宙船は太陽電池パネルからの電力を使用してキセノンガスをイオンに分解し、宇宙船がイオンを充電して宇宙船の後端から放出するまでイオンビームを生成します。

研究チームの計算によると、小惑星を逸らす宇宙船がその役割を果たすには約11キロワットの電力が必要だが、これはドーンが達成した電力とほぼ一致している。

「イオンビームの偏向は（いくつかのシナリオでは）機能すると確信しています」とNASAの地球近傍天体プログラムのポール・チョーダスは言う。チョーダスは会議のこの仮説シナリオの設計に重要な役割を果たしたが、ボンバルデリの研究には関わっていない。

この論文で要求されているものよりはるかに強力なイオン宇宙船を考案できる可能性もあるとチョーダス氏は言う。NASA の小惑星リダイレクトミッションでは 40 kW のイオンエンジンをテストする予定だ。

イオンビームが小惑星に及ぼす力の正確な量はまだ不明瞭だが、ボンバルデッリ氏と彼のチームはドイツ宇宙機関のプラズマ真空チャンバーでこの戦略をテストしている。これまでのところ、結果は彼らの推定と一致している。

打ち上げと集合

研究者らは2017年5月28日に架空の宇宙船を打ち上げ、2019年9月30日に架空の小惑星に到着した。

小惑星を逸らすのに残された時間はわずか 3 年で、その直径が 820 フィート、密度が平均的な小惑星 (2 g/cm3) であると仮定すると、地球を完全に迂回するほど遠くまで小惑星を移動させるには時間が足りません。しかし、より破壊力の少ない軌道に移動させることは可能かもしれません。そこで次の大きな疑問が浮かびました。

どこに置きますか？

研究者らは、最悪のシナリオの 1 つとして、小惑星が 1,600 万人以上の人々が暮らすニューデリーに向かっていると想定した。彼らの計算によると、イオンビームを 22 か月照射すれば、小惑星をアフガニスタンの田舎のパクティカ州に逸らすことができ、死傷者を 2 桁減らし、インフラの被害を事実上なくすことができるという。

しかし、宇宙船が小惑星で作業できる期間が 15 か月しかないとしたら、パキスタンのパンジャブ州に送る時間しか残っていないことになる。この地域はアフガニスタンの砂漠よりも開発が進んでいるが、それでも犠牲者数は桁違いに減るだろう。

どちらの戦略も、おそらく科学的な課題よりも政治的な課題を克服するのが難しいだろう。インドが小惑星をニューデリーから逸らし、パキスタンの人口密集地帯の上空やアフガニスタンの砂漠に送り込むのは公平なことだろうか。当然、各国は被害を受ける国や地域に補償するための合意をまとめる必要があるだろう。

もし小惑星がデリーではなくバングラデシュの首都ダッカに向かっていたとしたら、13か月間のイオンビーム偏向によって小惑星はミャンマーに方向転換し、死傷者とインフラ被害を2桁減らすことができるだろうと研究者らは計算している。

そして、イランの首都は砂漠に囲まれているため、テヘランに衝突しようと必死の小惑星は、実は最も簡単に方向転換できるだろう。イオンビームによる圧力をわずか1～2か月かけるだけで、小惑星の方向を変えて死傷者や被害を2桁以上減らすことができ、政治的駆け引きもそれほど必要ではない。

その他のオプション

科学者の計算によると、架空の小惑星を地球にまったく当たらないように逸らすには、イオンビーム宇宙船が 5 機必要で、33 か月かかる。また、幅 1,300 フィートの小惑星を完全に阻止するには、20 機の宇宙船が必要になる。これほど多くの宇宙船を建造して打ち上げるには、非常に費用がかかる可能性がある。

「サイズは非常に重要です」とチョーダス氏は言う。「そしてそれは事前によく分からないことです。」

状況によっては、イオンビームの偏向はまったく機能しない。イオンが小惑星を大きく動かすには何ヶ月も、あるいは何年もかかるため、この方法は、小惑星が地球に向かっているという早期警告を人類が受け取った場合にのみ実行できる。

「サイズは非常に重要です。」

準備期間があまりない場合は、会議で提案された運動エネルギー衝突装置の方がうまくいくかもしれない。この方法では、小惑星に宇宙船を衝突させて進路を変える。この宇宙船は比較的単純なので、イオンビーム宇宙船よりも迅速かつ簡単に建造できる。

しかし、運動衝突法の欠点は、小惑星を一方向にしか動かせないことです。この方法は小惑星の速度を落とすことで機能します。科学者は小惑星の進路上に宇宙船を配置し、宇宙船が小惑星に衝突すると小惑星は減速します。軌道力学により、減速すると小惑星の軌道が小さくなり、地球と交差する場所が変わります。

会議のシナリオでは、運動エネルギー衝突装置では小惑星を西方向へしか移動させることができないが、イオンビーム偏向装置では小惑星をどの方向にも移動させることができる。被害の少ない地域へ小惑星を移動させることが最善策であるならば、これは潜在的に有用である。

NASA の小惑星リダイレクトミッションは、小惑星を移動させる 3 番目の戦略を研究します。宇宙船が小惑星まで移動し、岩石を拾い上げ、その増加した質量を一種の重力牽引ビームとして使用して、小惑星をわずかに進路から外します。これは別の「ゆっくり押す」方法ですが、イオンビーム偏向法ほど単純ではありません。

最後に、地球に非常に近い非常に大きな小惑星については、もう 1 つの選択肢があります。

「核兵器で爆破するのは最後の手段のように思えます」とチョダス氏は言う。「予測は難しいですが、我々のツールボックスで検討しておくことは確かに価値があります。そして我々は会議で真剣に議論しました。このシナリオでは効果的だったかもしれないと考えています。」

結局のところ、小惑星を逸らす最良の方法は状況に大きく依存することになります。

「警告の時間、小惑星の軌道、小惑星の大きさによって、ケースごとに異なります」とチョダス氏は言う。