新しい「地球のような」惑星を間近で見る方法

太陽に最も近い恒星系であるアルファ・ケンタウリに小さな岩石惑星が存在するかもしれないという劇的な発表は、私たちが生きている間に探査機を異星の世界に送ることができるかもしれないという希望を喚起している。

今年初めに発表された1億ドルのブレークスルー・スターショット計画によれば、これらの宇宙船は推進力として巨大なレーザーに依存し、光速の25パーセント以上に達する可能性がある。現在、科学者たちは、このような探査機が恒星間航行中にどの程度の損傷を受ける可能性があるかを計算している。

アルファ ケンタウリ系は、アルファ ケンタウリ A、アルファ ケンタウリ B、そして太陽に最も近い恒星であるプロキシマ ケンタウリという小さな赤色矮星の 3 つの恒星で構成されています。

天文学者たちは水曜日、プロキシマ・ケンタウリのハビタブルゾーン（恒星の周囲の、表面に液体の水が存在する可能性があるほど暖かい領域）に、地球の約1.3倍の質量を持つ岩石惑星プロキシマbが存在する可能性があると発表した。

億万長者の技術投資家ユーリ・ミルナーが資金を提供し、スティーブン・ホーキング博士が支援するブレークスルー・スターショット計画は、グラム規模の宇宙船に鏡を装備し、強力なレーザーを使ってこれらの探査機の艦隊を外へ押し出すことを目指している。光は大きな圧力をかけないが、これまでのプロジェクトではすでに、太陽の光で推進する宇宙船であるソーラーセイルのテストが数多く成功している。

ブレークスルー・スターショットは、チップサイズの「レーザー帆」を毎年何百個も驚異的なスピードで打ち上げることを目標としており、これにより「宇宙チップ」はわずか20年ほどでアルファ・ケンタウリまでの4.37光年の距離を横断できるようになる可能性がある。比較すると、スペースシャトルの最高速度は時速約17,600マイルで、アルファ・ケンタウリに到達するのに約165,000年かかることになる。

「最も近い恒星であるプロキシマ・ケンタウリを周回する居住可能な惑星の発見は、フライバイ・ミッションの明確なターゲットとなるため、ブレイクスルー・スターショット計画を推進する上で戦略的に重要です」と、ハーバード大学の理論天体物理学者でブレイクスルー・スターショット諮問委員会の委員長を務めるアブラハム・ローブ氏は言う。

「カメラとさまざまなフィルターを搭載した宇宙船は、惑星のカラー画像を撮影し、それが私たちが知っている生命を宿す緑色なのか、表面に海の水がある青色なのか、あるいは単に茶色の乾燥した岩なのかを推測することができます。宇宙船は惑星の質量と磁場環境も測定できます。」

しかし、この野心的なプロジェクトは、いくつかの課題に直面している。そのひとつは、レーザー帆が星間航行中に遭遇する可能性のある、漂遊ガス原子や塵の粒子に関するものだ。探査機の速度では、これらの障害物は壊滅的な被害をもたらす可能性がある。ローブ氏と彼の同僚は、光速の約20パーセントで移動する探査機にガス原子や塵の粒子が及ぼす影響をモデル化した。

高速でガス原子に衝突すると探査機が熱せられ、物質の一部が溶けたり蒸発したりする。それでも科学者たちは、探査機の表面が石英製であれば、そのような衝撃による損傷は 0.1 mm 程度にとどまる可能性が高いことを突き止めた。表面がグラファイト製であれば、損傷ははるかに少ない。実際、研究者たちは、衝突するガス原子の熱は役に立つかもしれないと示唆している。つまり、電気に変換して探査機の装置に電力を供給できるかもしれないのだ。

一方、研究者たちは、塵の粒子が探査機に多数のクレーターを作り、表面の最大約1.5 mmが蒸発し、最大9 mmの深さまで溶解すると予想した。これらの宇宙船が非常に小さいことを考えると、1 mm も無駄にはできない。

最悪のシナリオでは、15ミクロン以上の幅、つまり人間の髪の毛の平均直径の約6分の1を超える塵粒子が探査機を完全に破壊することになる。幸いにも、このような塵粒子は星間空間では非常にまれであり、科学者らは宇宙チップがこのような粒子に衝突する確率は10^50（1の後ろに50個のゼロが付く）分の1であると計算した。

「宇宙船がアルファ・ケンタウリに到達するのは難しいことがわかったが、星間ガスや塵によるダメージを軽減する方法もいくつか提案した」とトロント大学の理論天体物理学者、ティエム・ホアン氏は言う。

研究者らは、これらの探査機を保護する一つの方法は、探査機を針のような流線型にし、打ち上げ後に帆を折りたたんで、探査機が障害物に衝突する可能性を最小限に抑えることだと述べている。

また、科学者らは、探査機に厚さ3ミリまでのグラファイト装甲などの保護層を追加することも提案した。さらに、探査機の推進に使用したレーザー光の一部を飛来する塵の粒に反射させて払いのけることで、探査機の進路を確保できる探査機もあると指摘した。

ブレークスルー スターショットの望みの 1 つは、人類にとって新しい住処を見つけることです。「プロキシマの寿命は数兆年で、太陽の残りの寿命のほぼ 1000 倍です」とローブ氏は言います。「したがって、プロキシマの周りの居住可能な岩石惑星は、太陽が 50 億年後に消滅した後に私たちの文明が移住することを望む最も自然な場所になるでしょう。」

ホアン、ローブ、および彼らの同僚は、8月18日に天体物理学ジャーナルに提出された論文でその研究結果を詳細に発表した。