私たちは初めて小惑星帯の小さな惑星を訪問しようとしています

世界が今年7月の冥王星への初訪問を待つ間、もう1つの宇宙ミッションが地球からずっと近い、そして数ヶ月も早い、未知の世界に到達する予定だ。

ドーンと名付けられた小型ロボットは、小惑星帯の奥深くまで7年間、31億マイルの旅を終えようとしています。ドーンは、後部からイオンを発射し、2007年に火星の軌道エネルギーを少し盗み、太陽と冥王星の間にある最大の未踏の天体に向かって時速約450マイルで進んでいます。

今年の 3 月、私たちはケレスに到着します。ケレスは小惑星帯で最大のもので、直径は 590 マイル、表面積はテキサス州の 4 倍、質量は冥王星の約 14 分の 1 です。厳密には小惑星であり準惑星ですが、科学者の中にはケレスを太陽系で最も小さい本当の惑星と見なす人もいます。

分類がどうであれ、それについて私たちが知っていることは驚くほど少ない。ハッブルのような高性能で高性能な望遠鏡でも、ドーンがケレスの周回軌道に入ったときに何を見るのか、ヒントをつかむことしかできない。表面は茶色でクレーターだらけの粘土質だろう。だが、ドーンが上空から、大気や凍った水を噴出する「氷火山」など、もっと興味深い特徴を発見する可能性もある。

「ケレスに到着したら、本当にクールな天体になるでしょう」と惑星科学研究所の CEO でドーン計画の科学者でもあるマーク・サイクス氏は予測する。ケレスは表面近くに大量の水氷を含んでいるため、定期的な霜取りによって小惑星の特徴が緩み、古いクレーターが消えた可能性がある。「すべてが溶けたサルバドール・ダリの惑星になるかもしれません」とサイクス氏は言う。

ミッションの他のメンバーは、火星と木星の間、そしておそらく太陽系全体における最大の疑問符について、偏見を持たないように努めている。

「この異星の世界はどんな性質を持っているのでしょうか？どんな見た目で、何でできていて、どのように機能するのでしょうか？」とドーンの主任エンジニア、マーク・レイマンは問いかける。「何を発見しても、そこには予期せぬ現象があるでしょう。人々が考えたことのない構造や特徴があるでしょう。」

小惑星帯の惑星？

1700 年代後半、天文学者たちは火星と木星の間にある大きな隙間について疑問を抱いていました。ボーデの法則により、そこに惑星があるはずだと予測され、1801 年に科学者たちはついに 1 つ発見しました... 一応ですが。半世紀にわたり、ケレスは惑星として分類されていました。その後、望遠鏡の性能が上がるにつれて、科学者たちは同様の軌道にあるより小さな天体をいくつか発見しました。これらの天体はまとめて小惑星帯として知られるようになり、ケレスは小惑星として再分類されました。

2006 年、科学者たちが冥王星の地位と「惑星」の定義について議論した際、セレスの正体は再び疑問視された。サイクス氏のような惑星科学者たちは、丸くなるのに十分な重力を持つあらゆる物体にこの名前が付けられるべきだと主張。しかし、国際天文学連合は、惑星を、その軌道からあらゆるものを追い払うのに十分な重力を持つものと定義した。冥王星はそのテストに合格しなかった。そしてセレスも同様だ。

「冥王星が惑星なら、ケレスも惑星になるはずだから、それは素晴らしいことだったでしょう」とマサチューセッツ工科大学の惑星科学者サラ・シーガー氏は言う。

セレスは、ある意味、大きくて丸くて泥だらけのタイムマシンです。

研究者たちは惑星の定義についてまだ意見が分かれているが、ケレスは原始惑星、つまり発達の初期段階で凍結した胎児惑星である可能性が高いという点では大方の意見が一致している。ドーン探査機はケレスを訪れることで、惑星がどのように形成されるか、太陽系の初期の状況がどのようなものであったかについてさらに理解を深めたいと考えている。ある意味では、それは大きくて丸くて泥だらけのタイムマシンである。

ドーンミッションチームは、ドーンが 2011 年に訪れた別の大型小惑星/小型原始惑星であるベスタとケレスを比較することに熱心に取り組んでいます。ベスタは太陽系の内惑星のように乾燥していて岩石質ですが、ケレスは外太陽系の氷の天体に似ています。両方を研究することで、幼い惑星の運命を決定するプロセスが明らかになる可能性があります。

生命の探求

ケレスの表面の下には液体の海があるかもしれない。これは他の惑星での生命を探している生物学者にとって興味深いことだ。なぜなら、少なくとも地球上では、水があるところならどこにでも生命が存在するからだ。

2014 年 1 月、ハーシェル宇宙望遠鏡で作業していた天文学者たちは、ケレスの中緯度付近のいくつかの場所で水蒸気を検出したと報告した。何かが、ごく微量ではあるが検出可能な量の水を空中に噴出していた。その発生源はまだわかっていない。氷が昇華して水蒸気になるなど、退屈な原因かもしれない。しかし、エンケラドゥスの蒸気噴出やイオの硫黄を噴出する火山がその証拠であるならば、宇宙は驚きに満ちている。ケレスには、小惑星表面の深部で放射性崩壊の熱によって溶けた水が噴出する氷火山があるかもしれない。

Dawn は現在、詳細を知るための最良かつ唯一の手段です。

「宇宙生物学的観点から見て、ケレスは確かに興味深いものになる」と、ドーン計画には関わっていないNASAの惑星科学者クリス・マッケイ氏は言う。

セレスには、有機分子もたくさんあるかもしれません。水、放射熱、太陽などの他の潜在的なエネルギー源と組み合わせると、セレスは宇宙生物学者が望む限り魅力的な目的地です。有機分子、水、エネルギーの 3 つは、生命の進化に必要な重要な要素であると考えられています。

「ケレスや冥王星のような小さな惑星は、生命がどこから来たのか、そして宇宙のどこに生命が存在する可能性があるのかを理解する上で非常に重要かもしれません。」

ケレスにすでに生命が存在する可能性は、おそらく非常に低い。しかし、たとえケレスが生命のない岩石であったとしても、そこから得られる教訓は計り知れないほど貴重である、とレイマンは言う。例えば、生命に必要なすべての要素を備えた世界で、なぜ生命は進化できないのか？そして、それは宇宙の他の場所で生命が存在する可能性について何を物語っているのか？

ケレスの内海に微生物が生息していたとしても、ドーンにはそれを検出できる能力はない。しかし、この探査機の観測結果は、NASA が生命検出能力を備えた将来のミッションを選択する上で影響を与える可能性がある。

「もし地表の下に水があり、それが氷火山を通じて地表とつながっているのなら、水をすくい上げる別のミッションを送り、『ここに死んだ虫はいるか？』と尋ねることができるかもしれない」とサイクス氏は言う。

ケレスのような小さく氷に覆われた世界は、地球の数をはるかに上回っています。実際、これらは太陽系、そしておそらく宇宙全体で最も一般的なタイプの惑星のような天体です。「氷が溶けたら、その地域で生命が進化するでしょうか？」とサイクスは尋ねます。「これらは宇宙の生命の培養器になるでしょうか？ケレスや冥王星のようなこれらの小さな惑星は、生命がどこから来たのか、そして宇宙のどこに生命が存在する可能性があるのかを理解する上で非常に重要だと思います。」

これから何が起こるのか

ドーン探査機は 2007 年 9 月 27 日に打ち上げられました。それ以来、この探査機は太陽系外に向かって螺旋軌道を描いて移動してきました。2011 年 7 月には原始惑星ベスタに到達し、14 か月間にわたってこの惑星の調査を行いました。現在、この探査機は最終目的地に到着しようとしています。

到着後の計画は次のとおりです。

2015 年 3 月 6 日:ドーン号がケレスの周回軌道に到着。(注: 科学者はケレスの重力の正確な性質を把握しておらず、重力は探査機の移動時間に影響するため、以降の日付はすべて推定値です。)
2015 年 4 月 23 日:探査機はまずケレスの上空 8,400 マイルを周回します。ここで写真撮影、小惑星の表面分析、水蒸気の証拠の探索を開始します。
2015 年 6 月 10 日:ドーンはより接近して観察するために高度 2,730 マイルまで降下しました。
2015 年 8 月 15 日:高度 910 マイルから、ドーンはケレスの表面を広範囲にマッピングしました。さまざまな角度から写真を撮影し、地球上の研究者が徐々に地形の 3D ビューを構築できるようにしています。
2015 年 12 月 20 日:ドーンは最も近い軌道、地表からわずか 230 マイル上空に移動する。これは最初の軌道の 40 倍近くになる。「サッカーボールを 7 インチの距離から見ているようなものです」とレイマン氏は言う。ドーンはここからさらに詳細な観測を行う。ケレスの重力場をマッピングし、内部の質量分布を明らかにする (そしておそらく地表下の海も明らかにする)。探査機はガンマ線と中性子の分光計も使用し、ケレスの地殻と内部のさまざまな元素からの特徴的な放射を測定する。これによりケレスが何でできているかがわかる。
2016 年 6 月:ミッション終了。ドーンの燃料と太陽電池パネルによってさらに数年間は稼働し続ける可能性がありますが、探査機は今後数百年にわたってケレスの周回軌道を周回し続ける可能性があります。