アルマダからアポフィスまで – 科学者は珍しい小惑星の遭遇について古い考えを再利用

科学者たちは、20年近くもの間、アポフィスという名の小惑星が2029年4月13日金曜日に地球に異常接近することを知っていた。しかし、最新の測定結果によりアポフィスが近いうちに地球に衝突する可能性がなくなったため、世界の宇宙機関の職員の大半は、あまり注意を払わなくなった。

現在、アポフィスは再び議題に上がっているが、今回は脅威ではなく、科学的な機会としてだ。問題は、5年以内にアポフィス付近に着陸する宇宙船を設計、製造、打ち上げるには時間があまりないことだ。幸い、政府がアポフィスへのミッションに転用できる設計、場合によっては既存の宇宙船がある。アポフィスはフットボール場3つ分ほどの大きさの岩石質小惑星だ。

科学者らは2004年にアポフィスを発見し、その軌道の最初の測定では、2029年か2036年に地球に衝突する可能性がわずかにあることが示された。科学者らは2021年、アポフィスのより詳細なレーダー観測結果を用いて、少なくとも今後100年間は地球への危険はないと判断した。

「アポフィスに関する最も重要な3つのことは、地球をミスすること。地球をミスすること。地球をミスすること」と、MITの惑星科学教授リチャード・ビンゼル氏は述べた。ビンゼル氏は2020年以来、2029年のアポフィスの機会を活かす宇宙ミッションへの支援を集めることを目的とした会議を複数回共同で主催している。

「これほど大きな小惑星がこれほど接近するのは、1000年に1度か、それ以下の頻度です」とビンゼル氏はアルス誌に語った。「これは自然が我々のために行っている実験です。これほど大きな小惑星を近づけると、地球の重力と潮汐力がこの小惑星を引っ張り、おそらくは揺さぶることになります。この小惑星の反応は、その内部を知る上で大きな手がかりとなります。」

ビンゼル氏は、2029年にアポフィスが最接近する前と最接近後にアポフィスを一目見ることが重要だと主張する。アポフィスは地球の表面から2万マイル（3万2000キロ）以内を通過し、静止衛星の軌道よりも近くなる。

「これは、危険な小惑星がどのように形成されるかを明らかにする自然実験であり、非常に複雑な宇宙船実験なしにこの情報を得る方法はない」とビンゼル氏は語った。「つまり、これは何千年に一度の、自然が我々のために行っている実験だ。我々は、それをどのように観察するかを考えなければならない」

今週、欧州宇宙機関は、RAMSESという名のミッションの予備承認を発表した。このミッションは、アポフィス接近通過の1年前の2028年4月に打ち上げられ、2029年初頭に小惑星とランデブーする予定だ。ESA加盟国が来年開発の全面承認を与えれば、RAMSES宇宙船は地球接近通過の間中アポフィスに同行し、最接近前、最接近中、最接近後に画像やその他の科学的測定を収集することになる。

4年未満でRAMSESを建造し打ち上げるという挑戦は、将来起こり得る現実世界のシナリオに対する良い練習になるだろう。天文学者が地球と衝突する軌道上にある小惑星を発見した場合、迅速な対応が必要になるかもしれない。十分な時間があれば、宇宙機関は偵察ミッションを発動でき、必要であれば、おそらく2022年にNASAがDARTミッションで実証したものと同様の技術を使用して、小惑星を逸らしたり方向転換したりするミッションも実行できるだろう。

「ラムセスは、人類がわずか数年で、接近する小惑星とランデブーするための偵察ミッションを展開できることを実証するだろう」と、ESAの惑星防衛局長リチャード・モイスル氏は述べた。「この種のミッションは、危険な小惑星に対する人類の対応の要となる。偵察ミッションは、まず接近する小惑星の軌道と構造を分析するために打ち上げられる。その結果は、高価な偏向ミッションが開発される前に、小惑星の方向を変える最善の方法や、衝突しない可能性を排除するために使用されるだろう。」

蜘蛛の巣を払い落とす

2028年のRAMSES打ち上げを実現するため、ESAは、2022年にDART衝突実験の対象となる連星系小惑星の調査ミッションで10月に打ち上げられる予定の、重さ約0.5トンの宇宙船「ヘラ」の設計を再利用する予定だ。ESAの関係者によると、ヘラの設計をコピーすることで、RAMSESを発射台に運ぶのに必要な時間が短縮されるという。

「ヘラは、ESAと欧州の産業界が厳しい期限を守れることを実証した。RAMSESもその例に倣う」と、ESAで「宇宙安全のためのラピッド・アポフィス・ミッション」の頭文字を取ったラムセスの開発を率いるパオロ・マルティーノ氏は述べた。

ESA の宇宙安全委員会は最近、同機関の予算にすでに入っている資金を使って RAMSES ミッションの準備作業を承認した。Hera を製造しているドイツの宇宙船製造会社 OHB も、RAMSES に取り組む産業チームを率いる予定だ。RAMSES のコストは、Hera ミッションの 3 億ユーロ (3 億 8,000 万ドル) よりも「大幅に低くなる」と、マルティーノ氏は Ars への電子メールで述べた。

「小惑星についてはまだ分からないことがたくさんありますが、これまでは太陽系の奥深くまで旅して研究し、自ら実験して小惑星の表面と相互作用しなければなりませんでした」と、フランス国立科学研究センターの惑星科学者でヘラ計画の主任研究員であるパトリック・ミシェル氏は語った。

「初めて、自然がそれを私たちのところへもたらし、自ら実験を行っている」とミシェル氏はプレスリリースで述べた。「私たちがすべきことは、アポフィスが強い潮汐力によって引き伸ばされ、圧縮され、地滑りやその他の混乱を引き起こし、地表の下から新しい物質が現れるのを見守ることだけだ」

来年に最終承認が得られれば、RAMSES は NASA の OSIRIS-APEX ミッションに加わり、アポフィスを探査することになる。NASA は、OSIRIS-REx 小惑星サンプルリターンミッションでの使用後、すでに宇宙にいるこの宇宙船を、2029 年のアポフィスとのランデブーに向けて操縦しているが、地球に接近してから数週間経たないと新しいターゲットには到着しない。軌道力学の複雑さにより、それより早くアポフィスとランデブーすることはできない。

高度な機器一式を備えた、ラムセスよりも大型の探査機オシリス・アペックスの観測により、「地球との衝突後のアポフィスの様子を詳細に知ることができるだろう」とビンゼル氏は語った。「しかし、地球との衝突前のアポフィスの状態が判明するまでは、全体像の一面しか分からない」

科学者らはまた、NASAに対し、2029年4月に地球に衝突する前にアポフィスを通過する軌道で、2機の保管中の科学探査機を打ち上げることを検討するよう求めている。この2機の宇宙船はNASAのヤヌス計画のために建造されたが、NASAは昨年、より大型の小惑星探査機「プシケ」の打ち上げ遅延の犠牲となり、この計画を中止した。ヤヌス探査機はプシケと同じロケットで打ち上げられる予定だったが、プシケ計画の問題により、打ち上げは1年以上延期された。

遅れにもかかわらず、プシケは小惑星帯の目的地に到着できたが、新しい打ち上げ軌道では、科学者が当初探査機で探査しようと考えていた2つの連星小惑星をヤヌスは訪問できないことになる。NASAは、このミッションに約5000万ドルを費やした後、それぞれスーツケースほどの大きさの双子のヤヌス宇宙船を長期保管した。

4月に開催されたアポフィス計画に関する最新のワークショップでは、科学者らはアポフィスにおける宇宙船と機器の測定に関する20以上の概念についてのプレゼンテーションを聞いた。

その中には、ジェフ・ベゾスの宇宙企業ブルーオリジンのアイデアも含まれている。同社のブルーリング宇宙タグを、アポフィスの表面に降りることのできる複数の機器や着陸機のホストプラットフォームとして使用するというものだ。ただし、研究機関がペイロードを開発するのに十分な時間と資金を持っていることが前提だ。エクスプロレーション・ラボラトリーズというスタートアップ企業は、NASAのジェット推進研究所と提携してアポフィスへの小型宇宙船ミッションを行うことを提案している。

「ワークショップの最後に、何らかの合意をまとめるのが私の仕事だった。最優先事項について何らかの合意が得られなければ、何も達成できないかもしれないからだ」とビンゼル氏は語った。「ESAに対する合意された勧告は、RAMSESをさらに前進させることだった」

ワークショップ参加者はまた、NASA にヤヌス探査機をアポフィスへのミッションに使うようやさしく促した。「アポフィスは宇宙船を探すミッションであり、ヤヌスはミッションを探す宇宙船です」とビンゼル氏は述べた。「効率と基本的な論理からすると、ヤヌスからアポフィスへのミッションが最優先です」

お金の問題

しかし、NASA の科学予算、特に惑星科学構想への資金は圧迫されている。今週初め、NASA は、ミッションに 4 億 5000 万ドルを費やした後、既に製作されていた月面探査車 VIPER の計画を中止した。このミッションは当初の開発費用を 30% 以上超過したため、自動的に中止の検討が行われた。

NASAの科学ミッション部門の今年の予算額は、昨年の予算より約5億ドル少なく、ホワイトハウスの2024年度予算要求額より9億ドル少ない。NASAの関係者は、予算が厳しいため、今のところは新たな惑星科学ミッションの開発は開始せず、エウロパ・クリッパー・ミッション、土星の衛星タイタンを訪問するドラゴンフライ・クワッドコプター、潜在的に危険な小惑星を探索する地球近傍天体（NEO）サーベイヤー望遠鏡など、すでに進行中のプロジェクトの完了に注力すると述べている。

コロラド大学のヤヌス計画主任研究者ダン・シーレス氏によると、NASAはヤヌス計画チームに、2027年にNEOサーベイヤーと同じロケットで打ち上げられるかどうか検討するよう依頼したという。2027年に打ち上げられれば、ヤヌスはラムセスやオシリス・アペックスが到着する前にアポフィスのクローズアップ画像を初めて撮影できる可能性がある。

「これは現在、NASAとの協議の中で提示しているもので、どのような可能性があるのかをNASAに理解してもらうためのものだ」とシアーズ氏は先週、小惑星科学界を代表する小天体諮問グループの会合で述べた。

「これらの宇宙船は、将来、地球近傍小惑星への科学的フライバイミッションを実行する能力があります」とシェアーズ氏は語った。「各宇宙船には、高品質のマリン可視画像装置と熱赤外線画像装置が搭載されています。各宇宙船は、近距離で高速のフライバイを通じて小惑星系を追跡し、画像化する能力を持っています。」

「ヤヌスによるアポフィスの接近通過による科学的成果は、最高の機会の一つとなる可能性がある」とアリゾナ大学のOSIRIS-APEXミッションの主任科学者ダニエラ・デラジュスティーナ氏は語った。

アポフィス探査ミッションの指揮を執ってきたビンゼル氏は、宇宙船が地球の近くで小惑星を護衛することには象徴的な価値もあると語った。アポフィスは地球に最も近づくと、ヨーロッパやアフリカの上空で見えるようになる。

「20億人がこれを見て、『我々の宇宙機関は何をしているのか』と尋ねるだろう。そしてその答えが『ああ、我々はそこにいる。我々はそこに近づいている』、つまりOSIRIS-APEXだとしても、それはあまり満足のいく答えではないと思う」とビンゼル氏は語った。

「国際宇宙コミュニティとして、我々は2029年4月13日に、我々がそこにいて、監視していることを示すことを望んでいます。我々が監視しているのは、これらの物体について可能な限り多くの知識と理解を得たいからです。いつかそれが重要になるかもしれないからです」とビンゼル氏は語った。「いつの日か、危険な小惑星に関する我々の詳細な知識は、人類の将来にとって最も重要な知識基盤の一つとなるでしょう。」