ディモルフォス (左) とディディモス (右)。クレジット:ESA 2022年9月、冷蔵庫ほどの大きさの宇宙船が時速約2万4000キロ（時速1万5000マイル）で小さな小惑星に衝突した。この衝突は計画的であり、小惑星は地球や月に衝突する恐れはなかった。 NASA の Double Asteroid Redirection Test (DART と略称) は、惑星防衛における人類初の本格的な試みでした。そしてそれはうまくいきました!
NASA の DART ミッションは、より大きな伴星であるディディモスの周りの小惑星ディモルフォスの軌道を劇的に短縮しました。しかし、Science Advances に新しい研究が発表されました。 衝突が追加の影響を及ぼしたことを示しています。また、小惑星系全体を太陽の周りのわずかに異なる経路に誘導しました。
この変化は最高の天文機器を使ってもほとんど検出できません。しかし、人工物体が太陽の周りの自然体の軌道を目に見える形で変えたのは、これが初めてのことです。
ほんの小さな押し込みでも、いつか小惑星が地球に衝突するか、地球を完全に取り逃すかの違いを意味する可能性があります。
小さなプッシュ、宇宙的な結果
衝突後の破片。クレジット:NASA ディモルフォスとディディモスは連星小惑星系を形成します。幅約170メートルの小さな天体は、幅約800メートルの大きな小惑星を12時間ごとに周回している。このペアは一緒に、およそ 770 日ごとに太陽の周りを一周します。
DART がディモルフォスをターゲットにしたのは、より小さな物体を動かす方が簡単であり、システムの軌道が適切に測定されているため、あらゆる変化を検出しやすくなったからです。
探査機は2022年9月26日にディモルフォスに衝突し、岩石と塵の噴煙を放出した。この瓦礫は衝撃を増幅する上で重要な役割を果たした。物質が小惑星から吹き飛ばされて宇宙に逃げると、物質はそれに伴って運動量を運び、システムにさらなる推力を加えました。
科学者はこの効果を運動量増強因子と呼んでいます。 (β)、脱出する破片が宇宙船自体の運動量を超えてどれだけの余分な圧力を加えるかを示す尺度。 DART の場合、デブリは宇宙船自体によってもたらされる圧力をおよそ 2 倍にしました。
以前の測定では、衝突によってディディモスの周りのディモルフォスの軌道が 33 分短縮されたことが示されており、これはミッションで予想されていた変化の約 7 分をはるかに上回っています。
しかし研究者らは、もっと微妙な何かが起こったのではないかと疑っていた。 2 つの小惑星は重力でリンクされているため、系から逃げる噴出物により、空間内で小惑星が共有する質量の中心 (重心) の動きがわずかに変化する可能性があります。
それが起こった場合、太陽の周りの連星系全体の軌道が変化するでしょう。
ほとんど目に見えない変化を測定する
クレジット:ESA その変化を検出するには、並外れた精度が必要でした。
研究者らは、22 の恒星掩蔽とともに、小惑星系の位置に関する約 6,000 件の測定結果を分析しました。これらは、小惑星が遠くの恒星の前を短時間通過する現象です。掩蔽中、星の光は一時的に消え、天文学者は驚くべき精度で小惑星の位置を特定できるようになります。
これらの観測の多くは、世界中に駐在しているボランティアの天文学者によってもたらされました。複数の場所からの測定を調整することで、空を横切る小惑星の正確な経路を追跡することができました。
データを組み合わせた結果、小さいながらも測定可能な効果が明らかになりました。
研究チームは、この衝突により連星系の公転速度が毎秒約 11.7 マイクロメートル、つまり時速約 1.7 インチ遅くなったと推定しています。
この変化により、この系の太陽の周りの軌道サイズが約 360 メートル縮小し、2.1 年の公転周期が約 0.15 秒短縮されました。
私たちにとって、その数字は取るに足らないものに思えます。しかし、軌道力学では、たとえ小さな速度変化であっても、数年または数十年にわたって蓄積されて大きな変化となります。
この規模の衝突は、小惑星の将来の位置を時間の経過とともに何キロメートルも移動させる可能性があり、潜在的な衝突を失敗に変えるのに十分です。
DART ミッションは、惑星防衛の概念実証として設計されました。
地球は常に小さな宇宙の破片に襲われており、より大きな小惑星が地球に衝突することもあります。地球に近い軌道にある、局所的な被害をもたらす可能性のある大きさである約 140 メートルを超える大きな小惑星はまだ発見されていません。
天文学者が衝突の可能性の数十年前に危険な小惑星を特定した場合、探査機を打ち上げて小惑星の軌道を少しずらすことができるかもしれない。介入が早ければ早いほど、必要なプッシュは小さくなります。
新しい測定結果は、連星小惑星ペアの 1 つのメンバーだけが衝突すると、システム全体の動きが変化する可能性があることを示唆しています。その可能性により、惑星防衛計画立案者が利用できる戦略の範囲が広がります。
この研究はまた、小惑星そのものについての手掛かりも提供した。研究者らは、ディモルフォスの密度を立方メートルあたり約 1,540 キログラムと推定しています。これは、ディディモスが流した破片から形成された可能性が高く、後に固まって緩い「瓦礫の山」になったことを示唆しています。
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科学者たちは依然として、衝突時に何が起こったのかをより明確に把握したいと考えています。
欧州宇宙機関のヘラ宇宙船は現在ディディモス星系へ向かっています。この 10 年後半に到着すると、小惑星の詳細な地図が作成され、その質量が測定され、DART 衝突によって残されたクレーターが調査される予定です。
これらの測定により、運動量がどのように小惑星に伝達されたか、またどのくらいの量の破片が系から逃げたかの推定値が正確になるはずです。
惑星防衛研究者にとって、DART はすでに重要な閾値を超えています。このミッションは、宇宙船が別の天体の周りを回る小惑星の軌道を変えることができ、さらには太陽の周りを移動する物体の進路を少しずつ変えることができることを証明しました。
そのプッシュは微視的なものだった。その影響は甚大になる可能性があります。
