小惑星のサンプルはどれほど貴重なのでしょうか?科学者たちはサンプルを回収できないことに不安を感じている

遠くの小惑星からサンプルを収集することは極めて困難な航空宇宙プロジェクトであり、現在それを実行できる国はほとんどありません。小惑星サンプルの帰還を実現するためには、広大な深宇宙を航行できる信頼性と適応性に優れた無人探査機の製造に加え、精密な航行能力、高解像度の撮影能力、高度に知能化された自律制御の掘削・採取技術も必要となる。数十億キロメートルの深宇宙を横断し、生と死を経験することによってのみ、ほんの少しのサンプルを地球に持ち帰ることができるのです。

現在、深宇宙から小惑星のサンプルを持ち帰ったミッションは、日本の「はやぶさ」と「はやぶさ2」、そしてNASAの「オシリス・レックス」だけだ。

はやぶさは2003年に打ち上げられ、2010年に小惑星リュウグウからサンプルを持ち帰った。7年をかけて約60億キロメートルを旅したが、回収できたのは10ミクロン未満の粒子1,500個だけで、その質量はミリグラム単位でしか測れない。はやぶさ2は2014年に打ち上げられ、2020年に小惑星リュウグウのサンプルを地球に持ち帰り、わずか5.4グラムの砂利サンプルを採取した。

科学者たちは、この少量の小惑星サンプルを利用して、太陽系に関する理解の多くのギャップを埋めてきました。最も重要な発見は、サンプルに20種類のアミノ酸を含む少なくとも2万種類の化学成分が含まれていることです。液体の水も発見され、人類が地球外で生命の源を発見したのはこれが初めてだ。

そのため、多くの科学者は、地球上の生命はおそらく宇宙から来たものであり、生命の種子は隕石によって地球にもたらされ、その後育まれ、進化してきたと確信しています。研究は現在も継続しており、発見が深まるにつれ、太陽系の形成や生命の誕生の謎について、さらに多くの発見がなされるでしょう。

そのため、小惑星探査は世界の航空宇宙産業における重要な活動であり、近年では主要な宇宙大国間の競争の話題としてますます白熱しています。 2016年に米国が打ち上げた探査機「オシリス・レックス」も7年をかけて64億キロを旅した。小惑星ベンヌからサンプルを採取し、2023年9月24日に地球に帰還した。放出されたサンプルカプセルはユタ州に無事着陸した。

これはNASAが打ち上げた初の小惑星サンプル採取探査機であり、採取されたサンプルの量が比較的多いため、科学界はこのサンプルに大きな期待を寄せています。しかし、数々の苦労を経て採取したサンプルは密閉された瓶の中に閉じ込められ、蓋が開けられず、サンプルは瓶の中に残ってしまいました。科学者たちは無力で、ただぼんやりと見つめることしかできなかった。

サンプルは地球に帰還し、容器は人間が作ったものなので、どうして開けられないのかと言う友人もいるかもしれません。鉄の棒でこじ開けることができます。映画やテレビ番組に出てくる大泥棒は、最も安全で堅牢な金庫や基地に、まるで何もない空間にいるかのように侵入することができます。これらの科学者は泥棒ほども優秀ではないのでしょうか?

実際、この考え方は宇宙から収集されたサンプルを過小評価することです。これらのサンプルは地球上のどんな宝物よりもはるかに価値があります。月で採取されたサンプルでさえ、1グラムあたり少なくとも100万人民元の価値がある。例えば、嫦娥5号の製造と打ち上げには30億人民元がかかり、1,731グラムの月のサンプルが地球に持ち帰られました。これらの月のサンプルの価値だけを数えると、1グラムあたり170万元以上になるが、これには多くの科学者の研究費用は含まれていない。

小惑星からのサンプル採取には月からのサンプル採取よりもはるかに長い距離が必要であり、はるかに困難です。例えば、日本のはやぶさ2ミッションでは約1億5000万ドルが投入され、小惑星リュウグウから5.4グラムのサンプルを持ち帰りましたが、1グラムあたり約2800万ドルのコストがかかりました。 NASAのOSIRIS-REx探査機は総額10億ドルを投じ、1グラム当たり822万ドルの費用をかけて小惑星ベンヌから121.6グラムのサンプルを持ち帰った。

したがって、小惑星から採取されたサンプルは地球上で最も貴重な宝物です。これらの宝物が地球に到着した後、その純度を保証するために、最も厳格な封印措置を講じる必要があります。これらはいかなる塵にもさらされることはなく、地球環境からのガスの痕跡も宇宙からのこれらの宝物に接触することはできません。このため、探査機は遠い宇宙空間でサンプルを採取した後、一連の複雑な密閉措置を講じる必要があり、また地球に帰還した後は特別な密閉施設で開封する必要がある。

これらの複雑な操作には、検出器がサンプルを採取する方法、サンプルキャビンを閉じた状態で輸送および開く方法、サンプル密封装置を取り外す方法、密封されたサンプル缶を開く方法、およびサンプルを取り出す方法が含まれます。サンプルの元の状態を保証するために、各ステップは非常に正確でなければなりません。これらは探査機の設計時に慎重に考慮され、探査機が帰還する数か月前にプロセス全体が練習されました。

OSIRIS-REx 検出器のサンプリングおよび回収プロセスは、おおよそ次のようになります。

オシリス・レックス探査機は2016年9月に打ち上げられ、2018年にベンヌに到着してから2年間にわたって小惑星を観測し、2020年にようやくベンヌの表面に急接近しました。サンプル採取方法は、ベンヌの表面に接近する瞬間に探査機が窒素を噴射してベンヌの表面の岩石や塵をかき混ぜ、飛来したサンプルをコレクターに集めるというものでした。

実際、直径約490メートルの小惑星ベンヌは、星間岩石の塊ではなく、互いに吸着した一群の岩石です。この構成により、プローブはより多くの岩石粉塵を吹き飛ばして大量のサンプルを収集することができ、余分なサンプルはコレクターの外側に付着します。

サンプル採取が完了すると、OSIRIS-REx探査機はコレクターを先端に載せて探査機の底部にあるサンプル室に挿入します。振動により試料室が密閉され、確実に施錠されていることを確認した後、2021年7月に帰還の旅を開始し、2023年9月に地球に帰還します。米国ユタ州で帰還カプセルを放出し、軟着陸する予定です。その後、ミッションを終えた探査機は地球を通過して太陽軌道に入り、引退生活を送ることになる。

NASAのスタッフは帰還カプセルを受け取った後、近くのポータブルクリーンルームまで慎重に運び、サンプルカプセルの熱シールドと外殻を取り外し、コレクターを取り出し、24時間以内にヒューストンのジョンソン宇宙センターの専用クリーンルームに送り、コレクターをグローブボックスに移しました。

このとき事故が起こりました。研究チームは、密封された瓶の口が固まってしまい、密封された多数のサンプルを開けることができないことを発見した。この詰まりは適切な道具を使えば開けられるようですが、非常に清潔なグローブボックス内で道具を入れるとサンプルの純度が損なわれる可能性があるため、科学者たちはただ無力に見つめることしかできず、今のところ解決策を見つけていません。

つまり、動かなくなったサンプルコレクターを開ける方法がないのではなく、極めて清潔なグローブボックスに分解ツールを入れることができないため、科学者たちは無力なのです。普通の缶であれば、普通の人なら普通の道具で開けることができるが、これは1グラムあたり426万ドルもするベンヌ小惑星のサンプルであり、地球の物質が1分子も混ざってはいけないのだ。

では、数十億キロメートルから収集されたサンプルは役に立たないのでしょうか?実際のところ、それほど深刻なことではありません。それどころか、さらなる驚きがある。科学者たちはサンプルが密封された缶の外側から70.5グラムのサンプルを入手したのだ。このミッションの当初の計画では、合計60グラムのサンプルを持ち帰る予定だった。現在、封印されたコレクター缶はまだ開封されておらず、ミッションは17.5％超過達成されています。

ベンヌ小惑星のサンプルの約30％は、200人の科学者による研究のために世界中の関連研究室に配布され、そのうち4％はカナダに、0.5％は日本に提供される。 NASAはジョンソン宇宙センターでサンプルの少なくとも70％を保存し、数年後にさらに多くの科学者によるさらなる研究のために一時的に封印する予定だ。サンプル缶に詰まった残りのサンプルについては、科学者がすぐにそれを開ける「レンチ」を見つけるだろうと私は信じています。

科学者たちは、この小さな塵を遠くの小惑星から持ち帰るために費用を惜しみませんでしたが、その理由を理解している人は多くありません。彼らは、地球をさらに研究し、いまだ貧困に苦しむ人々にさらなる援助を提供するために、多額の資金と高度な技術を投入したほうがよいと考えています。もちろん、このような仕事をしている科学者はたくさんいますが、科学者が普通の人々と違うのは、彼らはより先見の明があり、宇宙の真実を解明したいと考えていることです。

小惑星の探査 小惑星を研究することは、太陽系、地球の形成、そして生命と人類の過去、現在、未来についての真実を明らかにすることです。これらを理解することは、人類の将来的な存続と発展、宇宙災害の回避、そして人類が再生の道をさらに進む上で重要な役割を果たすでしょう。

そのため、小惑星の遠征探査は継続され、中国の小惑星探査プログラムも開始されました。 2024年には、小惑星と彗星の2つの天体を同時に探査する初の小惑星探査機が打ち上げられる予定だ。今後も小惑星探査に関する興味深い話が出てくるでしょうから、楽しみにしていましょう。

これはSpace-Time Communicationからのオリジナル記事です。著者の著作権を尊重してください。ご理解とご協力をよろしくお願いいたします。

参考リンク: https://link.zhihu.com/?target=https%3A//www.iflscience.com/nasa-brings-back-actual-sample-of-asteroid-but-cant-open-the-lid-71285