もう一つの小惑星が地球に衝突する。人類は地球近傍天体の脅威に立ち向かう準備ができているだろうか?

2022年11月19日現地時間午前4時27分、アメリカとカナダの国境にあるオンタリオ湖畔では、ほとんどの人がまだ深い眠りについていた。コードネーム2022 WJ1の地球近傍小惑星が静かに接近し、極めて低い角度で大気圏に突入し、明るい尾を引いてオンタリオ湖周辺を通過した。アブレーションと圧力の作用により、大気中で分解して爆発しました。大きな振動で多くの人が眠りから目覚め、地元の監視カメラには小惑星が空を通過して暗闇を照らす様子が記録された。実際、地球に接近する小惑星の衝突について人類が警告を受けたのは今回で6回目だ。この小惑星は天文学者の厳重な監視の下、オンタリオ州の海岸近くに落下した。

ビデオ 1 - 地球近傍小惑星がトロントの CN タワーを通過

(ビデオソース: EarthCam)

パート1

イベントレビュー

衝突の3時間前、アリゾナ州のレモン山の頂上にあるカタリナ・スカイ・サーベイは、地球近傍小惑星の定期調査を行っていた。カタリナ スカイ サーベイ システムは 3 つの光学望遠鏡で構成されています。1.5 メートルと 0.7 メートルの広視野サーベイ 望遠鏡 (それぞれ国際番号 G96 と 703) は未知の小惑星を発見するために使用され、1.0 メートルの狭視野望遠鏡 (国際番号 I52) は新しく発見された小惑星を追跡および測定するために使用されます。カタリナシステムは地球近傍小惑星を発見するための世界で最も効率的な望遠鏡システムであり、これまでに世界の地球近傍小惑星の半分以上を発見しています。地球近傍小惑星の衝突に関するこれまでの 5 回の警告のうち 4 回はカタリナ・スカイ・サーベイによって発見されました。天体調査の主な任務は、地球に深刻な脅威をもたらす可能性のある、未知の地球近傍小惑星を発見することです。例えば、2013年には、直径約18メートルの地球近傍小惑星がロシアのチェリャビンスク地方上空で崩壊・爆発し、約1,500人が負傷した。

図1: チェリャビンスク事件のアニメーション画像

(画像提供: NASA)

広大な夜空で小惑星を探すのは簡単なことではありません。なぜなら、これらのかすかな小惑星は空のどの方向からでもやってくる可能性があり、望遠鏡が特定の瞬間に見ることができる空の領域は懐中電灯の光のようなものだからです。そのため、広大な夜空をいくつかの「グリッド」領域に分割し、懐中電灯を使用してこれらのグリッド「領域」を1つずつ照らして観測画像を取得する必要があります。画像には多くの星が写っていますが、明るいものもあれば暗いものもあります。運が良ければ、惑星、準惑星、小惑星、彗星も見つかるかもしれません。しかし現時点では、天文学者はどのターゲットが小惑星であるかを判別することができない。なぜなら、これらのターゲットは、「懐中電灯」が照らす数十秒間という短い時間ではほとんど静止しているからである。天文学者は「懐中電灯」を使用して、約 10 分などの一定の間隔で、これらのグリッドの「空の領域」を 1 つずつ再度照らす必要があります。異なる時間に撮影された空の同じ領域の写真を比較し、静止した星や背景ノイズによる干渉を除去することで、「移動」状態にある地球近傍小惑星を見つけることができます。

カタリナ・スカイサーベイのG96望遠鏡は、11月19日04:53 GMT（19日00:53現地時間、小惑星衝突の約3.5時間後）に初めて小惑星を捉え、05:02、05:10、05:18にそれぞれさらに3枚の画像を撮影した。カタリナ星系の観測者デビッド・ランキン氏は4枚の画像を処理した後、地球に向かって猛スピードで飛んでいる可能性のある小惑星を発見した。これまで４回にわたり地球への「衝突物」の発見に成功した経験から、当直職員はこれが地球に衝突する小惑星かもしれないと鋭く判断した。カタリナシステムはただちに毎日の天空調査プログラムを終了し、G96望遠鏡を使用して午前5時35分に11秒ごとに小惑星の連続画像を4枚撮影し、小惑星の軌道測定の精度を向上させた。新たなデータは、小惑星が地球に衝突する確率が高いことを確認した。その後、オペレーターは3つの望遠鏡すべてを小惑星に向け、精密な追跡観測を行った。カンザス州のファーポイント天文台とカリフォルニア州のシャスタバレー天文台もこの小惑星を追跡し観測した。

ビデオ 2 カタリナ スカイ サーベイが撮影した小惑星の画像

(ビデオソース: Catalina Sky Survey)

グリニッジ標準時午前6時12分（現地時間午前2時12分、小惑星衝突の約2.2時間前）、G96、703、I52の各望遠鏡がそれぞれ4回の観測を完了した後、カタリナ・スカイ・サーベイは、この地球近傍小惑星が地球に衝突する確率が100%に達することを確認した。また、小惑星の絶対等級は33.5と測定された。これは、小惑星の大きさが1メートル未満である可能性があることを意味し、この大きさの小惑星は大気圏で燃え尽き、地上に何ら脅威を与えないであろう。これらのデータは国際惑星センターのウェブサイトに同期され、NASA の Scout システムによっても分析されました。

図2 スカウトシステムの分析によると、この小惑星が地球に衝突する確率は100％である。

(画像提供: NASA)

グリニッジ標準時午前6時20分（現地時間午前2時20分、小惑星衝突の約2時間前）、カタリナ システムの主任運用スペシャリストであるリチャード A. コワルスキー氏は、小惑星メーリング リスト（MPML）にメッセージを送信しました。カタリナ スカイ サーベイは、地球に衝突しようとしていると思われる小惑星 C8FF042 を発見し、世界中の観測者に小惑星を観測してできるだけ多くのデータを取得するよう呼びかけました。 MPML メーリング リストには、世界中のさまざまな地域の天文学の専門家や愛好家が集まります。アメリカの天文学者ビル・グレイ氏は、小惑星がグリニッジ標準時午前8時26分55秒に米国とカナダの国境にあるオンタリオ湖のブラントフォードに落下すると予測した。追跡を試みた人たちは、小惑星の動きが速すぎて望遠鏡では追いつけないことを発見したが、H36とT12の番号の望遠鏡はそれでも小惑星を「捉える」ことに成功した。一部の人々はソーシャルプラットフォームにメッセージを投稿し始め、まだ眠っていない「夜更かしする人」に、近づいてくる小惑星が大気圏に突入することで生じる火球の光景を観察するよう呼びかけた。

図3. リチャード・A・コワルスキーの小天体メーリングリストへの電子メール

（画像出典：著者）

小惑星の最後の画像は、マウナケア山頂にあるハワイ大学の88インチ望遠鏡T12によって、グリニッジ標準時午前7時55分（現地時間午前3時55分、衝突の約30分前）に撮影されたが、その後小惑星は地球の影に入り、どの望遠鏡でも再び観測することができなかった。しかし、小惑星が大気圏に突入すると、大気の摩擦とアブレーションにより、小惑星の運動エネルギーが光エネルギーに変換され、外側に放射され、明るい火の玉を形成します。小惑星はわずか 10 度の角度で大気圏に突入するため、地球にほぼ水平の角度で衝突し、通過の軌道が非常に長くなります。オンタリオ湖の住民がまだ起きていれば、尾を引いたこの小惑星の火球が長い軌道を描いて地球に衝突するのを目撃できるだろう。一部の人々は携帯可能な撮影機材を持って屋外に出て、小惑星が大気圏に突入するのを待ち始めた。

グリニッジ標準時午前8時27分（衝突発生時刻現地時間午前4時27分）、小惑星は予想通り、長く明るい尾を引いて西南西から東北東へ移動しながら到着した。誰かがトロントのCNタワーを通過する小惑星の写真を撮りました。小惑星が高速列車のようにほぼ水平にCNタワーを通過したことがわかります。大気の摩擦とアブレーションの影響で、それは崩壊し爆発し、その途中で破片が飛び散りました。角度が低いため、小惑星は大気による減速を十分に受けており、高速で移動しているわけではないとみられ、多数の小さな破片が地表に落下している可能性が高い。 NASAは衝突地点を分析し、小さな破片はオンタリオ州沿岸付近で見つかる可能性が高いが、大きな破片は湖に落ちた可能性があると考えた。小惑星の崩壊によって生じた大きな振動を聞いて、それが近くで起こったと感じた人もいました。夜中に目が覚めて、キッチンでお皿が振動する音を聞いた人もいました。国際天文センターはデータを処理した後、この小惑星に暫定的な番号「2021 WJ1」を割り当てたが、小惑星はすでに地球に衝突していた。

図4 着陸可能な地点

(画像提供: NASA)

パート2

小惑星衝突の早期警告が出されたのは今回が初めてではない

人類が地球近傍小惑星の衝突を警告できたのはこれで6回目だ。過去 5 回は以下のとおりです。

——2008年10月6日、カタリナ・スカイサーベイは、大きさ約3メートル、衝突速度約12.8km/s、警告時間約17時間の小惑星2008 TC3を発見しました。

2014 年 1 月 1 日、カタリナ スカイ サーベイは、大きさ約 2.3 メートル、衝突速度約 11.7 km/s、警告時間約 19 時間の 2014 AA 小惑星を発見しました。

——2018年6月2日、カタリナ・スカイサーベイは、大きさ約2.8メートル、衝突速度約16.8km/s、警告時間約7時間の小惑星2018 LAを発見しました。

——2019年6月22日、カタリナ・スカイサーベイは、大きさ約5メートル、衝突速度約16.1km/s、警告時間約12時間の2019 MO小惑星を発見しました。

——2022年3月11日、ハンガリーのうお座宇宙望遠鏡によって小惑星2022 EB5が発見されました。大きさは約2メートル、衝突速度は約18.5km/s、警報時間は約2時間です。

カタリナ システムは、地球に衝突する可能性のある地球近傍小惑星の早期警報において独自の利点を持っていることがわかります。これは、カタリナシステムの設計と運用コンセプトに関連しています。小惑星の監視に使用される望遠鏡のほとんどは「片手操作」ですが、カタリナ・スカイ・サーベイ・システムは「コンビネーション・パンチ」を採用しており、2 つのサーベイ望遠鏡が連携して空の広い範囲を調査します。地球に衝突する可能性のある接近する小惑星が発見されると、調査モードは直ちに緊急モードに切り替えられ、3つの望遠鏡すべてが動員されて接近する小惑星を追跡・測定し、対象の小惑星が衝突天体であるかどうかを適時に判定できるようにします。一方、地球近傍天体探査の分野に多大な貢献を果たしたもう一つの望遠鏡システムであるパンスターズ望遠鏡は、単体の望遠鏡としての性能はカタリナ望遠鏡よりも優れているものの、自己追跡能力がないため、衝突天体を事前に発見できていない。さらに、カタリナ・スカイサーベイのデータ処理システムは、衝突体の軌道を決定するために特別に最適化されています。人工知能の時代では、望遠鏡のデータ処理は徐々に知能化の方向に発展していますが、カタリナ・スカイサーベイ・システムでは常に観測員が勤務しており、衝撃状況をいち早く判断し、適時に緊急モードを起動して情報を公開することができます。これは、カタリナ・スカイ・サーベイ・システムが、それほど優れた性能ではないにもかかわらず、地球近傍小惑星の調査発見において長年連続で優勝を続けている重要な理由でもある。カタリナ・スカイ・サーベイ・システムの成功体験は、我が国の将来の地球近傍小惑星監視・早期警戒システムの構築にとっても参考となる重要な意義を持つ。

図5 カタリナスカイサーベイシステム

(画像提供: Catalina Sky Survey)

パート3

慌てる必要はないが、軽く考えてはいけない

実際、1メートルクラスの小惑星はほぼ毎月地球に衝突しており、そのほとんどは地球に衝突してまばゆいばかりの火球現象を起こした後に初めて発見されます。例えば、2017年の雲南省シャングリラ火球現象、2018年の雲南省シーサンパンナ火球現象、2019年の吉林省松原火球現象、2020年の青海省玉樹火球現象、2021年の河南省南陽火球現象、そして今年の甘粛省と寧夏回族自治区の境界にある固源火球現象などです。このような事件は、一般的には人命や財産に脅威を与えるものではありませんが、かなりの社会的関心を呼び起こし、この珍しい「異星人」である隕石を探す隕石ハンターを引き付ける可能性もあります。

地球近傍小惑星の衝突の頻度は、その大きさに反比例します。小惑星が小さければ小さいほど、地球に衝突する頻度が高くなります。しかし、大気圏の保護により、小さな小惑星は一般的に大気圏で崩壊し、ほとんど害を及ぼさないか、まったく害を及ぼさないこともあります。大型の小惑星が地球に衝突する頻度は低いが、一度衝突すると極めて有害な影響を及ぼし、地球上で環境災害を引き起こし、種の絶滅につながる可能性もある。 6500万年前と同じように、直径約10キロメートルの地球近傍小惑星が北米のメキシコ湾に衝突し、恐竜絶滅につながった重要な科学的モデルの一つとなっている。しかし幸いなことに、人類は地球規模の災害を引き起こす可能性のある直径数キロメートルの地球近傍小惑星の95％以上をカタログ化しており、このような「前例のない自然災害」に遭遇する可能性は極めて低い。

表 小惑星衝突の危険性と平均衝突間隔

（出典：米国国家地球近傍天体戦略計画および対応計画）

もちろん、軽視することはできません。本当に注目に値するのは、直径 20 メートル、50 メートル、140 メートルの地球近傍小惑星です。このような小惑星は数多く存在し、衝突の可能性も無視できず、町レベル、大都市レベル、地域レベルの災害を引き起こす可能性もあります。しかし、現時点では、直径140メートルの小惑星は約40％しか発見されておらず、直径50メートルの地球近傍小惑星の発見率は5％未満、直径20メートルの地球近傍小惑星の発見率は1％未満です。これは、地球近傍小惑星の衝突の脅威を防ぐために人類が取り組むべき課題がまだ長いことを意味している。

制作：中国科学普及協会

著者: 李明涛 (中国科学院国家宇宙科学センター)

プロデューサー: 中国科学博覧会

この記事は著者の見解のみを表しており、中国科学博覧会の立場を代表するものではありません。

この記事は中国科学博覧会（kepubolan）に最初に掲載されました。

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