ルーシーミッション：太陽系の「タイムカプセル」の秘密を探る、その答えは？

「ルーシー」は、1974年に発掘された古代人類の化石に科学者グループが付けた名前です。これは女性の人類の祖先の骨格であり、人類の進化の歴史を研究する上で重要な手がかりとなります。 「ルーシー」はこの名前にちなんで名付けられた探査機です。これはNASA（アメリカ航空宇宙局）によって開発・打ち上げられ、木星の軌道上にある謎の「トロヤ小惑星群」を探査するために長距離を飛行しました。

その使命は、太陽系と地球などの惑星の起源を理解し、より広い文脈で太陽系の進化の歴史の手がかりを提供することです。そのため、その役割は先祖である「ルーシー」と似ています。 NASAの科学者たちは、この探査機に大きな期待を寄せていることから、この探査機に「ルーシー」と名付けた。

ルーシーは2021年10月16日に無事に打ち上げられ、長い旅に出発しました。その間、12年間、暗い深宇宙を単独で探検することになります。 NASAによれば、その使命は太陽系内の「タイムカプセル」を見つけることだ。では、この「カプセル」はどのようなもので、どうやって見つけるのでしょうか?一緒に調べてみましょう。

まずトロヤ小惑星群とは何かを理解する

トロイはもともと古代ギリシャの都市国家でした。トロイア戦争は古代ギリシャの詩人ホメロスの叙事詩「イリアス」に描かれており、その中で最も有名なのが「トロイの木馬」です。簡単に言えば、妻を奪ったトロイの王子に復讐するために、ギリシャのスパルタ王は軍隊を率いてトロイの街を攻撃しました。しかし、トロイの街は非常に強固だったため、10年間の包囲の後も占領することができませんでした。その後、彼らは「トロイの木馬戦略」を採用し、一挙に成功した。

具体的な方法は、ギリシャ軍が撤退するふりをして巨大な木馬を残し、トロイア軍がそれを戦利品として街に引き入れるというものでした。その夜、巨大な木馬の腹の中に隠れていたギリシャの戦士の一団が、トロイア軍が勝利の祝賀で警戒を緩めた隙をついて、木馬から抜け出し、城門を開けた。街の外で待ち伏せしていたギリシャ軍が突入し、一夜にしてトロイを廃墟と化した。

その後、トロイの木馬は「詐欺」を象徴するようになり、現代のコンピュータマルウェアやウイルスもトロイの木馬、または略して「トロイの木馬」と呼ばれるようになりました。

科学者たちは、惑星の軌道上にあるこれらの小惑星をトロヤ群小惑星と呼んでいます。おそらく彼らは、これらの小惑星がトロイの木馬の馬の腹の中に隠れているギリシャの戦士に少し似ていると考えているのでしょう。彼らは惑星と同じ軌道に隠れて、惑星を追跡してきました。ある日突然彼らは惑星を攻撃するでしょう。

トロヤ小惑星群の「群」という言葉は、トロヤが単一の小惑星ではなく、小惑星の群であることを示しています。これらの小惑星は木星の軌道上で初めて発見され、木星のラグランジュ点に位置しています。いわゆるラグランジュ点は、太陽と惑星の間の重力のバランス点です。各惑星には、L1～L5 で表される 5 つのラグランジュ点があります。このうち、L1～L3は2つの天体を結ぶ線上にあり、L4とL5は惑星の軌道の表側と裏側にあります。

1904 年初頭、バーナードは木星の軌道上でトロヤ群小惑星を観測していた可能性があるが、当時は真剣に受け止められなかったため記録されなかった。 1906年、ドイツの天文学者マックス・ウルフは太陽と木星のラグランジュ点L4に小惑星を発見し、イリアスの英雄アキレスにちなんで命名しました。

その後、太陽-メリー・ラグランジュ点L4とL5でさらに多くの小惑星が発見されました。人々はそれに倣い、ホメロスの叙事詩の登場人物にちなんで名前を付けました。そのほとんどはトロイ戦争の登場人物にちなんで名付けられました。これらの小惑星は総称してトロヤ小惑星と呼ばれていました。

木星のトロヤ群小惑星は、主に木星の軌道の前後60度の角度で対称的に位置する木星の2つの地点、L4とL5に分布しています。 2007 年 9 月現在、木星トロヤ群小惑星は 2,239 個確認されており、そのうち 1,192 個は L4 点にあり、1,047 個は L5 点にあります。

観測が深まるにつれ、天文学者たちはトロヤ群小惑星現象が木星に特有のものではないことを発見した。たとえば、海王星の軌道上では 29 個の小惑星が発見されており、火星の軌道上では 12 個以上の小惑星が発見されています。土星の衛星の多くも軌道上のラグランジュ点に位置しています。これらの小惑星は惑星と軌道を共有し、惑星から遠すぎず近すぎない位置で太陽の周りを公転します。

現在、地球上でそのような小惑星が2つ発見されています。 1つは2011年に発見され、2010TK7と呼ばれています。もう1つは最近発見され、2020XL5と呼ばれています。どちらも太陽地球ラグランジュ点 L4 に位置しています。

なぜ地球の軌道上にトロヤ小惑星がほとんど存在しないのでしょうか?これは事実ではないかもしれないが、むしろ地球に似た小惑星は検出がより困難である可能性がある。なぜなら、地球からトロヤ群小惑星を観測するには、望遠鏡で太陽を直接見つめて見つける必要があり、これらの小惑星は比較的小さくアルベドが低いため、太陽の強い光の下では検出が難しいからです。

科学者たちは、観測技術が向上するにつれて、地球の軌道上でさらに多くのトロヤ小惑星が発見されるだろうと考えている。これらの発見により、科学者はトロヤ群小惑星現象が惑星軌道上では一般的であると信じる根拠を得た。したがって、このタイプの小惑星は、どの惑星軌道上にあるかに関係なく、総称してトロヤ小惑星と呼ばれます。

トロヤ小惑星はなぜ太陽系の「タイムカプセル」なのでしょうか?

すべての惑星系は恒星の周囲で誕生しますが、恒星の誕生は巨大な星雲（宇宙塵）の収縮から始まります。収縮の結果、中心核に 1 つまたは複数の恒星が誕生し、残った破片は集まって吸収され、惑星やさまざまな小天体になります。宇宙の起源、太陽系の起源、地球の起源やそれらの進化の歴史については、これまでの多くの記事で紹介してきましたので、ここでは詳しくは触れません。

科学的研究によれば、トロヤ群小惑星はより大きな惑星の形成時に残った残余物であり、惑星や衛星の形成の基礎となった可能性が高いと考えられています。これらの小惑星や衛星の軌道は不安定であるため、惑星に脅威を与える可能性があります。科学者の中には、45億年前に地球に衝突した火星サイズの惑星は、地球の軌道のラグランジュ点に隠れていて、軌道の摂動によって地球に衝突した可能性があると考える者もいる。

科学者たちは地球に衝突した惑星を「テイア」と名付けた。地球との接近により地球の軸が傾き、23.44度の黄道傾斜角が形成されました。それ以来、地球には春、夏、秋、冬の四季が生まれました。衝突によって生じた溶岩と塵が月の中で凝縮し、地球に大きな潮汐力を与えた。これらの突然変異と条件が予期せず地球上に生命を生み出し、今日のあなたや私を生み出したのです。

そのため、科学者たちは、これらのトロヤ小惑星は太陽と惑星の形成と同じ時期に生じた産物であると考えています。これらは太陽系の最も古い化石であり、太陽系の形成に関するコードが含まれています。したがって、それらは太陽系の「タイムカプセル」です。この種の「タイムカプセル」を詳細に分析し理解することで、太陽系の過去と現在をより明確に理解できるようになります。

こうして、太陽系、地球、そして人類の起源と将来向かう先を探る人類の重要な任務を担うルーシーが誕生したのです。もちろん、このような探究は、人類による宇宙と自然に対する全体的な探究というパズルの中のほんの一部にすぎません。将来、何千、何百万もの小さな探査の断片をつなぎ合わせることによってのみ、私たちは世界と私たち自身の謎と全体像を垣間見ることができるのです。

ルーシーの具体的なミッション/

ルーシー計画への総投資額は9億8100万ドルに達し、多額のように思えるが、NASA史上最も「ケチな」計画と言われている。

ルーシーの使命は非常に重いものだからです。これまでの小惑星探査機は1つか2つの小惑星を検出するだけでよかったが、この探査機は8つの小惑星を次々に探査することになる。この方法だと、小惑星1個あたりのコストはわずか1億ドル強で済むため、史上最も安価な恒星間探査と呼ばれています。

ルーシー探査機は高さ約5メートル、打ち上げ時の重量は約1,550キログラム、乾燥重量は821キログラムである。搭載されている主な機器としては、熱放射分光計、長距離偵察用画像装置、赤外線画像分光計、多スペクトル可視光画像カメラなどがあり、もちろん地球との交信に必要な航行・通信機器、電源バッテリーなども搭載されています。

ルーシーの大きな特徴は、展開時の全幅が14.25メートル、有効面積が51平方メートルという巨大な円形ソーラーパネルを2枚搭載していることです。木星のトロヤ小惑星帯付近の太陽光の強度は地球の3%未満です。ルーシーの電力要件を確保するために、このような巨大な太陽エネルギー装置が搭載されています。この太陽電池アレイは木星の軌道の薄暗い太陽光の中で 500 ワットの電力を生成できますが、ルーシーが通常のニーズをすべて満たすのに必要な電力は 82 ワットだけです。

非常に保守的であるように思われるが、打ち上げ後に起こったことは科学者の先見の明を証明した。

12年間のミッション期間中、ルーシーは地球の重力のスリングショット効果により3回加速し、最終的には時速56万キロメートル、秒速155.6キロメートルの速度に達する。地球の周りのこれら 3 つの「円」は、どんどん大きくなっているようで、最終的に円は木星の軌道に入り、木星のトロヤ群小惑星群に突入するほどの大きさになりました。

一連のフライバイは2022年10月、2024年12月、2039年12月に行われる予定だ。実際、ルーシーは2回目の地球フライバイ中に加速した後、まっすぐ木星の軌道に向かう予定だ。ルーシーは2025年4月に木星の軌道に向かう途中で初の小惑星探査ミッションを実行する予定だ。

この小惑星はポリメレと呼ばれています。これは木星の軌道にあるトロヤ群小惑星ではなく、火星と木星の軌道の間にある主小惑星帯に属する小惑星です。ポリメレは非常に小さく、最大幅はわずか 27 キロメートルですが、実際に衛星があることは驚きです。今年3月27日、ルーシーチームは、小惑星から200キロ離れたところを周回する、直径わずか3マイル（約5キロ）ほどの「小さな衛星」を発見した。

ミッションチームは非常に興奮しています。ルーシーが行動を起こす前に、次々と発見が起こり始めました。ルーシーが目を開けて、どんどん近づいてくる小惑星を眺めたとき、それは間違いなく人類にさらなる驚きをもたらすだろうと期待できます。

残念ながら、抜け穴は常に存在し、ルーシーにまつわる話がすべて良いものであるわけではありません。実際、出発してすぐにトラブルに遭遇しました。 NASAが発表した声明によると、ルーシーは打ち上げ直後に故障を経験した。ソーラーパネルを展開する際、1枚だけが完全に開いてロックされ、もう1枚は完全に展開されていませんでした。

すぐに、NASAの科学者たちはパネル破損の根本的な原因を発見した。パネルを引き離すために使われたロープが絡まっていたのだ。その後、リモート制御で障害を修復するための 2 つのソリューションが開発されました。間違いがないようにするためには、リモート コントロールの修理操作を実行する前に、修理プロセスをシミュレートして間違いがないことを確認するための高精度ソフトウェアが必要です。

修理タスクフォースは、13回のシミュレーションテストを経て、今年5月から6月にかけてルーシーの修理作業を7回慎重に実施し、最終的に比較的満足のいく結果を達成しました。故障した太陽電池パネルはまだ完全に展開・ロックされていないものの、ロープが締め直され、展開度は360度完全展開の99％にあたる357度に達し、ミッションに影響がないことが保証された。

今は、3段階のミッションが完了するのを待つだけです。最初のステップは、2025年に探査のために最初のメインベルト小惑星に近づくことです。小規模な試験の後、2027年頃に木星の軌道にあるL4トロヤ群小惑星群に到着し、事前に定められた4つのターゲットを順次探査します。その後、L5小惑星群に到達し、2033年にすべての小惑星探査ミッションを完了するための5年間の長い移行期間が始まります。

12年間の探査ミッションを終えた後、ルーシーにまだいくらかのエネルギーが残っていれば、NASAはルーシーに新たなミッションを割り当てる予定だ。遠くから来たこの孤独な英雄たちは人類の最も忠実な友人であり、決して人類と取引することはありません。彼らの究極の使命は、人類のために自らを犠牲にし、やがて広大な宇宙に消えていくことです。おそらく遠い未来、人類が消滅した後も、彼らは人類との約束を守り、人類の過去の存在を静かに証言するだろう。

ここで、私はルーシーの安全な旅を祈り、今後10年ほど、人類に新たな発見、喜び、驚きをもたらし続けてくれることを願っています。これについてどう思いますか？議論やコメントを歓迎します。

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