なぜ人類は小惑星を探索したいのでしょうか?

小惑星は太陽系内で太陽の周りを回る天体ですが、大きさと質量は惑星よりもはるかに小さいです。人類は現在までに、地球低軌道から小惑星帯、カイパーベルト、さらにはより遠い宇宙空間にまで広く分布する約 100 万個の小惑星を観測しています。小惑星は太陽系の形成と進化に関する独自の情報を保存しており、膨大な量の資源を含み、地球にとって真の脅威となっています。これらを探索することで、生命の起源を明らかにし、天然資源を開発し、技術の進歩を促進し、地球の安全を守ることに貢献します。これらは現在、国際的な深宇宙探査において注目されている話題です。

太陽系の進化と生命の起源の秘密を解明

小惑星はどのように形成されるのでしょうか?現在の理論では、太陽系の初期には、原始太陽系星雲から固体物質が凝縮し続け、近くの大きな惑星に引き寄せられて捕獲されたと考えられています。木星は形成中に、ますます大きな重力の乱れを生み出し、残った物質が継続的に衝突して破壊され、最終的に火星と木星の軌道の間に多数の小惑星が形成されました。

このプロセスは基本的に太陽系の形成と同期しています。地球や火星などの太陽系の大きな天体は、数十億年にわたる複雑な進化を経て、現在では完全に異なる姿になっています。しかし、ほとんどの小惑星の内部進化は低く、誕生したときの姿をほぼそのまま保っています。これらは太陽系星雲の初期状態、星雲の進化、惑星の成長過程を記録しており、太陽系の「化石」とも言えるものです。小惑星の化学組成、表面物質の特性、内部構造を検出することは、太陽系の起源と進化を研究する良い方法となります。

地球上で水と生命はどのようにして誕生したのでしょうか?これらには水氷などの有機成分や物質も含まれているため、小惑星や彗星などの小さな天体によって地球に運ばれた可能性があると考える学者もいます。小惑星の探査は、地球上の生命の起源を研究するための重要な手がかりを提供することができます。

ESA のロゼッタ・フィラエ探査機は同位体測定により、地球上の水は彗星から来たものではないという結論を下した。日本の探査機「はやぶさ1号」と「はやぶさ2号」はそれぞれ小惑星イトカワとリュウグウからサンプルを採取した。分析の結果、前者に含まれる有機物は非生物起源である一方、後者の塵のサンプルには20種類以上のアミノ酸が含まれていたことが判明し、小惑星が生命を広めたという仮説を裏付けるものとなった。

小惑星には多くの種類と数があり、広範囲に分布しています。検出技術の継続的な向上と小惑星に関するより詳細かつ体系的な研究により、太陽系の形成と進化、地球上の生命の起源などの研究にさらなる貢献が期待されます。

資源開発の幅広い展望

小惑星は鉱物資源が豊富で、宇宙採掘の重要なターゲットです。

小惑星は、そのスペクトル特性に応じて、C 型 (炭素質)、S 型 (岩石質)、X 型小惑星に分類されます。中でもC型小惑星は炭素、水素、酸素、窒素などの元素が豊富です。 S 型および X 型の小惑星の多くには大量の鉱物資源が含まれており、一部の小惑星は金属元素が非常に豊富です。

これまでに発見された最大のM型小惑星「プシケ」は、直径約250キロメートルで、約90％が鉄、ニッケル、輝石を主とする金属で構成されている。地球近傍小惑星3554は直径約2.5キロメートルで、20兆米ドル以上の価値があるプラチナや金属の鉱床が含まれていると推定されており、将来の人類の生存と発展にとって重要な資源となる可能性がある。

地球への小惑星の衝突によっても鉱物の堆積がもたらされています。カナダのサドベリー地域では、小天体の衝突により直径100キロメートルの衝突クレーターが形成され、その中には超大型の銅ニッケルおよび白金族元素の鉱山がある。メキシコのユカタン半島には、直径180キロメートルの衝突クレーターがあり、大きな銅鉱床が残されている。

さらに、小惑星は重力が小さく、資源の採掘が比較的容易で、軌道を簡単に変えることができます。人類の宇宙技術が継続的に進歩すれば、将来的には小惑星の鉱物資源を採掘して地球に送り返したり、より小さな小惑星を捕獲して低軌道や月周回軌道付近に送って開発・利用したり、あるいは現地で直接加工して宇宙活動に必要なエネルギーや資材を生産したりできるようになるでしょう。これにより、地球からの打ち上げの必要性が大幅に減り、コストとリスクが軽減されます。

小惑星資源の開発は、宇宙時代における大国にとって、戦略的資源を獲得し、新たな領域を拡大するための重要な手段となっている。また、地球・月経済圏や宇宙製造業などの宇宙経済産業チェーンの発展をリードし、極めて広い展望を持っています。

深宇宙探査試験場

小惑星探査は技術開発を推進する上で重要な役割を果たします。大きな天体と比較すると、小惑星は「微小重力と不確実性」という特徴を持っています。 「微小重力」とは、小惑星の表面の重力が極めて小さく、その周りを周回する軌道を確立することが難しいことを意味します。これを検出するには、高精度かつ信頼性の高い自律航法機能が必要です。探査機は小惑星の重力に引き寄せられて着陸することはできない。着陸を安定させるには、推進システムを正確に制御する必要があります。もう一つの理由は、脱出速度が低いため、探査機が小惑星の表面から容易に離陸できることです。

「微小重力」のため、小惑星の詳細な事前検出を行うことは困難です。距離が長いため、地球観測では小惑星の基本的な軌道パラメータと少量の情報しか得られず、大きさ、地形、運動特性、重力場などの物理的特性を把握することが困難です。これにより、理解に「不確実性」が生じ、探査機が小惑星にランデブーして着陸することがより困難になります。

そのため、小惑星探査は航空宇宙技術の発展を推進する上でかけがえのない役割を果たしています。これには、正確な軌道測定と制御、自律航法、低推力トランスファー軌道、弱重力天体の表面サンプリング、マルチモードの長寿命電気推進など、いくつかの新しいコア技術のブレークスルーが必要です。これらの技術の開発により、人類の深宇宙探査能力が向上します。

小惑星探査は、ミッション設計、打ち上げシステム、宇宙推進、宇宙測定および制御に高い要求が課される、非常に包括的な宇宙ミッションでもあります。地球近傍小惑星の多くは到達しやすく、検出の難易度が低く、コストも低いため、非常に優れた技術テストの場となります。米国、欧州、日本などの国々は、小惑星探査ミッションにおいて多数の新たな計画や技術をテストしてきました。

例えば、欧州宇宙機関は、彗星探査ミッションを通じて、複数惑星のてこ作用や彗星表面着陸などの技術を検証しました。 NASAは小惑星探査中に、太陽電気推進、自律航行、小型カメラによるスペクトル画像化などの技術を検証した。これらは将来の深宇宙探査のための重要な基盤を築き、人類の深宇宙への旅の事前リハーサルとなる。

地球の平和を守る

小天体が地球に衝突するのは避けられない出来事です。それは歴史上何度も地球上で環境災害や生物の絶滅を引き起こしてきました。それは人類が直面しなければならない大きな潜在的脅威です。

天文学では、地球からの最小距離が 0.3AU (1AU は太陽と地球の間の距離) 以内の小惑星を地球近傍小惑星と定義しています。これまでに2万個以上が発見されており、その一部は軌道が地球の軌道と交差しており、地球に衝突する可能性がある。地球からの最小距離が0.05AUで、直径が140メートルを超える小惑星は、地球に脅威を与える近傍小惑星と定義され、全体の10分の1を占めています。

さらに複雑なのは、小惑星が地球から一定の距離内に近づくと、地球の重力に捕らえられ、軌道が変わって地球に衝突する可能性があるということです。それらの軌道も、太陽系の他の大きな天体の重力の摂動により絶えず変化しています。そのため、地球に脅威を与える小惑星は一定ではなく、脅威のレベルは頻繁に変化します。

人類が直面している脅威は極めて深刻です。直径140メートル以上の小惑星は、中規模の国を滅ぼすほどの力で地球に衝突する可能性がある。地球上には約200個の隕石クレーターが確認されており、そのうち約4分の1は直径10キロメートル以上である。 6500万年前、恐竜の絶滅を引き起こした小惑星の衝突により、メキシコに直径150キロメートルのクレーターが残されました。

2013年、直径約17メートルの小惑星が大気圏に突入し、ロシアのチェリャビンスク地方上空90キロで爆発した。爆発の威力は広島に投下された原爆の13倍に相当した。この事件により1,600人以上が負傷し、1,000棟以上の家屋が被害を受けた。

2019年7月、直径57〜130メートルの小惑星が地球から72万キロメートルの距離を通過しました。もし軌道がさらに変化して地球に衝突していたら、広島型原爆の5,000倍の威力を持つ爆発を起こしていただろう。小惑星は太陽から地球に向かって飛んでおり、その影は強い太陽光によって隠されていました。科学者たちはその痕跡を前日に突然発見し、衝撃を受けて冷や汗をかいた。

したがって、地球近傍小惑星の監視、早期警戒、防衛は人類の生存と密接に関係しており、国際航空宇宙コミュニティが直面している主要な技術的課題の 1 つでもあります。地球の平和を守るためには、地球近傍小惑星の天空調査を実施し、あらゆる潜在的な脅威を発見する必要があります。脅威となる小惑星を継続的に監視し、リスクの変化を迅速に判断すること。小惑星の探査とサンプル採取活動を実施し、その物質組成と軌道メカニズムを研究し、最終的には潜在的な脅威を排除すること。

我が国は、地球近傍小惑星の衝突の脅威に対応するため、他国と協力する地球近傍小惑星防衛システムの設立を発表しました。これは、我が国が大国としての責務を果たし、大国としての責任を示す重要な措置であります。それは人類の生存と発展を守り、未来を共有するコミュニティを築くために避けられない選択でもあります。