17年前、彗星が「衝突」した。今年もまた、衝撃のドラマが生まれるだろう。地球を救う活動が進行中

まず一つ訂正させてください。いわゆる「砲撃」はメディアが使う形容詞です。正しい用語は衝突です。

命中した砲弾は「ディープインパクト」と呼ばれた。

2005年7月4日、北京時間13時52分、地球から1億3000万キロ離れた場所で彗星を「衝突」させるドラマが繰り広げられた。多くのネットユーザーはこのドラマについて知らないかもしれないが、科学界、特に天体物理学界では大きな反響を呼んだ。ご存知のとおり、人類が「戦争」を小惑星にまで広げたのはこれが初めてです。

対象となる小惑星は、長さ約14キロメートル、幅約5キロメートルの「スタンプ1」と呼ばれる彗星の核です。彗星に衝突した弾丸は「ディープ・インパクト」と呼ばれた。これはNASA（アメリカ航空宇宙局）が1999年に計画を開始した探査機で、5年以上の開発期間を経て、2005年1月13日に3億3000万ドルの費用をかけて打ち上げられました。

ディープインパクト宇宙船は5か月以上の追跡を経て、4億3000万キロを移動し「目標」に接近した。大量のデータを観測・撮影し送信した後、砲弾の10倍の速さとなる秒速10.2キロの相対速度で彗星の核に激突し、人類の「ファーストインパクト」という偉大な使命を果たした。

衝突は、探査機が7月4日にスタンプ1から50キロ離れた地点で放出した衝突装置によって行われた。衝突装置は銅とアルミニウムで作られており、質量は370キログラム、衝突エネルギーはTNT火薬4.7トンに相当した。全体のプロセスにはわずか 3.7 秒かかりました。

探査機は衝突によって生じた宇宙花火を楽しんだが、衝突によって発生した煙と塵で衝突地点が見えなかったため、衝突後の様子ははっきりと見えなかった。偶然にも、欧州宇宙機関が打ち上げた彗星探査機ロゼッタも衝突現場から8000万キロ離れた近くにいた。 1週間にわたる観測と撮影の後、衛星は第1神殿への衝突後の雲の変化に関する大量のデータを送信した。

天文学者たちはこれらのデータを研究し、衝突によって彗星の表面に半径約30メートルの大きな穴ができたと結論付けた。 5,000トン以上の塵が毎秒110〜300メートルの速度で原子核から放出された。約5,000トンの氷と約15トンのシアン化水素が氷の粒子の形で宇宙に放出され、太陽放射を受けて急速に昇華してガスになりました。

最終的にNASAは、彗星の核にサッカー場ほどの大きさで深さ30～50メートルの衝突クレーターが残ったと発表したが、この衝突によって彗星の速度は毎秒0.0001ミリメートルしか変化せず、彗星の今後の近日点距離は10メートル短縮されることになる。

その結果、この衝突試験は次のような成果を達成した。まず、人類は初めて彗星核の姿を目にし、その物質組成を分析した。これは、太陽系の誕生、地球上の水と生命の起源などについてのさらなる探究と理解に大いに役立った。第二に、探査機の遠隔無人制御技術は完璧で、数千マイル離れた場所で針に糸を通すような精密な衝撃は衝撃的であり、将来の人類のより徹底した宇宙探査のための貴重な経験を蓄積しました。

ご存知のとおり、少しでもずれると、衝突装置が目標を外し、数億ドルが無駄になることがあります。では、上記の結果とは別に、この衝突の根本的な目的は何でしょうか?主な目的は、小惑星の脅威に対処することです。この脅威により、地球上の種の 80% が絶滅したからです。科学者たちは小惑星を研究することでそれを避ける方法を見つけようとしてきた。

なぜ小惑星が地球に衝突すると大きな災害が起こるのでしょうか?

多くのネットユーザーは、小惑星の衝突は単なる宇宙ゴミの地球衝突、あるいは火山の噴火だと考え、その威力を常に過小評価しています。それがどうして人類にとって壊滅的な災害につながるのでしょうか?列車の衝突は小さな出来事に過ぎないが、わずか十数メートルか二十メートルの大きさの小惑星がどのようにしてツングースカ大爆発やチェリャビンスク地方ほどの巨大な威力を引き起こすことができたのだろうか？

これは速度とエネルギーの関係についての理解不足です。同じ質量の物体の場合、速度が速いほど衝撃エネルギーは大きくなり、速度が増加すると衝撃エネルギーは指数関数的に増加します。非常に簡単な例を挙げましょう。木の棒を頭に軽く触れた場合と、頭を素早く叩いた場合、結果は同じでしょうか?

では、小惑星はどのくらいの速さで地球に衝突するのでしょうか?太陽の周りを回る小惑星の軌道速度と脱出速度に基づく計算によると、その速度は通常 30 ～ 42 キロメートルの間になるはずです。地球に衝突するときの相対速度は、衝突する角度によって異なります。

小惑星が軌道の正面から地球に衝突した場合、その速度は小惑星自体の速度と地球の軌道速度を足したものとなり、少なくとも60～72キロメートルとなる。別の側や後ろから打つと、スピードは大きく変わります。

したがって、地球に衝突する小惑星の相対速度は変化します。過去に地球に衝突した小天体から判断すると、その速度は一般に秒速10～40キロメートルの間です。一部の専門家によれば、6,500年前に恐竜を絶滅させた小惑星の直径は約10キロメートル、衝突速度は秒速約30キロメートルだったという。ツングースカ大爆発を引き起こした小惑星の直径は約20メートル、衝突速度は秒速約20キロメートルであった。チェリャビンスク地域に衝突した小惑星は直径約17メートル、速度は秒速約19キロメートルだった。

これらの小惑星が岩石小惑星であると仮定すると、花崗岩の密度が 1 立方メートルあたり 2.7 トンであることから、球形体積の公式から、その質量はおよそ次のようになることがわかります。直径 10 キロメートルの小惑星の質量は 1.4 兆トン、直径 20 メートルの小惑星の質量は 11,310 トン、直径 17 メートルの小惑星の質量は 6,173 トンです。

もちろん、非常に小さな小惑星は完全な球形ではなく、ジャガイモのような不規則な形をしていることが多いため、ここでの計算は参考値です。

衝突エネルギーの式は E=1/2mv^2 です。ここで、E はエネルギー、m は衝突物体の質量、v は衝突速度を表します。この式に基づいて、これらの小惑星の衝突のエネルギーを簡単に計算してみましょう。

6500万年前、恐竜を含む約80％の種の絶滅を引き起こした小惑星の衝突エネルギーは、TNT火薬150兆トンの爆発エネルギーに相当しました。ある情報によると、科学者たちは衝撃エネルギーをTNT火薬換算で約120兆トンと計算しており、これは彼らの計算で使用された密度や速度の値が私のものとわずかに異なることを意味します。

ツングースカ大爆発を引き起こした小惑星の衝突エネルギーは、TNT火薬54万トンの爆発エネルギーに相当します。チェリャビンスク地域に衝突した小惑星のエネルギーは、TNT火薬266,000トンの爆発エネルギーに匹敵した。もちろん、これらの小惑星はすべて岩石であるとは限りません。氷の彗星もあるかもしれない。この場合、衝撃エネルギーは減少しますが、破壊力は依然として大きくなります。

多くの専門家は、ツングースカ大爆発はおそらく直径20メートル以上の彗星が爆発し、地面に到達する前に空中で蒸発したことによって引き起こされたと考えている。それでも、そのエネルギーはTNT火薬20万トン以上に相当し、空中爆発の衝撃波はさらに強力で、数千平方キロメートルの木々を破壊した。

チェリャビンスク地域に衝突した小惑星の実際の爆発エネルギーはTNT換算で45万トンに達し、これは広島型原爆30発が同時に爆発した威力に相当し、衝撃波は数千平方キロメートルに影響を及ぼし、7,000軒以上の家屋が損壊し、ガラスが割れ、1,500人が負傷したと一部の専門家は考えている。

これが、小惑星の衝突が壊滅的な被害をもたらす理由です。

小惑星衝突の確率と予防策/

太陽系の宇宙には無数の小惑星が飛んでいます。小惑星は非常に小さいので、遠くにあると見ることができません。そのため、ほとんど見ることができません。比較的近いものだけが発見できます。現在、確認されている小惑星は120万個以上あり、そのうち57%に公式に番号が付けられています。直径 4 キロメートルを超える小惑星は数百個、直径 1 キロメートルを超える小惑星は 2,000 個以上あります。

これらの小惑星のうち、人類にとって最も大きな脅威となるのは、地球の軌道と交差する軌道を持つ小惑星、つまり地球近傍小惑星です。こうした小惑星は25,000個以上発見されており、そのうち2,200個以上が地球に潜在的な脅威をもたらす可能性がある。大きさが1kmを超える地球近傍小惑星は500個以上あります。いずれか一つでも地球に衝突すれば、壊滅的な災害をもたらすでしょう。

これらの小惑星が地球に衝突する確率はどれくらいでしょうか?天文学者は科学的モデリングを通じて、次のようなデータを得ました。直径1kmを超える小惑星が地球に衝突する確率は10万年に1回です。直径10メートルの小天体が地球に衝突する確率は3,000年に1回です。

多くの科学者は、小惑星衝突のリスクは大幅に過小評価されていると考えています。実際、直径 10 メートルの小惑星が過去 100 年間に何度も発生したこともわかっています。 NASAが発表したセンサーが収集したデータによると、1988年以降、世界中で何千もの火球現象（小惑星の破片が大気圏に突入して燃える現象）が発生している。

直径1キロメートルを超える小惑星が地球に衝突したのは6500万年ぶりであり、今後、このような大型の小惑星に衝突される確率はますます高くなるだろう。科学界は、前世紀の初めから、小惑星の衝突の防止に大きな重要性を置き始めました。この問題を最初に提起したのはマサチューセッツ工科大学の教授たちで、彼らはこの問題を教室の学生たちに話題として提供した。

2008年、国連は小惑星の警告と監視を行う組織「United Space Explorers（宇宙探検家連合）」を設立しました。 2013年、小惑星災害に特に対処するために「国際小惑星警報チーム」が正式に設立されました。小規模なグループではありますが、世界中の科学者、天文台、宇宙機関で構成されており、動員できる力は莫大です。

しかし、何十年もの間、小惑星の衝突防止は監視レベルにとどまっており、時には小惑星の衝突を防ぐことが不可能なことさえあります。たとえば、2019 年 7 月 25 日には、後に 2019 OK と名付けられた小惑星が地球の近くを通過しました。それは地球を通過する1時間前まで発見されなかった。この小惑星の大きさは57メートル×130メートルです。もし地球に衝突したら、州全体が破壊されるでしょう!

そのため、監視を大幅に強化する必要があり、早期発見すればするほど予防効果は高まります。しかし、6,500年前に起こった壊滅的な影響を回避し、人類がより長く存続できるようにするにはどうすればいいのでしょうか?科学者たちは、運動エネルギーによる衝撃、重力による抵抗、核爆弾の爆発など、小惑星を軌道から逸らして地球への衝突を防ぐためのさまざまな方法を考案してきました。

残念ながら、この理論を地球上で検証することは不可能であり、それをテストするためには実際の小惑星を見つける必要があるため、これまでのところ実用的な方法は見つかっていない。科学界はたゆまぬ努力を続けており、NASA は今もその最前線に立っています。 17年前の彗星への「衝撃」実験は、単なる一つの試みに過ぎなかった。

今年9月、NASAは再び衝突ドラマを上演する。今回の衝突対象は「ディティムス」と呼ばれる連星系小惑星で、衝突用の「大砲」はすでに発射されている。

今年の小惑星衝突ドラマはどのように展開するか

このドラマは2021年にすでに始まっている。11月24日北京時間14時20分、「DART」と名付けられた宇宙船が米国のヴァンデンバーグ基地から無事に打ち上げられ、「ディティモス」と呼ばれる連星系小惑星系に向かって飛行した。宇宙船の大きさは1.8×1.9×2.6メートルで、打ち上げ時の質量は610キログラムです。

このミッションは「ダブル小惑星リダイレクトテスト」と呼ばれ、主役は「DART」宇宙船です。この宇宙船の唯一のミッションは、「ディティモス」に追いつき、その後、小さな小惑星に衝突し、一連のデータを取得するために自らを犠牲にすることです。これは、人間がより長く生きられるようにすることに特化したもう一つの AI です。人類の将来の殉教者の聖地には「DART」のための場所があるはずです。

「ディディモス」連星小惑星の主星はディディモスと呼ばれ、平均直径は約780メートル、自転周期は2.26時間です。副星はディモルフォスと呼ばれ、直径は約160メートル、主星の周りを11.9時間で回転します。二つの星は約1キロメートル離れています。この小惑星の軌道は近い将来に地球に脅威を与えることはないが、近地点がそれほど遠くないため、衝突試験には最適である。

「DART」のミッションは二次星に衝突することです。衝突時には、残存質量は550キログラム、速度は6.6キロメートル、衝突エネルギーはTNT火薬換算で5.7トンに達する可能性がある。この衝突は、人類史上、小惑星の軌道の偏向に挑戦する初の試みだと考えられている。科学者たちは、その衝撃はゴルフカートで岩だらけのフットボール場を打つようなものだと表現している。

この衝突により、小惑星の表面に10メートルのクレーターが形成され、軌道速度が約1％変化し、周期が約10分短縮され、連星小惑星の全体的な軌道が変化して「方向転換」が達成されると予想されています。 2005年の衝突により、彗星には半径30メートルのクレーターが形成された。それに比べて、今回の衝突では直径10メートルのクレーターしか形成されず、小惑星の密度が彗星よりもはるかに高いことが示された。

影響効果を観察し計算することで、多くの貴重なデータが得られます。これらのデータを分析することで、将来地球に接近する小惑星の軌道を逸らすためにどれだけの力が必要かを判断し、地球が災害を回避できるようになります。これは、現時点では小惑星衝突の脅威を解決する最も直接的かつ効果的な方法かもしれません。もしそれが成功すれば、人類にとって大きな祝福となるでしょう。

この計画は、10年前の2012年に初めて計画されました。当初はNASAとESAが協力して完成する予定でした。 NASA は衝突の責任を負い、ESA は検出と観測の責任を負います。ディディモス付近に探査機を送り、小惑星表面の物理的特性、地質学的構成、内部構造を調査し、衝突後の状況を観測して衝突前後のより正確な比較を行う予定だ。

しかし、財政難は言うまでもなく、その任務は極めて困難でした。ミッションの途中で、ESA は続行できなくなり、停止しました。しかし、ESAは後にこの計画を再び取り上げ、「Hera」と呼ばれるより小型の探査機を設計し、「Dithimos」を追跡してDART衝突の影響を評価するために2026年に打ち上げられる予定である。

衝突の過程と結果をよりよく観察するために、DART宇宙船は「LICIA」と呼ばれる小さな立方体の衛星を搭載しており、衝突の10日前に放出される予定です。この衛星はイタリアから提供されたもので、2台のカメラが搭載されています。その1つは「LEIA」と呼ばれる高解像度の白黒カメラで、衝突中の小惑星表面の高解像度の白黒画像を撮影することができ、科学者は衝突によって生じた噴煙や破片を観察し、分析することができる。もう1台のカメラは「LUKE」と呼ばれ、小惑星の地形をより鮮明にするカラースペクトル画像を撮影することができます。

現在、「ディティモス」は地球に向かって飛行しており、今年9月26日から10月1日の間に地球に最も接近し、その距離は地球から1100万キロ未満となる。 「DART」はそれと遭遇し、地球との自己犠牲的な衝突を完了する機会を選択します。 「LICIA」衛星は衝突の様子を地球に生中継する。電気信号が光速で伝わるには30秒以上かかります。さらに、地球の表面と宇宙に配置された望遠鏡も、この小惑星群を観測するために向けられる予定です。

この衝撃ドラマは全世界に向けて生中継される予定だと報じられている。私たちは、人間が作り出したこの宇宙の驚異を目撃できるほど幸運なのでしょうか?待って見てみましょう。これに興味のある友人は、9月26日から10月1日までの期間に視聴できます。見ますか？議論へようこそ。読んでいただきありがとうございます。

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