中国は地球に「保護の傘」を提供するため、地球近傍小惑星防衛システムを構築する予定

最近、我が国は、地球近傍小惑星の潜在的な脅威に対処するために、地球近傍小惑星防衛システムを構築すると発表しました。地球近傍小惑星は地球にどのような脅威をもたらすのでしょうか?どう対処すればいいのでしょうか？

執筆者：ドゥアン・ラン記者（インターンシップ） グラフィック編集者：チェン・ヨンジエ

ニューメディア編集者/李雲鋒

インタビュー専門家:

趙海斌（中国科学院紫金山天文台主任研究員）

焦 衛新（北京大学地球宇宙科学学院教授）

4月24日、中国国家宇宙局の呉延華副局長は初めて対外的に次のように明らかにした。「我が国は地球近傍小惑星の衝突の脅威に対応し、地球と人類の安全を守るために中国の力に貢献するため、地球近傍小惑星防衛システムの構築に着手します。」我が国のこの新たな宇宙プロジェクトは、直ちに学界や宇宙愛好家から幅広い注目を集めました。では、地球近傍小惑星は人類にどのような脅威をもたらすのでしょうか?人間はどう反応すべきでしょうか？

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地球近傍小惑星：危険な招かれざる客

2013年2月15日午前9時15分、ロシア西部の小さな町チェリャビンスクの住民は、鋭い爆発音を伴い、非常に速い速度で空を横切る複数のまばゆいばかりの光の物体が空に現れるのを目撃した。最終的に、これらの未確認物体は炎を上げて地面に墜落し、巨大な衝撃波を引き起こしました。市内の多くの建物のガラスが割れた。衝突による衝撃波で計1,491人が負傷した。科学者たちは後に、この事件が地球近傍小惑星の「傑作」であったことを確認した。

▲2013年、直径わずか20メートルほどの隕石がチェリャビンスク上空を通過した

私たちの太陽系には、地球、火星、木星などの主要な惑星に加えて、多数の活動的な小惑星も存在します。これらは大きさも質量も普通の惑星よりはるかに小さいが、その複雑で奇妙な軌道と小さいサイズのために、異なる惑星の軌道の間をさまよい、太陽系の「危険な要素」となる。 1994年、シューメーカー・レヴィ第9彗星が木星に衝突し、木星の表面に地球よりも大きな傷跡を残した。もしそれが低軌道に入り、地球に直接衝突していたら、結果は悲惨なものになっていただろう。

では、地球近傍小惑星とはいったい何なのでしょうか?どのような地球近傍小惑星が地球に脅威を与えるのでしょうか?中国科学院紫金山天文台の地球近傍天体検出および太陽系天体研究主任研究員である趙海斌氏は、「太陽系には2つの小天体帯があり、1つは火星と木星の間にある主小惑星帯で、もう1つは海王星の向こうにあるカイパーベルトです。周囲の惑星の重力やその他の力の影響を受けて、小天体帯のターゲットは本来の軌道から外れ、そのうちのいくつかは地球に接近します。私たちは通常、これらの小惑星を地球近傍小惑星と呼んでいます。」と語った。

▲カイパーベルト（画像提供：NASA）

地球近傍小惑星は、太陽から 1.3 天文単位以内に接近できる小惑星として定義されます (1 天文単位はもともと地球と太陽の平均距離として定義されていましたが、後に計算の便宜上、学術界によって約 1 億 5000 万キロメートルに固定され、AU と略されます)。地球近傍小惑星は、軌道によって大まかに4つのカテゴリーに分類できます。人類が初めて発見した小惑星「エロス」などのアモール、このタイプに属するアポロ、アテン、アティラ（「内部地球」小惑星とも呼ばれる）です。 「その中でも、アポロ型とアテン型には特に注意する必要がある。この2つのタイプの軌道は地球の軌道と交差しており、両方が同時に交差点に到達した場合、衝突の可能性がある」と趙海斌氏は記者団に語った。

もちろん、地球近傍小惑星のすべてが地球に脅威を与える可能性があるわけではない。趙海斌氏は記者団に対し、地球近傍小惑星の下に「地球に潜在的脅威をもたらす小惑星」（略してPHA）というサブセットがあると説明した。簡単に言えば、直径が 140 メートルを超え、地球からの軌道距離が 750 万キロメートル未満の小惑星は PHA に分類されます。

北京大学地球宇宙科学学院の焦維新教授は「このタイプの小惑星は直径140メートル以上で、地球に衝突するといくつかのクレーターを残すだけではなく、地域的な災害を引き起こすだろう」と指摘した。惑星衝突が大規模な生態学的災害を引き起こす可能性は非常に低いが、ひとたびそれが起こった場合、その結果は地球全体の生態系、さらには人類の文明にとって耐えられないほど重大となるだろう。直径140メートル未満の小惑星も、地球に衝突すると、ある種の二次災害を引き起こすでしょう。この大きさの小惑星が地球に衝突する可能性は比較的高い。前述の2013年のチェリャビンスク衝突の原因は、直径15メートル未満の地球近傍小惑星でした。地球の表層環境に大きな影響は与えなかったものの、地元では一定の死傷者や財産損失も発生しました。 21 世紀初頭以降、同様の規模の衝突イベントが 12 件以上発生しています。このような衝突が人口密集地域で発生した場合、潜在的な被害は計り知れないものとなるでしょう。

さらに、宇宙にあるこれらの小さな粒子や破片は、大気圏で美しい燃える跡を残すだけだが、低軌道上の人工宇宙船にとっては致命的な存在となる可能性もある。したがって、いつでも侵入する可能性のあるこれらの招かれざる客に対処するために、完全な地球近傍小惑星警報防衛システムを確立することが特に必要です。

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観測と監視：地上から宇宙まで

地球近傍小惑星が地球に及ぼす可能性のある脅威に直面して、人類は効果的な防衛手段を講じなければなりません。これらの対策の主な前提条件は、観測を通じてこれらの招かれざる客の特徴、軌道、および衝突の可能性のある時刻を発見して特定し、継続的な監視とカタログ作成の基礎を提供することです。現在でも、人間による小惑星の探査と監視は、主に地上の大型光学望遠鏡によって行われています。この分野では、世界トップクラスの地中探知機器を持つ米国が間違いなくトップだ。アメリカ航空宇宙局 (NASA) は、1998 年にはすでに地球近傍天体プログラム オフィスを設立し、口径 0.5 メートルから 1.5 メートルの光学望遠鏡 3 台を備えたアリゾナ大学のカタリナ スカイ サーベイ (CSS) など、数多くの地球近傍小惑星地上観測プロジェクトを担当してきました。これまでに発見された地球近傍小惑星は13,384個に上り、世界第1位となっている。ニューメキシコ州のリンカーン地球近傍小惑星探査（LINEAR）ミッションは、口径が 0.5 メートルから 1 メートルの 3 つの光学望遠鏡で構成されています。ハワイにあるパノラマ調査望遠鏡および迅速対応システム (Pan-STARRS プロジェクトとしても知られる) には現在 1.8 メートルの広視野望遠鏡が 2 台あり、同じくハワイにある小惑星ターミナル警報システム (ATLAS) には 0.5 メートルの光学望遠鏡が 2 台あります。さらに、NASAのジェット推進研究所も地球近傍小惑星の探知と早期警戒活動に加わり、「地球近傍小惑星追跡」（NEAT）や「センチネルシステム」といった、地球近傍小惑星を具体的に探査し、脅威となる可能性のある「危険要素」をカタログ化してリスク評価を行うプロジェクトを相次いで立ち上げている。

▲カタリナ・スカイサーベイ計画の一部である米国のマウント・レモン天文台1号（写真提供：アリゾナ大学月惑星研究所）

もちろん、地上からの観測方法だけに頼るのは決して十分ではありません。地球の大気と地表背景は、しばしば地表検出に重大な干渉を引き起こします。例えば、チェリャビンスク衝突を引き起こした小惑星は、太陽の方向から地球に接近しており、地上観測所の死角にあったため検出されませんでした。人類が地上環境の束縛から解放され、自らの耳と目を宇宙に直接展開する必要があることがわかります。

宇宙観測・早期警戒システムの構築に関しては、2009年に早くも「宇宙広域赤外線探査衛星」（NEOWISE）を打ち上げており、米国は依然としてトップを走っています。宇宙機器による観測は、深さと幅の両方において地上の天空調査をはるかに上回っていることが判明しています。 NEOWISE はミッション開始から 2 年間で、数百の地球近傍小惑星を発見しました。

▲マウントレモン天文台1号、米国（写真提供：アリゾナ大学月惑星研究所）

趙海斌氏は「地球近傍小惑星のうち、98％以上は米国によって発見された。米国はより充実した施設とより多くの望遠鏡を持っているため、比較的大きな貢献を果たした」と紹介した。しかし彼は、他の国々も関連作業を進めていると指摘した。特に宇宙観測の分野では、他国の成果も同様に目覚ましいものがあります。たとえば、カナダは2013年に地球近傍天体監視超小型衛星（NEWOSSat）を打ち上げました。これは特に地球近傍小惑星や宇宙ゴミを監視するために使用されます。日本はさらに一歩進んで、2003年に探査機「はやぶさ」を打ち上げ、地球近傍小惑星「イトカワ」に直接着陸し、サンプルを採取して地球に送り返しました。地球近傍小惑星のこれほど詳細な調査が行われたのは人類史上初めてのことでした。

▲日本の探査機「はやぶさ」（画像提供：NASA）

各国が目覚ましい成果を上げているにもかかわらず、今日に至るまで、地球近傍小惑星に対する人類の理解は依然として非常に限られています。焦維新氏は「人類の技術は急速に発展しているが、未発見の地球近傍小惑星はまだ相当数ある。理論的な推論によれば、人類が発見したのは直径約100メートルの地球近傍小惑星全体の20～30％に過ぎず、100メートルを超えるものでも半分以下しか発見されていない」と述べた。

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深宇宙防衛：地球を守る

現在、地球近傍小惑星の衝突の可能性に直面して、人類は受動的な防御策、つまり地上の民間防衛プロジェクトの建設に頼って小惑星の衝突による被害を最小限に抑えることしかできません。しかし、このような方法では二次災害の発生を完全に防ぐことはできないのは明らかです。小惑星が地球に衝突する前にその動きに影響を与え、衝突を防ぐ方がよい選択肢ではないでしょうか?

▲ DARTプロジェクトの二重小惑星衝突ミッションの概略図（図面/蘭城）

宇宙空間における地球近傍小惑星に対する積極的防御の実施が大きな課題となっている。現在計画・構想されている計画は3つのタイプに分けられます。1つは運動エネルギーを利用して小惑星の軌道を変えるというものです。この単純かつ大雑把な方法は最初に提案され、これまで実行された唯一の方法です。現在、実際に実行されているのは、米国の深宇宙衝突計画と二重小惑星リダイレクトテスト（DART）計画だけです。前者は2005年に彗星の核への衝突に成功しており、後者は今年9月に連星系小惑星系に到着し、小さいほうの小惑星への衝突実験を行う予定である。他の 2 つの選択肢は、「長期的な力を利用して小惑星の軌道を変える」（スペースタグや重力タグを使用して軌道を変えるなど）と「核爆発」ですが、どちらも現在の人類の航空宇宙技術のレベルを超えています。趙海斌氏は「運動エネルギー衝突オプションを除いて、他のオプションについては実質的なミッション計画はない」と述べた。

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小惑星保護：中国が行動を起こす

中国科学院紫金山天文台は1950年代初頭から地球近傍小惑星の観測を開始し、中国における地球近傍小惑星の研究の先駆けとなった。 1995年、中国科学院は、シュミット望遠鏡を主な検出装置として使用した、国立天文台シュミットCCD小惑星調査プログラム（略してSCAPプログラム）と呼ばれる探査プロジェクトに資金を提供しました。 SCAP プロジェクトは、プロジェクト開始から 5 年間で、彗星 1 個と小惑星 2,460 個を発見し、地球近傍小惑星 5 個を含む 43,000 個以上の既知の小惑星の詳細な観測を実施しました。そのうち 2 個は、潜在的に脅威となる小惑星であることが確認されています。 21世紀初頭から、中国科学院紫金山天文台の地球近傍天体望遠鏡が運用を開始しました。我が国専用のこの地球近傍天体探知装置は、30 個の新しい地球近傍小惑星を発見し、我が国の国際リストへの登録に大きく貢献しました。

▲紫山​​天文台の地球近傍天体望遠鏡の観測ドーム（写真提供：紫山天文台）

しかし、全体としては、地球近傍小惑星探査の分野において、我が国と国際的な先進レベルとの間には依然として大きな隔たりがあります。趙海斌氏は記者団に対し、「わが国がこれまでに発見した地球近傍小惑星は30個余りに過ぎない。一方、世界で発見された地球近傍小惑星の総数は約2万8000個である。発見数から判断すると、わが国が占める割合は高くない」と語った。

▲紫山​​天文台地球近傍天体望遠鏡（写真提供：紫山天文台）

しかし、我が国の航空宇宙技術は近年画期的な進歩を続けており、我が国の航空宇宙関係者は地球近傍小惑星の探査と防衛の分野でより大きな貢献を果たすことになるでしょう。今後構築が計画されている地球近傍小惑星の監視、早期警戒、防衛システムは、まさにこの分野における我が国の成果を新たなものにするものである。もちろん、このプロジェクトの実際的な意義は国境を越えます。趙海斌氏は、地球近傍小惑星の地球への衝突を防ぐこと自体が、人類共通の未来を持つコミュニティの観点から検討する必要がある問題であると考えている。同氏はこの野心的な計画について記者団にこう語った。「もしそれが比較的大きな衝撃であれば、世界的あるいは地域的な災害を引き起こすだろう。急速に進歩する宇宙研究能力を持ち、責任ある大国として、中国は我々の共通の家を守るためにそのような能力を持つ必要がある。」

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |北京科学技術メディア

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