年末総括：2021年の中国の宇宙探査における大きな進歩

2021年の広大な星空を振り返ると、中華民族は最も眩しい輝きを放ちました。「天文」は火星に着陸し、「西河」は太陽を探査し、「銀河」は空を巡回し、「天宮」は風景を巡りました...

今年は、宇宙の情報を探る主要な科学プロジェクトも実りある成果を上げました。 「チャイナ・スカイ・アイ」は201個のパルサーを発見し、「ラッソ」は最高エネルギーの光子を観測して、国際天文学界を驚かせた。嫦娥5号は月の「土」という特質を持ち帰り、我が国の月の科学研究に新たな章を開きました...

中国は広大な星の海を探索するという野心的な旅に邁進している。

01

天宮の建設が本格化

我が国の有人宇宙飛行は「宇宙ステーション時代」に突入する

CCTVニュースビデオのスクリーンショット

宇宙ステーションは宇宙飛行士の「宇宙の家」であり、科学研究のための「宇宙実験室」です。

4月29日午前11時23分、海南省文昌宇宙発射センターで、高推力運搬ロケット「長征5号B」が中国の宇宙ステーションの中核モジュールを驚異的な勢いで宇宙に打ち上げることに成功し、我が国の有人宇宙計画はまさに宇宙ステーション時代の幕開けとなった。現時点では、中国の宇宙ステーションの軌道上での組み立てと建設は完全に開始されている。

中国宇宙ステーションは、中国が独自に建設し運営する有人宇宙ステーションです。低軌道上で長期間運用され、推進剤や消耗品の補給には貨物宇宙船に依存しています。軌道上の宇宙飛行士の長期にわたる生活と作業のニーズを満たすことができます。これは、今日の航空宇宙分野における最も包括的、複雑、高度かつ統合された科学技術の成果を表しています。

6月17日、神舟12号有人宇宙船に乗った宇宙飛行士の聶海生、劉伯明、唐紅波が相次いで天河コアモジュールに入り、中国人が初めて自国の宇宙ステーションに入った。 10月16日、神舟13号有人宇宙船は翟志剛、王亜平、葉光復の3名を無事に宇宙に送り、天河コアモジュールに入った後、6か月間の宇宙滞在を開始した。 11月7日、翟志剛さんと王亜平さんは天河コアモジュールノードモジュールからの脱出に成功し、王亜平さんは中国女性として船外活動の第一歩を踏み出した。 12月9日、神舟13号の宇宙飛行士乗組員は中国の宇宙ステーションで初めての宇宙授業を行った。

02

反銀河核構造は銀河円盤から生じたことがわかった。

ターミネーター構造の起源をめぐる論争

天文学者たちは、天の川銀河が従来考えられていたような滑らかで平らな円盤ではなく、波打つ星々の川であるということをすでに知っている。この理解は、天の川銀河の中心と反対方向にある下部構造の発見に由来していますが、これらの下部構造がどこから発生したかについては議論があります。

5月、中国の科学者らが天体物理学ジャーナルに発表した研究論文により、論争は終結した。中国科学院国立天文台、中国西師範大学などの研究者らは、郭守景望遠鏡（LAMOST）とガイア衛星のデータを活用し、反銀河中心方向と天の川銀河円盤に位置するいくつかの下部構造の「親子鑑定」を実施した。彼らは、天の川銀河の反銀河中心の下部構造は天の川銀河に吸収された矮小銀河の残骸ではなく、天の川銀河の外側の円盤の一部であることを発見した。

研究者たちは望遠鏡の観測データを使い、いっかくじゅう座リング、さんかく座-アンドロメダ銀河流、そして現在反銀河中心構造を構成する星の最大のサンプルであるA13構造から589個の星を探した。

研究者らは、構成星サンプルの化学元素含有量、運動特性、エネルギー角運動量分布を銀河系円盤と比較し、これらの構成星が銀河系円盤と同様のほぼ円運動軌道を持ち、その金属含有量が銀河系円盤の厚い円盤星のものと似ていることを発見した。これらはすべて、サブ構造メンバーの星が銀河系円盤の厚い円盤から来ている可能性があることを証明しています。

しかし、さらに検証を進めると、これらのサブ構造メンバー星のアルファ元素の存在量は、厚い円盤のそれよりも大幅に低いことが判明しました。この点について、中国西師範大学物理・宇宙科学学院の李静准教授は、天の川銀河の外側の円盤にはまだ冷たいガスが多く残っているため、外側の円盤の分子雲の密度は内側の円盤に比べて低く、化学元素の金属含有量は十分に増加していないと説明した。

天文学者は、運動特性と化学的 DNA 識別に基づいて、これらのサブ構造メンバーの星は、アルファ元素の豊富さが低く、金属の少ない外殻星に属するはずだと推測しています。 「これは、これらの反銀河核の下部構造が銀河円盤から発生したことを意味する」と中国科学院国立天文台の研究者、薛祥祥氏は語った。

03

天問1号が火星に着陸

火星の起源と進化の手がかりを探る

新華社通信は国家宇宙局提供の写真を公開した。

広大な星空を横切り、297日間の旅を経て、2021年5月15日午前7時18分、火星探査機「天問1号」は、火星ユートピア平原南部の事前に選定された着陸地点に無事着陸し、わずか9分で時速2万キロ以上からゼロまで減速した。我が国の火星探査ミッションの火星への着陸は完全な成功でした。

5月22日午前10時40分、珠容火星探査車は無事に着陸プラットフォームを離れ、火星の表面に到達し、巡回と探査を開始した。中国は火星に探査車を着陸させることに成功した世界で2番目の国となった。

中国初の火星探査ミッションの主任設計者である張栄橋氏は、「天問1号」ミッションは中国の惑星探査における第一歩であると紹介した。この探査機は「火星の周回、着陸、巡回を1回のミッションで行う」という定められたミッション目標を無事達成し、中国の宇宙科学、特に惑星科学研究の発展を大きく促進するだろう。現在、「天問1号」は軌道上で良好な運用状態にあり、搭載されている13個の科学ペイロードすべてが科学探査活動を実行するために起動しており、科学者に豊富で高品質の科学探査データを提供している。具体的には、火星の地形、表面物質の構成、地下構造、磁場、気象、宇宙環境など、火星に関する多要素の科学データを直接取得することができます。 「珠龍」は、火星の起源と進化の謎を解く手がかりを求めて、ユートピア平原南部の太古の海と陸の境界だったとみられる地域に向けて航行を続けている。

特筆すべきは、天問1号が火星に向かう途中で、地球と月の写真や「深宇宙セルフィー」飛行画像を撮影し、火星の最初の画像を送信したことだ。火星表面に到着した後、天問1号の最初の一連の科学画像が6月11日に公開され、我が国の初の火星探査ミッションの完全な成功を示しました。

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ラッソがこれまでで最もエネルギーの高い光子を発見

銀河の粒子加速に関する従来の理解を打ち破る

高高度宇宙線観測所「ラソ」。画像提供：中国科学院高エネルギー物理研究所

大規模科学プロジェクトである高高度宇宙線観測所「LHAASO」は、四川省稲城市の平均標高4,410メートルの海子山に位置している。世界最大の高高度宇宙線観測装置です。完成まで4年かかり、10月24日に完成し、正式に科学的な運用段階に入った。

同時に建設・運用されていた「ラソ」は、天の川銀河で1.4ペタ電子ボルトものエネルギーを持つ光子を発見した。これは人類がこれまでに観測した中で最もエネルギーの高い光子です。これは銀河の粒子加速に関する従来の理解を打ち破り、超高エネルギーガンマ天文学の新しい時代を切り開きます。 5月17日、関連する成果論文がネイチャー誌オンライン版に掲載されました。

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FASTが201個の新しいパルサーを発見

「中国の天空の目」は最も強力なパルサー探索ツールとなる

世界最大の単一口径電波望遠鏡、500メートル口径球面電波望遠鏡（FAST）が2016年9月25日に完成し、運用を開始した。撮影：新華社通信記者、欧東局

パルサーは、巨大な恒星が死んだ後の「残骸」です。 1.4 ミリ秒から 23 秒の周期を持つ非常に周期的なパルスを放射できます。 「ミリ秒パルサー」と呼ばれる短周期パルサーは、地球上で最も優れた原子時計に匹敵します。そのため、パルサーは、大規模な国際電波望遠鏡による観測の主要な科学的ターゲットの 1 つとなっています。

2021年4月現在、中国の科学者は、500メートル口径球面電波望遠鏡（FAST）による天空の調査を通じて、最も暗いパルサーのグループ、天の川の現在の電子分布モデルに挑戦する大分散パルサー、40ミリ秒パルサー、16のパルサー連星、モード変化パルサーとヌルリングパルサーのグループ、および無線過渡現象など、201個の新しいパルサーを発見しました。当該研究成果は5月20日付けの天文学・天体物理学研究誌の表紙記事として発表された。

FAST は「China Sky Eye」として知られており、19 ビームの L バンド受信機を搭載しています。これは世界で最も強力なパルサー探索ツールです。

「これらのパルサーのその後のタイミング観測は、遠方の銀河からの低周波重力波を検出するために使用でき、またパルサーの時間と空間のベンチマークを確立するためにも使用できます。これらのパルサーのいくつかは、重力理論をテストするための優れたツールになります」と中国科学院国立天文台の研究者ハン・ジンリン氏は語った。

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嫦娥5号の月のサンプル配布

月と惑星の進化の謎を解明すると期待されている

写真提供：新華社記者ジン・リーワン

月の土1グラムをよく観察すると、銀河の長さを数万年単位で測定することができます。月の土壌は、隕石や微小隕石の衝突、太陽風、宇宙線放射などの長期にわたる宇宙風化作用によって月の表面にある月の岩石によって形成されます。月の土壌は、月面自体の物質組成を反映するだけでなく、太陽風と月面の相互作用の歴史や異物の集積に関する情報を記録する重要な媒体でもあります。

7月12日、嫦娥5号ミッションの月科学研究サンプル第1弾の配布式が開催された。 13の科学研究機関からの31件の申請が承認され、合計17.4764グラムのサンプルが配布され、月サンプルの科学研究が正式に開始されました。 10月20日、配布される第2回月の科学研究サンプルのリストが発表され、配布されたサンプルの総量は17.936グラムとなった。

研究者たちは月の土壌を使って月面のプロセス、火山活動の年代、月の進化のプロセスを研究し、月と惑星の進化、惑星の居住可能性に関する新たな知見を得ることを期待しています。

嫦娥5号の月のサンプルからはすぐに最初の一連の科学研究成果が得られた。 10月19日、中国科学院地質地球物理研究所、国立天文台などの研究チームは、嫦娥5号の月のサンプルが新しいタイプの月の海の玄武岩であることを発見した。月面上の「最も若い」玄武岩は20億年前のものである。この地域の後期マグマ活動の源泉には放射性元素がほとんど含まれておらず、月のマントル源泉には水がほとんど存在しません。

12月13日、中国科学院紫金山天文台と南京地質古生物学研究所は、月のサンプルに極めて高いイルメナイト含有量があり、チタン含有量の高い玄武岩であることを発見した。これまでにも国内の他の研究チームが月のサンプルから低チタンおよび中チタンの玄武岩を発見していた。研究者たちは、嫦娥5号の月面着陸地域では複数回の火山噴火が起こった可能性があると推測している。

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弾道再使用型ロケットの初飛行が成功

私の国は宇宙大国から宇宙大国へと移行しています

地球と空を往復する再利用可能な宇宙輸送技術の開発は、我が国が宇宙大国から宇宙強国へと進歩する重要な象徴です。弾道再使用型宇宙輸送機は、リフト型ロケット推進再使用型宇宙輸送システムのサブステージとして機能することができ、航空宇宙技術の高度に統合された形態です。

7月16日、中国第一航空宇宙科学技術研究所が開発した弾道再使用型実証検証プロジェクトロケットが酒泉衛星発射センターで点火され、予定通り打ち上げられた。予定通りの飛行を終え、無事にアルシャー右旗空港に着陸した。初飛行ミッションは完全に成功しました。

中国航空宇宙科学工業公司第二研究院の楊雨光研究員は、弾道遠地点の最低高度は80～100キロで、理論的には地球の重力の限界である150万キロに到達できると述べた。より長い射程距離を持つ弾道ミサイルの受動軌道は弾道軌道と呼ばれます。弾道飛行は、観測ロケットや宇宙旅行にも広く利用されています。

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青海省冷湖市に世界クラスの天文台が発見された

それは我が国にとって極めて貴重な戦略的希少資源となるだろう

光学/赤外線観測サイトは、極めて貴重な戦略的資源であり、希少な資源です。現在、国際的に認められている最高の場所は、チリの北部山岳地帯、米国ハワイのマウナカヤ峰、南極大陸の内陸の氷ドーム地域だけです。

8月18日、『ネイチャー』誌は我が国の天文台の設置場所選定における大きな科学的進歩を発表しました。中国科学院国立天文台の鄧麗才氏の研究チームは、3年間にわたる継続的な観測の結果、青海省冷湖地点の光学観測条件が青海・チベット高原の他の地点選定よりも優れており、国際的に認められた最高の観測地点に匹敵することを発見した。

冷湖地域は日照量が豊富で降水量が非常に少なく、夜は晴れており、歴史的記録に残る気象条件は非常に良好です。鄧麗才の研究チームは、冷湖県賽石騰山地域での現地調査を通じて、遺跡が山岳地帯（賽石騰C地区）の標高4,200メートルに位置することを突き止めた。 2018年以来、彼らはその地域の晴天夜の数、晴天夜の背景の明るさ、天候の継続的な監視を3年間正式に実施してきました。 2020年末までに、賽石藤山の光学・赤外線観測状況に関する決定的なデータを入手した。

鄧立才氏は、冷湖遺跡の科学的利益を最大限に高めるためには、光、ほこり、振動などの要因が遺跡の資源に影響を与えないように、できるだけ早く保護する必要があると述べた。また、国際的にトップクラスの観測施設を誘致し、国際的な光天文学研究の重要な拠点としていくことも必要です。

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Xiheの立ち上げ

私の国は太陽探査において全く進歩を遂げていない

太陽探査科学技術実験衛星「西和」。写真はLei Chunmingによるもの。画像提供: アメリカ宇宙局

太陽は地球に最も近い星であり、地球の進化と人類文明の発展にとって非常に重要な意味を持っています。 10月14日、我が国初の太陽探査科学技術実験衛星「西和」が無事に打ち上げられました。我が国は正式に「太陽探査」の時代に入り、太陽探査において画期的な進歩を遂げました。

「西和」の正式名称は、太陽Hαスペクトル検出およびデュアルスーパープラットフォーム科学技術実験衛星です。重量は508キログラムで、設計寿命は3年です。高度517キロメートルの太陽同期軌道上で運用され、24時間連続して太陽を観測できる。その主な科学的搭載物は太陽宇宙望遠鏡です。

打ち上げロケットから衛星プラットフォーム、そして科学搭載物に至るまで、西和は数多くの初の成果を生み出してきた。例えば、太陽Hα帯のスペクトル画像による宇宙探査を世界で初めて実施した。 「動静分離非接触」という新たな全体設計方式を初めて採用。 「積載キャビンのアクティブ制御とプラットフォームキャビンのパッシブ制御」という新しい方式を初めて提案。高出力、高信頼性、高効率の無線エネルギー伝送技術を衛星に応用するのは初めてです。

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天の川探査の第2フェーズが開始される

より広い範囲にわたる分子ガス分布データを提供する

天体観測は人類が宇宙の情報を探究するための基本的な手段です。これは、空のスキャン可能な領域をブロックごとに無差別にスキャンし、空の網羅的な「国勢調査」を実施して未知の天体を発見する体系的な観測方法です。

「銀河パノラマ」天体観測プロジェクトは、青海省デリンハにある13.7メートルミリ波電波望遠鏡を使用して天文観測を行う、わが国唯一のミリ波天体観測プロジェクトです。今年11月には、10年間にわたる「銀河パノラマ」調査の第2フェーズが開始され、調査エリアが銀河面付近の銀河緯度プラスマイナス10度の範囲に拡大され、多帯域天文学研究のためのより広範囲の分子ガス分布データが提供されることになります。

「銀河パノラマ」天空調査プロジェクトの第1フェーズは、2011年11月から2021年4月末までの10年間にわたって実施され、銀河緯度プラスマイナス5度の範囲内で2,400平方度の検出範囲を完了し、ミリ波分子スペクトル線データベースを構築しました。

中国科学院紫金山天文台の研究員で「銀河パノラマ」調査プロジェクトの主任ディレクターを務める楊季氏は、第一期プロジェクトであれ第二期プロジェクトであれ、「一酸化炭素分子スペクトル線」は「銀河パノラマ」プロジェクトの観測中核であり、科学者が分子ガスの温度や密度などの特性を明らかにするのに役立つと指摘した。

現在、我が国には影響力のある天文調査プロジェクトが数多くあります。 「銀河絵巻」計画のほか、LAMOSTによるスペクトルサーベイやFASTによるパルサーサーベイも計画されている。

◎科技日報記者 唐芳

出典：科技日報

編集者：王宇

レビュー: ジュリー

最終レビュー：劉海英