有人探査機を乗せた最初の彗星が地球に飛来：次の探査機は200年かかる

2021年11月12日、有人探査機を乗せた彗星が地球の近くを通過し、最接近距離は約6,300万キロメートル（または0.418AU、AU：天文単位、1AUは約1億5,000万キロメートル）となる。

2021年10月3日に撮影された67P彗星 |画像出典: ロランド・リグストリ

これは周期彗星で、正式名称はチュリュモフ・ゲラシメンコ、愛称は67P、探査機は「フィラエ」と呼ばれています（よく見てください、「ネギ」ではありません！）。欧州宇宙機関（ESA）が2004年に打ち上げた彗星探査プログラム「ロゼッタ」に搭載された着陸機です。

ちょうど7年前の2014年11月12日、フィラエは67P彗星の表面に着陸することに成功し、彗星に着陸した史上初の宇宙船となりました。ロゼッタは2年間67P彗星を周回した後、2016年9月30日に彗星の氷の表面に着陸し、12年半に及ぶ科学探査ミッションを終えた。

ロゼッタ彗星探査機とフィラエ彗星着陸機の概略図 |出典: ESA

この地球との「接近遭遇」は、今世紀と次の世紀において67Pが地球に最も近づくことになる。次に地球に接近するのは193年後の2214年となる。

67P彗星の過去と現在

67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星は、1969年にソビエトの天文学者チュリュモフとゲラシメンコによって初めて発見され、彼らの名前にちなんで命名されました。 67P の遠日点距離は 5.68 AU、公転周期は 6.45 年、公転傾斜角は 7.04 度、自転周期は 12.4 時間、質量は約 10¹³ kg、平均密度は 0.4 g/cm³ です。典型的な木星族の彗星です。

木星族彗星とは、公転周期が20年未満、遠日点が木星の軌道に近く、軌道傾斜角が30度以下の彗星を指します。木星族の彗星は、一般的に海王星の軌道の外側にあるカイパーベルトから発生すると考えられています。カイパーベルトの天体は、太陽系の外惑星の重力の影響を受けて太陽系の内側に放出され、木星族の彗星になることがあります。

太陽と木星の重力の影響により、67Pの近日点は変化し続けます。 1840 年以前、67P の近日点距離は 4 AU でしたが、1840 年には 3 AU になりました。 1959年2月、木星との接近により67Pの近日点が1.29AUまで内側に移動しました。最新の近日点通過は2021年11月3日に発生し、近日点距離は1.21 AUでした。そして、次に近日点が大きく変化するのは2220年11月で、このとき67Pは木星から0.12 AUの距離を通過し、近日点距離は0.8 AUになります。

2021年11月12日に地球に最も近づくときの67Pの軌道位置 |画像クレジット: Greg Smye-Rumsby

ロゼッタの主な科学的発見

表面特性

ロゼッタが撮影した彗星の画像によると、67Pの核には2つの明瞭な葉状構造があり、平均直径は4.2キロメートル、最長と最幅の寸法はそれぞれ約4.3キロメートル×4.1キロメートルである。

彗星67Pの核 |画像提供: ESA/ロゼッタ/NAVCAM

彗星 67P の表面は、崖、岩、亀裂、穴、砂丘、尾根などがあり、荒れています。フィラエが着陸前に降下中に撮影された画像から判断すると、彗星の表面は数ミリメートルから数メートルの大きさのレゴリスと砂利で覆われている。彗星の表面の厚さは10〜20センチメートルと推定されている。

彗星 67P の核の地形区分 |画像出典: Thomas et al. （記事[7]）

０化学成分

ロゼッタによる科学的検出により、67P彗星は水の氷、塵、岩石の非常に緩やかな組み合わせであることが判明しました。放出されるガスの主成分は、アンモニア、メタン、硫化水素、シアン化水素、ホルムアルデヒドであり、その臭いは腐った卵、馬の尿、アルコール、苦いアーモンドの混合物のようなものです。

重水素含有量は、太陽系の形成と初期の進化を調べる上で重要な指標です。 67P の水蒸気の組成は地球とは非常に異なり、重水素と水素の比率は地球の海の 3 倍です。これは少なくとも、地球の水が 67P のような彗星から来た可能性は低いことを示唆しています。

67P周辺のガス中に大量の自由分子酸素（O₂）が発見されましたが、これは彗星のコマでO₂が検出された初めてのケースです。その起源については、彗星の形成初期に含まれていたとする説と、水分子が彗星表面のケイ酸塩やその他の酸素含有物質と衝突して生成されたとする説がある。

フィラエは67P上で16種の有機化合物も検出したが、そのうちアセトアミド、アセトン、メチルイソシアネート、プロピオンアルデヒドの4種は彗星上で初めて発見された。

〇活動内容

木星族の彗星である 67P の活動は主に水氷の昇華によって引き起こされます。理論的には、活動領域が均一に分布している彗星の場合、近日点に向かうにつれて水氷の生成率は徐々に増加します。しかし、ロゼッタは、67P彗星の核の表面の活動領域が不均一であり、近日点通過前の数か月間に水の生成率が急激に増加することを発見しました。主な理由としては、67Pが近日点を通過した時、彗星核の南半球は夏だったため、熱が彗星核の奥深くまで浸透し、活動領域が拡大したことが考えられる。

ロゼッタは67Pのコマ内部のジェットなどの核近傍構造も発見した。これらのジェットは、原子核の表面上の特定の領域に関連しています。昼側のジェットだけでなく、夜側のジェットもあります。しかし、67Pの核の形状が極めて不規則であるため、ジェットの発生源は未だ不明です。

67P彗星の核近くのジェット |画像出典: ESA

○形成メカニズム

67P は特徴的な二葉構造をしています。天文学者たちは、約45億年前、太陽系形成の初期段階で、このような二重葉の彗星が氷の破片のゆっくりとした衝突で形成されたと考えています。これらは、接触連星として知られる、2つの小さな天体の低速衝突の結果でした。

67P彗星は肉眼で見ることができますか？

67Pは現在、地球に比較的近く、最も明るい時期にあり、明るさは約10等級（等級が小さいほど、物体は明るくなります）ですが、肉眼で見えるのはせいぜい6等級の明るさの物体だけなので、この明るさはまだ肉眼では見えません。彗星は現在、ふたご座とかに座の間に位置している。午後11時頃に北東の方向に地平線から昇り、翌日の午前4時30分頃に天頂付近に達するでしょう。今後数か月間は我が国の観測条件は良好となり、アマチュアが使用する小型望遠鏡の助けを借りて彗星を簡単に観測できるだろう。

この彗星を眺めながら、そこに眠る「ロゼッタ」や「フィラエ」を思うとき、私たちはどんな気持ちになるのでしょうか。

参考文献:

[1] 「67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ、高いD/H比を持つ木星族彗星」、Altwegg, K.;Balsiger, H.;Bar-Nun, A.,; et al., 2015, Science, Volume 347, Issue 6220, 記事ID。 1261952

[2] 「67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星のコマに豊富に存在する分子状酸素」、Bieler, A.;Altwegg, K.;Balsiger, H.;他、2015年、ネイチャー、第526巻、第7575号、pp. 678-681

[3] 「彗星67Pの二葉核の2つの独立した原始的な外殻」、マッシローニ、マッテオ。シミオニ、エマヌエーレ;マルザリ、フランチェスコ;他、2015年、ネイチャー、第526巻、第7573号、pp. 402-405

[4] 「67P/チュリュモフ・ゲラシメンコ彗星の近日点付近の活動。非静的解析の最初の試み」、スコロフ、ユウ;ケラー、HU;モットーラ、S.;ハルトグ、P.、2020年、MNRAS、第494巻、第3号、pp.3310-3316

[5] 「不規則核上の日射によって制御される彗星67Pのコマの形態」、Shi、X.;胡、X.;モットーラ、S.、他2018年、NatAs、2、562

[6] 「MIRO観測の3Dモデリングによる彗星67P/CGの初期活動の空間パターンの制約」、Zhao, Y.;Rezac, L.;Hartogh, P.;Ji, J.;Marschall, R.;Keller, HU、2020、MNRAS、第494巻、第2号、pp.2374-2384

[7] 「彗星67P/チュリュモフ・ゲラシメンコの形態的多様性」、トーマス・N.および58人の同僚、2015年、サイエンス、第347巻、第6220号、doi:10.1126/science.aaa0440

[8] 「ロゼッタ、10年ぶりに彗星への着陸に成功」、Ji Jianghui と Tian Lei、2015 年、中国科学誌、第 10 巻。 60巻2号:164-169.

[9] 「彗星研究と彗星宇宙探査の進歩」、Shi Jianchun と Ma Yuehua、2015 年、Modern Physics Knowledge、第 20 巻。 27巻3号:50-56.

[10]https://myspaceastronomy.com/catch-the-rosetta-comets-return-astronomy-now/

著者について

石建春

中国科学院紫金山天文台の准研究員。研究分野：彗星の物理的性質と活動。

輪番編集長: Ji Jianghui

編集者：王克超