NASA「小惑星衝突実験」で想定外の変化！宇宙船の衝突が小惑星の“太陽公転軌道”まで変えた

2022年9月に行われた史上初の小惑星軌道変更実験で、双小惑星のうち小さな小惑星に衝突した宇宙船が、この小惑星の伴星の公転軌道だけでなく、双小惑星の太陽公転軌道まで変更したことが確認された。

当時、米航空宇宙局（NASA）は地球から1,100万km離れた距離で幅170mの小惑星ディモルフォスにダート（DART、「二重小惑星進路変更実験」の英語略称）宇宙船を秒速6.25km（時速2万2530km）で衝突させた。将来起こりうる小惑星衝突に備えた地球防衛作戦の一環として試みられたこの実験は、ディディモスという幅805mのより大きな小惑星を1,189m距離で11時間55分周期で公転する小さな小惑星ディモルフォスの軌道を変更することが目的だった。実際、宇宙船の衝突衝撃で二つの小惑星間の距離が縮まり、ほぼ12時間だったディモルフォスの公転周期は約33分短縮された。小型冷蔵庫サイズのダート宇宙船の重さは衝突時570kgだった。

しかし最近、国際学術誌「サイエンス・アドバンシズ」に発表された研究によれば、軌道変更実験の成果はそれ以上だった。イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校を中心とした国際研究チームが2022年10月から2025年3月まで世界中のアマチュア天文学者が観測した恒星食現象のデータを基に総合分析した結果、二つの小惑星の太陽公転周期も非常に微細に変化したことが明らかになった。恒星食とは小惑星が星の前を通過する際に星の光が非常に短い瞬間消える現象を指す。この現象を分析することで小惑星の速度や形状、位置を非常に精密に測定できる。

衝突衝撃に破片反動効果が加わる

研究チームは時速12万2,000kmで太陽を公転していた双小惑星が衝突後、軌道半径が約360m縮まり、時間当たり約5cm程度速く軌道を移動している事実を確認した。このため770日だった二つの小惑星の太陽公転周期は0.15秒短縮された。共通質量中心を基準に互いを公転する双小惑星の一つで起こった変化が共通質量の中心を移動させた結果だ。

このような変化は単に宇宙船の衝突だけでなく、宇宙船によって弾き出された破片が宇宙空間に噴き出されることで生じた反動効果が加わって起きたものだ。研究チームは宇宙船が衝突して与えた力と小惑星から弾き出された破片が反作用で押し出した力がほぼ同じで、結果的に宇宙船だけが衝突した場合より二倍の軌道修正効果を得たと説明した。

今年末に現場確認宇宙船が到着

これは人工物体が太陽を回る天体の軌道を変えた初の事例だ。NASAの太陽系小惑星担当のトーマス・スタットラー主任科学者は「今回の軌道変化は時間さえ与えられれば非常に小さな変化も大きな軌道修正につながることを示している」と述べ、「双小惑星の一つに衝撃を与えることでシステム全体を変化させる運動衝撃（kinetic impact）方式が小惑星の脅威から地球を防御する有効な技術であることを証明した」と語った。

欧州宇宙機関は2024年に衝突現場を直接確認するための小惑星探査機ヘラを発射した。ヘラは今年末に二つの小惑星に到着し、軌道変更測定値を精密に検証する。また、ディモルフォスの形状がどのように変わったのか、どれだけの破片が散らばったのか、噴出した物質が小惑星の一つに再び降り注いだのか、あるいは完全に消えたのかも調べる予定だ。