NASAのDouble Asteroid Redirection Test（DART）は、宇宙船を小惑星に衝突させてその軌道を変えるという惑星防衛の先駆的なテストで、2023年ギズモード・サイエンス・フェアの優勝作品となった。
質問
小さな人間が小惑星の軌道を変えて、将来の衝突から地球を守ることは可能でしょうか?
結果
DARTチームは、冷蔵庫ほどの大きさの探査機を、直径160メートル（525フィート）の小惑星ディモルフォスとの衝突コースに送り込みました。ディモルフォスは、より大きな岩石を周回する小惑星です。2022年9月26日、探査機は時速14,000マイル（時速22,500キロメートル）に達する速度でディモルフォスに直撃しました。
ミッション開始時には、2つの大きな疑問がありました。「1つ目は、宇宙船を意図的に小さな小惑星に衝突させるだけの能力が本当にあるのか、ということです」と、宇宙船のDRACOカメラの機器責任者であるテリック・デイリー氏は語ります。「2つ目の疑問は、小惑星がどのように反応するのか、ということです。」
「うまくいくと思っていました」と、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所のDART調査チームリーダー、アンディ・チェン氏は語った。「自分たちも納得しましたが、NASAも納得しました。だからこそ、試す機会を得たのです。」チームは、運動エネルギー衝突体がディモルフォスの軌道にどの程度影響を与えるかを調べようとしたが、同時に迅速な展開も目指した。「実際の緊急事態では、迅速な行動が必要になることを想定しておく必要があります。それもテストの一部と考えていました」と彼は説明した。
ディディモス・ディモルフォス系は、この実験に理想的でした。700万マイル（約1100万キロメートル）離れた、小さくて脅威のない小惑星のペアです。地球から見ると、ディモルフォスはディディモスの前を通過するため、地上の観測所でその軌道周期の変化を測定することができます。
3億800万ドルを投じたDART実験は成功し、その成果は科学者たち自身も驚くほどだった。彼らはディモルフォスの公転周期を約72秒変化させることを目指していたが、なんと32分という驚異的な変化を達成した。
もう一つの驚きは、反動効果がどのように作用したかでした。ディモルフォスはおそらく瓦礫の山のような小惑星、つまり岩石、小石、塵が緩く集まった塊であり、衝突の結果、膨大な量の物質、つまり噴出物を宇宙空間に噴出させました。「小さなロケットエンジンのようなもので、反動、つまり物質を全て吹き飛ばす反作用があります」とチェン氏は言います。「これによって推進力が増大し、その推進力は、噴出物を発生させずに宇宙船が天体に衝突した場合のほぼ4倍にも達することが判明しました。つまり、これは高い効率による偏向効果という一種のボーナスと言えるでしょう。」
NASAがなぜそれをしたのか
簡単に言えば、彼らは地球を脅かす可能性のある小惑星を逸らす戦略をテストするためにそれを行なった。
「惑星衝突の問題は、小惑星が実際に見えるのは、かなり後になってからだという点です」と、DARTのミッションシステムエンジニア兼宇宙船システムエンジニアであるエレナ・アダムズ氏は述べた。エンジニアたちは、実際に岩石に正しい場所で衝突しているかどうかを確認する必要がある。DARTはディモルフォスを予想以上に動かしたため、「事前にそれを知りたい」とアダムズ氏は述べ、「こうしたことは事前にはあまり考えていなかったのですが、今後は真剣に考えることになるでしょう」と付け加えた。
DARTミッションが成功した理由
衝突の日は、人類が太陽系の天体の相対的な位置を調整し始めた瞬間として歴史に刻まれるでしょう。DARTチームは極めて小規模な実験を行いましたが、これは概念実証であり、将来の運動エネルギー衝突装置の試験や、危険な小惑星を逸らすための実際のミッションなど、より影響力のある実験につながる可能性が高くなります。
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人類は過去半世紀にわたり宇宙で目覚ましい成果を上げてきましたが、DARTは人類の存亡に関わるプロジェクトです。DARTは、このようなミッションを迅速に、そしてストレスや問題の多い状況下でも展開できることを示しました。プロジェクトの最も重要な段階のいくつかは、新型コロナウイルス感染症のパンデミックの真っ只中に発生しましたが、チームはなんとか乗り越えることができました。
「リハーサルは何度も何度もできますが、もし全てがうまくいかなかったらどうなるでしょうか？」とデイリー氏は言った。これらの天体を間近で見たことがなかったため、DARTのナビゲーションシステムが混乱し、間違った小惑星に衝突してしまう可能性が十分にあった。
「本当に夜も眠れなかったのは、サブシステム間の様々な相互作用で、これは私たちが予期していなかったものでした」とアダムズ氏は述べた。「はっきり言っておきます。2022年7月時点での衝突確率は約50%でした。これは決して高い数字ではありませんし、どんなミッションでも決して高い数字ではありません。」
ありがたいことに、このミッションは大成功でした。
次は何？
科学者たちはDARTデータの分析を続けており、今後数ヶ月以内に複数の論文が発表される予定です。これらの論文は、ディモルフォスの組成、構造的完全性、形状、そして新たな軌道周期に関する重要な疑問に答えるものです。チェン氏は次のように述べています。「私たちはかなり強い衝撃を受けました。これから、それが何を教えてくれるのかを理解したいと思っています。」
欧州宇宙機関（ESA）のヘラ計画は、2024年10月に打ち上げが予定されており、ディディモス・ディモルフォス系を再訪し、DART実験の結果をさらに評価する予定です。特に興味深いのは、結果として生じたクレーターです。チェン氏が指摘したように、クレーターは非常に大きく、クレーターには全く見えない可能性があります。DARTは、影響を受けた側から大きな塊を削り取った可能性があります。もう一つの疑問は、天体の自転状態に関するものです。衝突前はディディモスと潮汐力で固定されていましたが、衝突によって小惑星が混沌とした回転状態に陥る可能性がありました。ヘラ計画は、この点をはじめとする未解決の疑問を調査する予定です。
チーム
宇宙船を小惑星に衝突させるには、村全体の協力が必要です。DARTミッションには、ジョンズ・ホプキンス大学応用物理学研究所、NASAジェット推進研究所、NASAゴダード宇宙飛行センター、北アリゾナ大学、メリーランド大学などの機関を含む、数百人の科学者、エンジニア、その他の専門家が参加しました。貢献者の全リストはこちらをご覧ください。
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