アロコス: 最も遠い「空」

2019年1月1日、NASAのニューホライズン探査機は「雪だるま」の形をしたカイパーベルト天体アロコスを通過した。 65億キロ離れたこの天体は、人類の探査機がこれまで訪れた中で最も遠い天体であり、かつては「世界の果て」というニックネームが付けられていた。ニューホライズンズから送られてきたデータは、これまで見たことのない奇妙な世界を見せてくれるだけでなく、太陽系の起源と進化に関するさらなる謎を明らかにするものと期待されています。

2019年11月13日、NASAは2014 MU69の正式名称が「アロコス」であると発表した。ニューホライズンズのフライバイ探査機アロコスは、サイエンス誌によって2019年のトップ10の科学的ブレークスルーの1つに選ばれました。

さて、今回は肖子（以下、「子」と略す）と一緒に、中国科学院惑星科学重点実験室長、紫金山天文台惑星科学・深宇宙探査実験室研究員の冀江慧（以下、「冀」と略す）を訪ね、詳しい話を聞いてみることにした。

Zi: ニューホライズンズの使命は何ですか?

チ：ニューホライズンズ探査機は、2006年1月19日にNASAによって打ち上げられました。これは、冥王星とカイパーベルトに送られた人類初のメッセンジャーです。この探査機は、太陽系の遠方にある天体の表面の特徴、地質条件、内部構成、大気に関する情報を人類にもたらし、太陽系の外縁部の謎を解き明かしてくれるでしょう。

アロコスの最初の合成「肖像画」 |出典: AAAS/サイエンス

Zi: なぜ冥王星をフライバイするのですか?

チ：有人宇宙船が水星から海王星までの太陽系の8つの惑星を訪れた後、ニューホライズンズは太陽系探査の「ターミネーター」となるという栄光の使命を与えられました。なぜなら、ニューホライズンズが打ち上げられたとき、冥王星はまだ太陽系で9番目に大きい惑星であり、打ち上げから7か月後に国際天文学連合によって準惑星に格下げされたからです。岩石質の地球型惑星（水星、金星、地球、火星）や巨大ガス惑星（木星、土星、天王星、海王星）とは異なり、冥王星とその最大の衛星カロンは、固体表面の大部分が氷質の物質で構成された、第 3 のカテゴリである氷質矮星に属します。

ニューホライズンズが送信した画像と科学データによると、冥王星の表面には広大な凍った平原で構成されたハート型の領域があり、表面には大量のメタンの氷が分布しており、赤道近くには高さ3,500メートルにもなる若い氷山があることがわかった。ニューホライズンズはまた、冥王星のいくつかの衛星の複雑かつ多様な地形と表面の特徴を初めて捉えた。

Zi: 次にカイパーベルトを選んだのはなぜですか?

Ji: カイパーベルトは、太陽から海王星の軌道の外側、約40～50天文単位（AU、1AUは約1億5000万キロメートル）にある円盤状の領域です。これまでに何千もの小さな氷の天体が発見されており、それらは太陽を取り囲む原始惑星系円盤の破片から生まれたものと考えられている。 1950年代初頭、天文学者のカイパーとエッジワースは太陽系にそのような「端」領域が存在することを予測していましたが、カイパーベルト天体（KBO）が「初めて」発見されたのは1992年になってからでした。現在までに何千ものカイパーベルト天体が発見されています。

冥王星（1930 年に発見）は、カイパーベルトで知られている最大の天体です。この降格により、カイパーベルト天体の最初の発見も実質的に62年早まった。ニューホライズンズは、ボイジャー1号、2号、パイオニア10号、11号に続いてカイパーベルトを横断した5番目の有人宇宙船ですが、カイパーベルトの科学的探査の先駆者であり、これらの氷天体の進化に関する情報を私たちにもたらしてくれるでしょう。

カイパーベルト上を飛行する探査機 |画像出典: NASA/JHUAPL/SwRI/Magda Saina

Zi: アロコスのフライバイ探査中に、どのような新しい発見がありましたか?

チ：まず、人間が探査機でカイパーベルトの深部探査ミッションを実施し、太陽系のこの遠く離れた未踏の領域を明らかにしたのはこれが初めてです。カイパーベルトの天体は太陽系の初期の形成時に残された物質であると考えられています。これらの小天体は太陽系の外縁に位置しているため、太陽系の惑星の形成と進化に関する最も原始的な情報を含んでいます。アロコスは、45億年前に太陽系が最初に形成されたときのままの姿を保存している。第二に、人類が保存状態の良い微惑星を探索し、前例のない至近距離と視点からその鮮明な画像を撮影したのもこれが初めてです。

ニューホライズンズのデータ​​によれば、この雪玉のような形の物体は長さ約35キロメートル、幅約20キロメートル、厚さ約10キロメートルである。科学者たちはまた、アロコスの起源、進化のメカニズム、表面構造、物質構成に関する研究で新たな成果を達成した。アロコスの同軸の頭部と胴体の奇妙な形状は、激しい衝突によって形成されたのではなく、長期にわたる軌道の消散後に2つの葉がゆっくりと融合して形成された可能性を示唆している。これは、微惑星形成の流動不安定性モデルの直接的な証拠を提供します。

アロコスの表面には明るい斑点や斑点、丘や谷、穴や尾根があります。スペクトルデータはまた、表面にメタノール、水氷、有機分子が存在することを示しました。表面の赤い色は、有機物の変化、つまり単純な分子が複雑な有機ポリマーに再結合することによって生じたと考えられます。

アロコス地形図（Stern et al., Science 2019）

Zi: アロコスのフライバイ検出の重要性は何ですか?

Ji: アロコスは、ポウハタン語/アルゴンキン語で空を意味し、空への憧れと、地球以外の惑星や世界への好奇心を意味します。この名前は、人類の宇宙船の歴史上、地球を最も遠くから通過したことに敬意を表したものでもある。カイパーベルトの小さな天体の探査により、人類は太陽系の構造や惑星の形成と進化のプロセスをまったく新しい視点から理解できるようになりました。太陽系内のより多くの「生きた化石」（古代の小天体）の詳細な研究と有機分子の検出結果は、人類が地球上の生命の起源という重要な科学的問題を探求するのに役立つでしょう。

Zi：中国におけるこの研究分野の研究開発の状況はどうなっていますか？他にはどんなギャップがありますか?

紀氏：我が国の探査機「嫦娥2号」は、拡大ミッション中に潜在的に脅威となる地球近傍小惑星トータティスに接近し、国際的に大きな影響を与える重要な科学的成果を達成しました。 2010年以来、国内の関係部門は2030年に向けた中国の深宇宙探査計画の実証を組織しており、この計画には今後数年間の小天体サンプルリターンとメインベルト彗星探査の実施が含まれている。我が国は小天体の深宇宙探査の開始が遅れており、研究基盤が比較的弱いです。重要な技術を突破し、科学的ペイロードを開発する能力をさらに向上させる必要があります。深宇宙探査ミッションは困難であり、まだ長い道のりが残っています。

近年、国内の科学者らが太陽系端探査計画を提唱していることは特筆に値する。具体的には、2049年に100天文単位を超える太陽系の端探査を実現し、探査機を打ち上げて太陽圏、太陽風の端、近隣の星間空間の物質の特性など大規模な三次元空間特性の調査を実施し、小惑星帯、木星などのガス状大惑星系を訪れ、同時にカイパーベルト天体を検出するというものである。

Zi: 最後に、深宇宙探査の今後の開発動向と可能性のあるブレークスルーについての見通しを教えていただけますか?

彊：今後、深宇宙探査と惑星科学は、重要な科学的課題に焦点を当て、先進的な航空宇宙技術、科学研究、経済発展のレベルを融合し、科学的目標を利用して科学技術革新と新興産業の発展を導き、推進し、国際協力を拡大していきます。さらなる深宇宙探査ミッションの開始により、太陽系の起源、地球上の生命の起源、小天体が地球と人類の生存に及ぼす脅威など、科学者が懸念している主要な科学的問題において新たな進歩がもたらされるでしょう。

この記事は、2020年に中国科学基金第2号に掲載されたもので、適切な修正が加えられています。

編集長：毛瑞青

輪番編集長: 趙海斌

編集者: 王克超、高娜