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最悪なら地球壊滅? 小惑星ベンヌ、衝突の確率高まる

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ナショナルジオグラフィック日本版

コマのような形をした岩だらけの小惑星ベンヌは、何億年もの間、ほぼひとりぼっちで太陽の周りを回ってきた。直径約500メートルのベンヌが地球に差し迫った脅威を与えることはない。だが数百年後には、地球に衝突する可能性がわずかにある。

2021年8月10日付で学術誌「Icarus」に掲載された論文で、科学者たちはまず米航空宇宙局(NASA)の小惑星探査機「オシリス・レックス」のデータを用いてベンヌの軌道を正確に計算した。さらに、現在から2300年までについて、地球に衝突する危険性を分析した結果、その確率は従来の推定よりもわずかに高い1750分の1(0.057%)だとわかった。

危険な接近は、ほぼすべて2100年代後半から2200年代前半に集中している。衝突する確率が最も高い日は2182年9月24日火曜日の午後(協定世界時)で、その確率はおよそ2700分の1(0.037%)だ。

綿密に小惑星の位置を特定

NASAジェット推進研究所(JPL)のナビゲーション・エンジニアであるダビデ・ファルノッキア氏が率いるチームは、2019~2020年に数十回にわたって約2メートルの誤差で地球・ベンヌ間の距離を測定し、推定値を改訂した。この測定の精度は、米ニューヨークのエンパイアステートビルからフランス、パリのエッフェル塔までの距離を数十ミクロンの誤差で測定するような高さだ。

「ベンヌは太陽系で最もよく調べられている小惑星です」とオシリス・レックスの主任研究員で、この論文の上席著者である米アリゾナ大学の惑星科学者ダンテ・ローレッタ氏は言う。「今後100年間のベンヌの位置が数メートルの誤差でわかっているのです。地球の軌道でさえ、ここまで明確にはわかっていません」

地球近傍小惑星の専門家であるアリゾナ大学の惑星科学者エイミー・メインザー氏は、今回の研究には参加していないが、研究チームの「この上なく綿密な」計算を称賛している。「(小惑星の)将来の位置をどこまで正確に予測できるかは、現在の位置をどれだけ正確に測定できるかで決まります」と氏は言う。「彼らは極めて正確に測定しました」

衝突の可能性が少し高くなったとはいえ、夜も眠れなくなるほど心配するレベルではない。ベンヌが今後300年以内に地球に衝突しない確率は99.9%以上であり、たとえ衝突しても、6600万年前のチクシュルーブ衝突のように大量絶滅を引き起こすおそれはない。そのとき衝突した小惑星の大きさは約10キロメートルだったと推定されているが、ベンヌの直径は約500メートルしかない。

それでも衝突した地域は壊滅的な打撃を受けることになる。衝突した場合のエネルギーはTNT火薬11億トン分以上に相当する。2020年にレバノンのベイルートの港で起きた大規模な爆発のエネルギーの約200万倍だ。

2135年の「重力キーホール」問題

1999年9月にベンヌが発見されて以来、天文学者たちは、プエルトリコにあったアレシボ天文台をはじめとする地上の望遠鏡を使って、その軌道を注意深く追跡してきた。これらのデータにより、天文学者はベンヌの位置を100年先まで予測できるようになった。

ベンヌは「潜在的に危険な小惑星(PHA)」の1つだ。PHAは、直径が140メートル以上あり、理論的に地球から748万キロメートル以内まで接近する可能性がある小惑星を指す。2014年の研究では、2175~2199年の間にベンヌが地球に衝突する確率は約0.037%とされていた。

しかし従来のシミュレーションでは、2135年9月以降の予測に問題があった。予測では、ベンヌは2135年9月に地球から12万~54万キロメートル以内と、場合によっては月よりも近い場所を通るとされている。そのときにベンヌが地球に衝突する可能性はほぼないが、接近する時刻と場所によっては、地球の重力によってベンヌの軌道が変化して、衝突コースに入ってしまう可能性があるのだ。

コンピューター・シミュレーションでは、ベンヌが宇宙空間のどこを通過すると衝突コースに入ることになるかが特定されている。そのような場所は複数あるが、いずれも数百メートルから数キロメートル規模と非常に狭く、「重力キーホール(鍵穴)」と呼ばれている。

問題は、2135年にベンヌの軌道が、実際にどこかの重力キーホールを通るかどうかだ。この問題に答えるためには、ベンヌの現在の軌道と、将来の軌道に影響を及ぼす可能性のあるすべての要因を、かつてないほど高い精度で明らかにする必要があった。

オシリス・レックス探査機は2018年末にベンヌに到着し、人類史上3回目、NASAとしては初めての小惑星表面でのサンプル採取に挑んだ。2020年10月に砂や小石などを採取した探査機は現在、その貴重なサンプルを地球に持ち帰る旅を続けている。

一方で探査機は、サンプル採取の前に、2年近くかけてベンヌを周回して調査を行っていた。その長期にわたる探査で得られたデータのおかげで、ファルノッキア氏らは、8400万キロメートルから3億2000万キロメートルまで幅がある地球とベンヌとの距離を数メートルの誤差で計算できた。

また、重力以外にベンヌに働くある力も推定できた。表面が太陽光によって温まったベンヌは、表面が冷えるときにエネルギーを再放出する。ベンヌは自転しているので、このとき小惑星に非常に小さな推力が働く。この現象は「ヤルコフスキー効果」と呼ばれている。

研究チームは、ベンヌの軌道がヤルコフスキー効果によってどのように変化するか、正確に見積もれるようになった。ファルノッキア氏は8月11日に開かれたNASAの記者会見で、ベンヌはヤルコフスキー効果によって常に「ブドウ3粒分の重さ」で押されていることになり、軌道は1年間に約285メートルずつずれていると述べた。

今回の研究では、過去の予測よりもはるかに精度が上がり、2135年にベンヌが地球の表面から17万4629プラスマイナス3768キロメートル(地球と月のほぼ中間)を通過することが判明した。いくつか重力キーホールがある領域だ。この結果を受け、研究チームはベンヌの衝突リスクの予測を修正することができた。

天体が飛び交う太陽系

今後の軌道をめぐる誤差は、ベンヌそのものやオシリス・レックスのデータに起因するのではなく、太陽系の他の部分に起因する。

ファルノッキア氏らがシミュレーションを行った際は、太陽の光がどのようにベンヌを温めるか、あるいは、太陽系内にある他の数百個の天体(遠くは冥王星まで)の重力がベンヌに及ぼす影響など、多くの要因を考慮する必要があった。小惑星帯の中でも特に大きい343個の小惑星の質量を推定しなければならなかったことには苦労したという。

「他の小惑星が影響を与えていることには驚きました」とローレッタ氏は言う。他の誤差の要因が十分に小さくなると「これらの影響が現れてきて、なるほどと思いました」

予測は今後のミッションでさらに精密になると期待されている。2026年に打ち上げが予定されているNASAの「地球近傍天体(NEO)サーベイヤー」は、赤外線を使って地球近傍の小惑星の熱放射を観測し、小惑星の大きさを推定する宇宙望遠鏡だ。この望遠鏡によって、さらに数十万個の小惑星が発見されるとともに、既知の小惑星についても、より良いデータが得られると期待されている。

「何が起こりうるかを合理的に把握するために、地球近傍にある天体をできるだけ多く観測し、できるだけ多くのことを知りたいのです」とNEOサーベイヤーの主任研究員であるメインザー氏は語る。

メインザー氏とローレッタ氏は、もっと多くの小惑星に探査機を送り込むのも有効だと言う。

オシリス・レックスも、次の観測に備えている。2023年9月、探査機は地球をかすめて飛行し、ベンヌのサンプルを詰めたカプセルを米ユタ州の砂漠に投下して太陽系の旅を続ける予定だ。今のところ、ローレッタ氏のチームがオシリス・レックスの次のターゲットにできると考える天体は、2029年4月に地球に接近する地球近傍小惑星「アポフィス」だけだ。

アポフィスは、少なくとも今後100年は地球に衝突するおそれはない。しかし、アポフィスのような天体を訪れることで、新たな地形や見通しを発見し、太陽系の歴史をより深く知ることができるはずだ。

人類には、ベンヌが地球に衝突するリスクを監視し、必要とあればそのリスクを修正するのに1世紀以上の猶予を与えられている。すでに各国の宇宙機関は、小惑星の脅威を回避するための手順や技術のテストを始めている。2022年には、NASAの「DART(二重小惑星方向転換)ミッション」が、地球近傍の小惑星を周回する直径170メートルの小惑星に探査機を衝突させて、その軌道を変えることを目指している。

将来、人類が小惑星の衝突に脅かされるようなことがあれば、DARTのような「衝突機」の大型版を使って、小惑星を安全な軌道に誘導できるかもしれない。ベンヌのように、衝突の可能性がある時期よりも200年近く前に発見された天体に対しては、人類には「たくさんの選択肢があるのです」とメインザー氏は言う。

(文 MICHAEL GRESHKO、訳 三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック社)

[ナショナル ジオグラフィック ニュース 2021年8月17日付]

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