高速で走る宇宙船をどうやって止めますか?
アラン・ボイル著
帆を備えた小さな探査機の群れを光速の20パーセントまで加速し、アルファケンタウリを通過する計画に何百万ドルも費やされているが、どうやって再び減速させるのだろうか？
ドイツの研究者たちは、そもそも探査機を非常に高速に飛ばしたのと同じ光帆の使用を提案している。
マックス・プランク太陽系研究所の天体物理学者ルネ・ヘラー氏と情報技術専門家マイケル・ヒップケ氏は、ブレイクスルー・スターショットの数十年にわたるミッション計画に組み込むことができる計画を考案しました。詳細は本日、アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ誌に掲載されました。
ロシアの億万長者ユーリ・ミルナー氏をはじめとする著名人が支援するスターショット計画は、ナノプローブを宇宙に打ち上げ、大型で軽量な帆を展開させるというものだ。多数のアンテナから光子を帆に向けて照射し、その放射線圧によってプローブは4光年強離れたアルファ・ケンタウリ系へと向かって、常に速度を上げて進むことになる。
平均速度が光速の20%であれば、ナノプローブは20年間の航行を経て、異星の恒星を通り過ぎることになる。しかし、その速度では観測に十分な時間を確保できない。もし探査機が最高速度で航行を続ければ、地球と月の距離に相当する距離をわずか6秒で移動してしまうことになる。
ヘラー氏とヒップケ氏が考案した計画は、その時間を延長する可能性があります。さらに、探査機を特定の目的地、例えば天文学者が生命居住可能な惑星を発見したプロキシマ・ケンタウリへと誘導する方法も提供される可能性があります。
研究者たちは、探査機の光帆を逆方向に再展開することを提案している。アルファ・ケンタウリの恒星からの放射線圧が探査機に接近する際に作用するからだ。操舵性は、船乗りが帆を風上に向けることで帆を操船するのと同じように、帆を特定の角度に調整することで得られる。
コンピューターシミュレーションによると、各探査機の重量が100グラムで、サッカー場15面分の面積に相当する10万平方メートルの帆に搭載されていると仮定すると、この方法はうまくいくはずだ。光子の圧力によって初期の減速が起こり、探査機は恒星の重力場に捕らえられる。
探査機をこの星系で最も明るい恒星アルファ・ケンタウリAの周回軌道に乗せるには、探査機を恒星から250万マイル以内に近づける必要がある。
また、スターショット計画で要求されている速度よりも遅い速度で移動する必要がある。探査機の速度が光速の4.6%を超えると、恒星を通り過ぎてしまう。しかし、ヘラー氏とヒップケ氏の考えでは、得られる成果は追加の移動時間に見合う価値があるという。
「私たちの標準的なミッションシナリオでは、探査機の航続時間は100年弱、つまりボイジャー探査機がこれまで航行してきた期間の約2倍になります。そして、1970年代に製造されたこれらの機械は今も稼働しています」とヒップケ氏はプレスリリースで述べた。
研究者らはまた、地球からの光子ビームではなく太陽放射によって探査機をアルファ・ケンタウリに向けて加速できる軌道や、アルファ・ケンタウリAとBの周りを回って探査機をプロキシマ・ケンタウリまで飛ばす複雑な経路も考案した。
彼らは、Breakthrough Starshot チームのメンバーとコンセプトについて話し合っています。
「私たちの新しいミッションコンセプトは高い科学的成果をもたらす可能性がありますが、それを享受できるのは私たちの孫の孫の世代まででしょう。一方、スターショットは数十年単位のタイムスケールで機能し、一世代で実現できる可能性があります」とヘラー氏は述べた。「つまり、スターショットの長期的な後継コンセプトを見出したと言えるかもしれません。」
