惑星の重力を利用して物体を高速移動させる「宇宙空間のスーパーハイウェイ」が発見される

by NASA Solar System Exploration

太陽系に存在する天体は中心に位置する太陽の重力に強く影響されている一方で、地球を含めたさまざまな惑星もそれぞれ重力を持っており、その周囲を公転する衛星をはじめとする天体に影響を及ぼしています。セルビアやアメリカの研究者が行った新たな分析により、こうした重力の相互作用を利用して太陽系内を高速で移動できる「宇宙空間のスーパーハイウェイ」の存在が明らかとなりました。

The arches of chaos in the Solar System | Science Advances
https://advances.sciencemag.org/content/6/48/eabd1313

Researchers discover a new superhighway system in the Solar System
https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/space_superhighway

Astronomers Just Found Cosmic 'Superhighways' For Fast Travel Through The Solar System
https://www.sciencealert.com/solar-system-arches-of-chaos-create-cosmic-fast-travel-superhighways

太陽系内に存在する天体は惑星や衛星だけでなく、無数の小惑星や彗星も存在しています。そんな小惑星群の一つであるケンタウルス族は、木星と海王星の間を不安定な軌道で公転しており、いずれは太陽系から飛び出すだろうと考えられています。

過去数十年のシミュレーションにより、ケンタウルス族は海王星よりも遠い距離を公転する太陽系外縁天体から、木星の重力に影響を受ける木星ファミリー彗星に軌道が移り変わる途中の天体である可能性が示されています。太陽系外縁天体が木星ファミリー彗星に移行するまでには、およそ1万年～10億年かかるとみられているとのこと。

このように、惑星は太陽系内における天体の移動に大きく関与していますが、重力の相互作用は非常に複雑だそうです。そこでセルビア・ベオグラード天文台の研究者であるNataša Todorović氏が率いる研究チームは、太陽系における数百万もの軌道に関する数値データを収集し、金星～海王星までの7惑星の重力で生成される摂動をモデル化しました。

by Meng Bomin

分析の結果、太陽や惑星の重力によって形作られた力学的に接続されたアーチ構造が特定され、その中で最も目立つものは木星に関連していたとのこと。このアーチ構造が天体の移動に及ぼす影響を知るため、研究チームは数千もの仮想天体を仮想の木星の近くへ投げ込むシミュレーションを実施しました。

すると、数十個の粒子が木星に衝突した一方で、大多数の粒子は太陽系を脱出するアーチ構造の軌道に入りました。粒子は平均して38年後に天王星へ、46年後には海王星へ到達し、最も速い粒子は木星付近に投げ込まれてから10年以内に海王星まで到達したそうです。

粒子の70％は1世紀以内に100天文単位(1天文単位＝地球と太陽の平均距離)の位置に到達したとのことで、研究者は驚異的なスピードで太陽系内を移動できるこのルートを「true celestial autobahn(真の天体アウトバーン)」と呼んでいます。

また、同様の力学的なアーチ構造は木星以外の惑星においても、それらの軌道周期に見合ったスケールで生成されるだろうと研究者は指摘しています。今回の発見は遠く離れた宇宙空間に探査機を送りこむミッションに応用できるほか、太陽系内を移動する彗星や小惑星の理解を深める役に立つ可能性があるとのことです。

by Kevin Gill