小惑星に宇宙船をぶつけて軌道をずらすNASAの実験「DART」が二重小惑星の太陽公転周期も変えたことが判明

by NASA/JHUAPL/Steve Gribben

NASAは2022年9月、小惑星に宇宙船をぶつけて軌道をずらす能力を実証する「DART」ミッションを実行しました。その結果、宇宙船の衝突によって小惑星の軌道がずれただけでなく、その小惑星が属する二重小惑星の太陽周回周期まで変わったことが報告されました。

Direct detection of an asteroid’s heliocentric deflection: The Didymos system after DART | Science Advances
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea4259

NASA’s DART Mission Changed Orbit of Asteroid Didymos Around Sun | NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL)
https://www.jpl.nasa.gov/news/nasas-dart-mission-changed-orbit-of-asteroid-didymos-around-sun/

NASA's asteroid-smashing DART spacecraft hit so hard, it changed its target space rocks' orbit around the sun | Space
https://www.space.com/space-exploration/asteroid-comet-missions/nasas-asteroid-smashing-spacecraft-managed-to-alter-target-space-rocks-orbit-around-the-sun

NASA's asteroid target practice was a huge success | Mashable
https://mashable.com/article/nasa-dart-dimorphos-didymos-deflected-confirmed

SF作品などでは、「地球に衝突しそうな小惑星を宇宙船や核兵器で攻撃して軌道をずらす」というアイデアが登場することがあります。DARTは実際にこのアイデアが実行可能かどうかを確かめるミッションであり、ターゲットとしてディモルフォスという小惑星が選定されました。

ディモルフォスは直径約170mの小惑星であり、より大きなディディモスという直径約780mの小惑星を周回し、2つの小惑星からなる二重小惑星として太陽を周回(公転)しています。

DARTは2022年9月26日に実行され、宇宙船は秒速6.6kmの速度でディモルフォスに衝突しました。その結果としてディモルフォスとディディモスの距離が数十mほど縮まり、ディモルフォスの周回時間が33分も短縮されたことが報告されています。

さらに、2026年3月に科学誌のScience Advancesに掲載された論文では、DARTで宇宙船がディモルフォスに衝突した影響で、ディディモスと形成する二重小惑星の太陽公転周期が変化したことが報告されました。この変化は、人工物が太陽を周回する天体の軌道を測定可能な形で変化させた初めての事例です。

by NASA

今回の論文では、宇宙船がディモルフォスに衝突した際に岩石の破片が宇宙空間へ吹き飛ばされ、それが運動量を持ち去ったことでディモルフォスに爆発的な推力が与えられたことも示されています。科学者らはこれによって生じた追加の推進力を「momentum enhancement factor(運動量増強係数)」と呼んでおり、DARTにおける運動量増強係数は「約2」だったとのこと。これは、最初の衝突によってディモルフォスによって与えられた推力が、破片の放出による運動量の損失で約2倍になったことを示しています。

研究チームの測定では、ディモルフォスとディディモスからなる二重小惑星の太陽周回速度の変化は時速にして約4.3cm(1.7インチ)で、公転周期は0.15秒変化したと推定されています。DARTチームの一員であり論文の筆頭著者を務めたラヒル・マカディア氏は、「小惑星軌道におけるこのようなわずかな変化が時間の経過とともに、危険な天体が地球に衝突するか外れるかの分かれ目となります」と述べました。

DARTがディモルフォスだけでなくディディモスの太陽周回軌道に影響したことを調べるため、研究チームは世界中のボランティア天文学者の協力を得て、ある天体が別の天体の前を横切ってその姿を隠す掩蔽(えんぺい)という現象を観測しました。適切な場所およびタイミングで掩蔽を追跡することにより、小惑星の速度・形状・位置を極めて正確に測定できるとのこと。

研究の共同リーダーを務めるNASAジェット推進研究所のスティーブ・チェズレイ氏は、「長年にわたる地上観測データと組み合わせることで、これらの掩蔽観測はDARTがディディモスの軌道をどのように変化させたかを計算する上で重要な鍵となりました。この研究は天候に大きく左右され、成功が保証されないまま遠隔地へ出向くこともあります。世界中の数十人のボランティア掩蔽観測者による献身的な努力がなければ、この成果は得られなかったでしょう」とコメントしました。

また、研究チームは軌道の変化に基づいて、ディモルフォスとディディモスの密度も計算しています。これにより、ディモルフォスはこれまで考えられていたよりもわずかに密度が低く、「高速回転するディディモスから放出された岩石の破片から形成された」という説が裏付けられました。