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小惑星衝突回避とは、地球に衝突する可能性のある地球近傍天体（NEO）の軌道を変え、破壊的な衝突事象を防ぐ方法を指します。十分に大きな小惑星やその他のNEOが衝突すると、衝突場所によっては、大規模な津波や複数の火災旋風、成層圏に放出された大量の粉砕された岩石の塵やその他の破片が太陽光を遮る効果による衝突冬が発生します。6600万年前、地球と直径約10キロメートル（6マイル）の天体との衝突によりチクシュルーブ・クレーターが形成され、科学界では非鳥類恐竜の絶滅を引き起こしたと考えられている白亜紀-古第三紀絶滅事象が引き起こされたとされています。
近い将来、大規模な衝突が起こる可能性は低いものの、防御策を講じなければ、いずれ必ず起こることはほぼ確実である。シューメーカー・レヴィ第9小惑星の木星衝突や2013年のチェリャビンスク隕石衝突といった天文現象、そしてセントリーリスクテーブルに発見・登録された地球近傍天体の増加は、こうした脅威への注目を再び高めている。 2021年の映画『ドント・ルック・アップ』の人気は、地球近傍天体（NEO）を回避する可能性についての認識を高めるのに役立った。[ 1 ]脅威に対する認識は過去数十年の間に急速に高まったが、人類が潜在的に壊滅的な小惑星衝突から十分に保護されていると感じるようになるには、まだまだ多くのことを行う必要がある。[ 2 ]
2016年、NASAの科学者は、地球はそのような事態に備えていないと警告した。[ 3 ] 2018年4月、B612財団は「壊滅的な小惑星が衝突することは100％確実だが、いつ衝突するかは100％確実ではない」と報告した。[ 4 ]また2018年には、物理学者のスティーブン・ホーキングが最後の著書『大きな疑問への簡潔な答え』の中で、小惑星の衝突を地球に対する最大の脅威とみなした。[ 5 ] [ 6 ]
小惑星の衝突を回避する方法はいくつか説明されている。[ 7 ]主な方法は2つある。1つは、小惑星の軌道を変更して地球に衝突しないようにすること、もう1つは、小惑星を分裂させて、その結果生じる破片が地球に衝突しないようにするか、破片のサイズを小さくして地球に及ぼすその後の危険を軽減することである。[ 8 ]
それにもかかわらず、2019年3月、科学者たちは小惑星は以前考えられていたよりもはるかに破壊しにくい可能性があると報告した。[ 9 ] [ 10 ]小惑星は破壊された後、重力によって再び集まる可能性がある。[ 11 ] 2021年5月、NASAの天文学者たちは、2021年惑星防衛会議で行われたシミュレーション演習に基づいて、仮想衝突を回避するには5年から10年の準備が必要になる可能性があると報告した。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
2022年、NASAの宇宙船DARTがディモルフォスに衝突し、小惑星の衛星の公転周期を32分短縮した。このミッションは、小惑星の軌道変更に成功した最初の試みである。[ 15 ] 2027年、中国は地球近傍天体2015 XF261への軌道変更ミッションを計画しており、衝突は2029年4月に起こると推定されている。[ 16 ]
2013年の米国議会での専門家の証言によると、NASAは小惑星迎撃ミッションを開始する前に少なくとも5年間の準備期間を必要とするだろう。[ 17 ] 2018年6月、米国国家科学技術会議は、米国は小惑星衝突事象への備えができていないと警告し、より良い準備のために「国家地球近傍天体準備戦略行動計画」を策定し発表した。[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
大きな物体の軌道変更の試みのほとんどは、1年から数十年の警告期間を必要とし、衝突回避プロジェクトの準備と実行に時間を要する。これは、既知の惑星防衛ハードウェアがまだ開発されていないためである。直接衝突軌道上の物体をうまく軌道変更するには、わずか0.035 m/s ÷ t (tは潜在的な衝突までの年数) の速度変化が必要であると推定されている。したがって、衝突前の何年もの間は、はるかに小さな速度変化で済む。[ 22 ]例えば、99942 アポフィスが2029年に地球に接近し、2035年または2036年に衝突軌道で戻ってくる確率が10 −4と推定された。そして、接近の数年前に、この潜在的な帰還軌道から軌道変更するには、10 −6 m/s程度の速度変化で十分であると判断された 。[ 23 ]
NASAの二重小惑星方向転換試験（DART）は、地球を潜在的な小惑星や彗星の危険から守る技術を試験する世界初の本格的なミッションであり、カリフォルニア州ヴァンデンバーグ宇宙軍基地のスペース・ローンチ・コンプレックス4イーストからスペースXのファルコン9ロケットで打ち上げられた。[ 24 ]
地球に10キロメートル（6マイル）の小惑星が衝突すると、歴史的に生物圏に壊滅的な被害を与え、絶滅レベルの出来事を引き起こしてきました。また、太陽系内側に彗星が侵入する脅威もあります。長周期彗星の衝突速度は地球近傍小惑星の数倍になる可能性が高く、その衝突ははるかに破壊的になります。さらに、警告時間は数ヶ月を超える可能性は低いでしょう。[ 25 ]直径50メートル（160フィート）程度の小さな物体による衝突は、はるかに一般的ですが、歴史的に地域的に極めて破壊的です（バリンジャー・クレーターを参照）。
対象物の物質組成を知ることは、どの戦略が適切かを決定する前に役立ちます。2005年のディープインパクト探査機やロゼッタ探査機などのミッションは、何が予想されるかについて貴重な情報を提供してきました。2022年10月には、衝突に最適な領域を決定するために、潜在的に問題のある小惑星の内部をマッピングする方法が提案されました。[ 26 ]
小惑星衝突予測の取り組みは、調査方法に集中している。1992年にNASAが後援し、ロスアラモス国立研究所が主催した地球近傍天体迎撃ワークショップでは、地球に衝突する可能性のある天体を迎撃する際に生じる問題が評価された。[ 27 ] 1992年のNASAへの報告書[ 28 ]では、地球横断小惑星を発見、検証し、追跡観測を行うために、調整されたスペースガード調査が推奨された。この調査では、1キロメートルを超えるこれらの天体の90%を25年以内に発見することが期待された。3年後、別のNASAの報告書[ 29 ]では、1キロメートルを超える短周期の地球近傍天体の60～70%を10年以内に発見し、さらに5年以内に90%の完全性を達成する探索調査が推奨された。
1998年、NASAは、地球に衝突する可能性のある直径1km以上の地球近傍天体（NEO）の90%を2008年までに発見しカタログ化するという目標を正式に採用した。直径1kmという基準は、1km未満の天体の衝突は局地的または地域的に大きな被害をもたらす可能性があるが、世界的な大惨事を引き起こす可能性は低いことを 示す相当な研究に基づいて選ばれた。 [ 28 ]直径1kmをはるかに超える天体の衝突は、人類の絶滅に至るまで、そして場合によっては絶滅に至るまで、世界的な被害をもたらす可能性がある。 NASAの取り組みにより、多くの地球近傍天体（NEO）探査活動に資金が提供され、2008年までに90%の目標達成に向けてかなりの進展が見られました。しかし、2009年に直径約2～3キロメートルのNEOが複数発見されたこと（例：2009 CR 2、2009 HC 82、2009 KJ、2009 MS、2009 OG ）は、まだ発見されていない大型天体が存在することを示しました。
米国下院議員ジョージ・E・ブラウン・ジュニア（民主党、カリフォルニア州選出）は、Air & Space Power Chronicles誌で惑星防衛プロジェクトへの支持を表明し、「将来、大量絶滅を引き起こすほど大きな小惑星が地球に衝突することを事前に発見し、その小惑星の軌道を変えて衝突を回避することができれば、それは人類史上最も重要な業績の一つとなるだろう」と述べたと報じられている。[ 30 ]
ブラウン下院議員の長年にわたる地球防衛への貢献を称え、米国下院の法案HR 1022は、彼の名にちなんで「ジョージ・E・ブラウン・ジュニア地球近傍天体調査法」と名付けられました。この法案は「特定の地球近傍小惑星や彗星を検出、追跡、カタログ化、特徴付けるための地球近傍天体調査プログラムを規定する」もので、2005年3月にダナ・ローラボッカー下院議員（共和党、カリフォルニア州選出）によって提出されました。[ 31 ]この法案は最終的に、2005年12月22日に議会で可決され、その後大統領によって署名された2005年NASA認可法S.1281に組み込まれ、その一部には次のように記載されています。
米国議会は、米国の一般的な福祉と安全保障のためには、地球近傍小惑星および彗星の探知、追跡、カタログ化、特性評価にNASAの独自の能力を向け、これらの地球近傍天体が地球に及ぼす潜在的な危険に対する警告と軽減策を講じる必要があると宣言した。NASA長官は、直径140メートル以上の地球近傍天体の探知、追跡、カタログ化、物理的特性評価を行い、これらの地球近傍天体が地球に及ぼす脅威を評価するための地球近傍天体調査プログラムを計画、開発、実施するものとする。この調査プログラムの目標は、本法の施行日から15年以内に、地球近傍天体のカタログ（統計的に予測される地球近傍天体の個体数に基づく）の90%を完成させることである。 NASA長官は、本法の制定日から1年以内に、以下の内容を含む初期報告書を議会に提出しなければならない。(A) 地上および宇宙ベースの代替案と技術的な説明を含む、NASAが調査プログラムを実施するために採用できる可能性のある代替案の分析。(B) 推奨案および推奨案に従って調査プログラムを実施するための予算案。(C) 地球に衝突する可能性のある物体を軌道から逸らすためにNASAが採用できる可能性のある代替案の分析。
この指令の結果、2007年3月初旬に議会に報告書が提出された。これは、NASAのプログラム分析評価（PA&E）室が主導し、外部コンサルタント、エアロスペース・コーポレーション、NASAラングレー研究センター（LaRC）、SAIC（その他）の支援を受けて実施された代替案分析（AoA）調査である。
マサチューセッツ州ケンブリッジにある小惑星センターは、 1947 年以来、小惑星や彗星の軌道をカタログ化してきました。最近では、地球近傍天体(NEO) の発見を専門とする調査が加わり、その多くは (2007 年初頭の時点で) NASA の地球近傍天体プログラム オフィスが Spaceguard プログラムの一環として資金提供を行っています。最もよく知られているものの 1 つは1996 年に開始されたLINEARです。2004 年までに LINEAR は毎年数万個の天体を発見し、すべての新しい小惑星検出の 65% を占めるようになりました。[ 32 ] LINEAR は、ニューメキシコ州にある 2 台の 1 メートル望遠鏡と 1 台の 0.5 メートル望遠鏡を使用しています。[ 33 ]
カタリナ・スカイ・サーベイ（CSS）は、米国アリゾナ州ツーソン近郊にあるスチュワード天文台のカタリナ観測所で実施されています。このサーベイでは、マウント・レモン山頂にある1.5メートル（59インチ） f/2望遠鏡と、マウント・ビゲロー近郊にある68センチメートル（27インチ） f/1.7シュミット望遠鏡の2台の望遠鏡を使用しています（どちらもアリゾナ州ツーソン近郊）。2005年、CSSはリンカーン地球近傍小惑星研究（LINEAR）を上回り、それ以来毎年発見される地球近傍小惑星（NEO）と潜在的に危険な小惑星の総数で、最も多くのNEOを発見したサーベイとなりました。CSSは2005年に310個、2006年に396個、2007年に466個、2008年に564個のNEOを発見しました。[ 34 ]
アリゾナ州キットピーク天文台に設置された口径90センチメートル（35インチ）望遠鏡を使用し、自動指向、画像撮影、分析装置を更新して空に侵入する天体を探索するスペースウォッチは、1980年にアリゾナ大学月惑星研究所のトム・ゲーレルズとロバート・S・マクミランによって設立され、現在はマクミランによって運営されている。スペースウォッチ計画は、キットピークに1.8メートル（71インチ）望遠鏡も導入し、地球近傍天体（NEO）の探索に用いているほか、旧型の90センチメートル望遠鏡には解像度が大幅に向上した改良型電子画像システムを搭載し、探索能力を向上させている。[ 35 ]
その他の地球近傍天体追跡プログラムには、地球近傍小惑星追跡（NEAT）、ローウェル天文台地球近傍天体探査（LONEOS）、カンポ・インペラトーレ地球近傍天体サーベイ（CINEOS）、日本宇宙警備隊協会、アシアゴDLR小惑星サーベイなどがあります。[ 36 ] Pan-STARRSは2010年に望遠鏡の建設を完了し、現在積極的に観測を行っています。
2015年から運用されている小惑星地球衝突最終警報システムは、小惑星軌道の衝突地点付近で後期の衝突を検出することを目的として、ほぼ毎晩夜空をスキャンしている。衝突地点が特定された時点では軌道変更は不可能だが、影響を受ける地球地域の避難や準備には間に合う。
欧州連合が支援する別のプロジェクトは、地球近傍天体（NEO）と地球の衝突を防ぐための現実的な選択肢を分析するNEOShieldです。彼らの目的は、実現可能なNEO緩和コンセプトのテストミッション設計を提供することです。このプロジェクトは特に2つの側面を重視しています。[ 37 ]
「スペースガード」とは、緩やかに連携したこれらのプログラムの名前であり、その一部は、 2008年までに直径1kmを超える地球近傍小惑星の90%を検出するという米国議会の要件を満たすためにNASAの資金提供を受けている。 [ 39 ] 2003年のNASAによる後継プログラムに関する調査では、2028年までに直径140メートル（460フィート）以上の地球近傍小惑星の90%を検出するために2億5000万～4億5000万ドルを費やすことが提案されている。 [ 40 ]
NEODySは、既知の地球近傍天体（NEO）のオンラインデータベースです。
2013年10月、国連宇宙空間平和利用委員会は、危険な小惑星や将来発生する可能性のある地球衝突事象に関する情報の共有センターとして機能する国際小惑星警報ネットワーク（IAWN）の創設など、地球への小惑星衝突に対処するためのいくつかの措置を承認しました。宇宙ミッション計画諮問グループ（SMPAG）は、軌道変更ミッションの技術に関する共同研究を調整し、実際のミッションの監督も行う必要があります。これは、軌道変更ミッションでは通常、地球表面（および関係のない国の領土）を横断して小惑星の予測衝突地点を徐々に移動させ、地球近傍天体（NEO）が軌道が交差する地点で地球の前方または後方に偏向されるためです。[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]国連総会は、 2023年12月16日の決議68/75によりIAWNの設立を承認した。[ 44 ] IAWNの主な任務は、次の基準が満たされた場合に衝突の脅威の可能性を警告することである。すなわち、今後20年以内に衝突確率が1%を超える天体で、大きさが約10メートルを超える場合である。[ 45 ] 2024年1月30日現在、既知の地球近傍天体（NEO）の数は34,274個であり、そのうち2,395個は軌道が地球の軌道から800万キロメートル以内にあり、直径が約140メートルを超える既知の小惑星である。しかし、このサイズのNEOのうち、これまでに発見されたのは約44%に過ぎないと推定されている。[ 46 ]
通知の閾値に初めて達したのは、2024 YR 4の軌道パラメータを精緻化する過程中であった。国連宇宙空間事務局は、米国宇宙軍などに電子メールを送信した。 [ 47 ]衝突の可能性のある天体は、IAWN のホームページに公開されている。[ 48 ]危険な地球衝突小惑星に対してどのような対応を取るかについて、宇宙開発国からの確約はない。2025 年現在、地球全体に影響を与える衝突、宇宙開発国、宇宙船を打ち上げる経済的手段を持たない地域、効果的な避難手段を持たない地域など、さまざまなシナリオの計画がまだ進行中である。[ 47 ]科学者たちは、2021 年のフィクション映画「ドント・ルック・アップ」で描かれているように、多くの人が危険の現実を否定するのではないかと懸念している。[ 47 ]
B612財団は、米国に本部を置く民間の非営利財団で、小惑星の衝突から地球を守ることを目的としています。主に、プリンストン高等研究所、サウスウエスト研究所、スタンフォード大学、NASA、宇宙産業の科学者、元宇宙飛行士、エンジニアによって運営されています。
非政府組織として、地球に衝突する可能性のある地球近傍天体（NEO）を検出し、そのような衝突を回避するために軌道を変える技術的手段を見つけるのに役立つ関連研究を 2 つ実施してきました。財団の目標は、2017～2018 年に打ち上げ予定だった民間資金による小惑星探査宇宙望遠鏡Sentinelを設計および構築することでした。しかし、このプロジェクトは 2015 年に中止されました。Sentinel の赤外線望遠鏡が金星の軌道に似た軌道に配置されていれば、直径140 メートル (460フィート)を超える天体の 90% をカタログ化することで脅威となる地球近傍天体を特定するのに役立ち、さらに太陽系のより小さな天体も調査できたでしょう。[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]
Sentinel が収集したデータは、NASAや小惑星センターなどの学術機関を含む科学データ共有ネットワークに転送することで、地球との衝突の危険性がある小惑星やその他の地球近傍天体を特定するのに役立っただろう。 [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]また、同財団は、重力トラクターを使用して地球から軌道をそらすことで、潜在的に危険な地球近傍天体の小惑星軌道変更を提案している。 [ 53 ] [ 54 ]この概念は、同組織の CEO であり、物理学者で元 NASA 宇宙飛行士のEd Lu氏が共同で考案したものである。[ 55 ]
Orbit@homeは、検索戦略を最適化するための分散コンピューティングリソースを提供することを目的としています。2013年2月16日、助成金の不足によりプロジェクトは中断されました。[ 56 ]しかし、2013年7月23日、Orbit@homeプロジェクトはNASAの地球近傍天体観測プログラムによる資金提供対象に選ばれ、2014年初頭に運用を再開する予定でした。[ 57 ] 2018年7月13日現在、Webサイトによるとプロジェクトはオフラインになっています。[ 58 ]
ベラ・C・ルービン天文台は、 2025年秋から始まる包括的で高解像度の10年間にわたる調査を開始しました。[ 59 ] 140メートルより大きい潜在的に危険な小惑星の80～90％をカタログ化すると予想されています。[ 60 ]
2007年11月8日、下院科学技術委員会の宇宙航空小委員会は、NASAの地球近傍天体探査プログラムの現状を調査するための公聴会を開催した。NASA当局者は、広視野赤外線探査機（WFISE）の使用の可能性を提案した。[ 61 ]
WISEは赤外線帯域で非常に高い感度で空を観測しました。太陽放射を吸収する小惑星は赤外線帯域を通して観測できます。科学的な目標達成に加え、地球近傍天体（NEO）の検出にも利用されました。WISEは1年間のミッション期間中に400個のNEO（推定されるNEO総数の約2%）を検出できると予測されています。
NEOSSat（近地球天体監視衛星）は、宇宙空間でNEOを探すためにカナダ宇宙庁（CSA）が2013年2月に打ち上げた超小型衛星です。 [ 62 ] [ 63 ]さらに、 WISEミッションの拡張である近地球天体WISE（NEOWISE）は、地球の軌道に近い小惑星や彗星を探すために2013年9月に（2回目のミッション拡張で）開始されました。[ 64 ] [ 65 ]
2009年3月26日号の科学誌「ネイチャー」に掲載された研究では、科学者たちが地球の大気圏に突入する前に宇宙空間で小惑星を特定し、コンピューターが太陽系内のその起源領域を特定し、砕け散った破片が地球に到達する時間と場所を予測できた方法が説明されている。直径4メートルの小惑星「2008 TC 3」は、2008年10月6日に自動観測望遠鏡「カタリーナ・スカイサーベイ」によって最初に観測された。コンピューターによる計算では、発見から19時間後に北スーダンのヌビア砂漠に衝突すると正確に予測された。[ 66 ]
99942 アポフィス（以前は暫定名称2004 MN 4として知られていた）など、いくつかの潜在的な脅威が特定されており、2004年には一時的に2029年に衝突する確率が約3%とされていた。追加の観測により、この確率はゼロに修正された。[ 67 ]
2022年9月26日、DARTはディモルフォスに衝突し、小惑星の衛星の公転周期を32分短縮した。このミッションは、小惑星の軌道変更に成功した最初の試みであった。[ 15 ]
中国のCNSAは、2025年までに地球近傍天体2019 VL5（直径30メートルの小惑星）への軌道変更ミッションを打ち上げる予定だった。2024年には、目標の小惑星が2015 XF261に変更され、打ち上げは2027年、宇宙船の小惑星への到着は2029年になると発表された。このミッションは長征3Bロケットで打ち上げられ、衝突機と観測機の両方を搭載する予定である。[ 16 ]
右の図の楕円は、地球に最も接近した小惑星の予測位置を示しています。最初は、小惑星の観測が数件しかないため、誤差楕円は非常に大きく、地球を含んでいます。さらに観測を行うと誤差楕円は縮小しますが、それでも地球を含んでいます。地球が誤差領域のより大きな部分を占めるようになったため、予測される衝突確率は上昇します。最終的に、さらに多くの観測（多くの場合、レーダー観測、またはアーカイブ画像で同じ小惑星が以前に目撃されていたことの発見）によって楕円が縮小し、地球が誤差領域の外側にあることが明らかになり、衝突確率はほぼゼロになります。[ 68 ]
実際に地球に衝突する軌道に乗っている小惑星の場合、観測が増えるにつれて衝突の予測確率は上昇し続けます。この類似したパターンにより、地球に接近するだけの小惑星と実際に衝突する小惑星を区別することが最初は困難になります。その結果、より確実な情報を得るには時間がかかり、予測される衝突に対応できる時間が短くなるため、いつ警報を発令すべきかを判断するのが難しくなります。しかし、警報を発令するのが早すぎると、小惑星が実際に地球を外れた場合に誤報となり、「オオカミ少年」効果を引き起こす危険性があります。 [ 69 ]
コスト、失敗のリスク、複雑さ、技術の成熟度、および全体的なパフォーマンスはすべて、衝突回避戦略を検討する上で重要なトレードオフです。[ 70 ]方法は、緩和の種類（偏向または破砕）、エネルギー源（運動エネルギー、電磁エネルギー、重力エネルギー、太陽/熱エネルギー、または原子力エネルギー）、およびアプローチ戦略（迎撃、[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]ランデブー、または遠隔局）。
戦略は、断片化と遅延。[ 71 ] [ 74 ]破砕は、衝突体を破砕して破片を地球に当たらないようにするか、大気圏で燃え尽きるほど小さくすることで、衝突体を無害化することに重点を置いています。遅延は、地球と衝突体の両方が軌道上にあるという事実を利用します。衝突は、両方が同時に宇宙の同じ地点に到達したとき、より正確には、衝突体が到着したときに地球表面のどこかの地点が衝突体の軌道と交差したときに発生します。地球の直径は約12,750キロメートル（7,920マイル）で、軌道上を約30 km/s（19マイル/秒）で移動しているため、地球は約425秒、つまり7分強で惑星の直径1つ分の距離を移動します。この程度の時間だけ衝突体の到着を遅らせたり早めたりすることで、衝突の正確な形状によっては、衝突体が地球に当たらないようにすることができます。[ 75 ]
衝突回避戦略は、対象物にエネルギーを伝達する速度によって、直接的または間接的と見なすこともできます。核爆弾や運動エネルギー衝突装置などの直接的な方法は、火球の軌道を迅速に遮断します。直接的な方法は、一般的に時間と費用がかからないため好まれます。その効果は即座に現れる可能性があり、貴重な時間を節約できます。これらの方法は、短期および長期の脅威に有効であり、直接押すことができる固体物体に対して最も効果的ですが、運動エネルギー衝突装置の場合は、大きく緩く集積した瓦礫の山に対してはあまり効果的ではありません。重力トラクター、ロケットの取り付け、マスドライバーなどの間接的な方法は、はるかに時間がかかります。対象物まで移動し、宇宙ランデブーのために最大180度進路を変更し、その後、小惑星の軌道を地球を避けるのに十分な程度に変更するのにさらに時間がかかります。
多くの地球近傍天体は、重力によってかろうじてまとまっているだけの「空飛ぶ瓦礫の山」であると考えられており、典型的な宇宙船サイズの運動エネルギー衝突による軌道変更の試みでは、物体を破壊したり、十分に軌道を調整することなく断片化したりするだけかもしれない。 [ 76 ]小惑星が破片に分裂した場合、直径35メートル（115フィート）を超える破片は、大気圏で燃え尽きることなく、それ自体が地球に衝突する可能性がある。このような爆発によって生じる可能性のある何千もの散弾のような破片を追跡することは非常に困難な作業となるだろうが、何もせずに、元々大きかった瓦礫の塊（散弾とワックスの弾丸に似ている）が地球に衝突するのを許すよりは、破片化の方が望ましい。
2011～2012年に実施されたCieloシミュレーションでは、エネルギー供給の速度と量が十分に高く、瓦礫の山の大きさに合致していたため、例えば、特定の核爆発の後など、エネルギーパルスが供給された後に生成された小惑星の破片は、再合体する脅威はなく（小惑星イトカワの形状のものも含む）、代わりに親天体から急速に脱出速度 （イトカワの場合は約0.2m/s）に達し、地球衝突軌道から外れることが示された。[ 77 ] [ 78 ] [ 79 ]
脅威となる天体の表面上、表面上、または表面のすぐ下で核爆発装置を起爆させることは、潜在的な軌道変更オプションであり、最適な起爆高さは対象物の構成とサイズに依存します。 [ 84 ] [ 85 ] [ 86 ]衝突の脅威を軽減するために、地球近傍天体全体を蒸発させる必要はありません。「瓦礫の山」からの接近する脅威の場合、スタンドオフ、つまり表面構成からの起爆高さは、瓦礫の山の潜在的な破壊を防ぐ手段として提案されています。[ 87 ]爆発によって放出される高エネルギー中性子と軟X線は、物質をほとんど透過しないが、 [ 88 ]物体の表面物質に遭遇すると熱に変換され、物体の視線に露出した表面領域を浅い深さまでアブレーション蒸発させ、 [ 87 ]加熱された表面物質を噴出物に変え、化学ロケットエンジンの排気からの噴出物と同様に、ニュートンの第三法則に従って、噴出物が一方の方向に移動して物体が反対方向に推進されるという反応によって、物体の速度を変化させる、つまり「軽く押し出す」 。 [ 87 ] [ 89 ]爆発装置のエネルギーによっては、小惑星の蒸発した質量噴出物の高速によって生じるロケット排気効果と、物体のわずかな質量減少が相まって、物体の軌道に地球を回避させるのに十分な変化が生じるだろう。[ 77 ] [ 89 ]
緊急対応のための超高速小惑星緩和ミッション（HAMMER）が提案されている。[ 90 ] 2023年現在、HAMMERに関する最新情報はないが、NASAは2023年の惑星防衛戦略および行動計画を公表している。その中でNASAは、小惑星の軌道変更または破壊における核エネルギーの可能性の研究を継続することが極めて重要であることを認めている。これは、小惑星の速度に応じて数ヶ月または数年以内に科学者が小惑星の存在を認識できなかった場合、現在、核エネルギーが唯一の防衛手段であるためである。この報告書はまた、このトピックに関する法的影響および政策的影響について研究する必要があると指摘している。[ 91 ]
物体が非常に大きいが、まだ緩くまとまっている瓦礫の山である場合、解決策は、潜在的に緩くまとまっている物体を破壊しないように、小惑星の表面から20メートル（66フィート）以上の距離を保って、小惑星のそばで1つまたは一連の核爆発装置を爆発させることである。この距離戦略が十分に前に実行されていれば、十分な数の核爆発による力によって物体の軌道が十分に変化し、衝突を回避できると、コンピューターシミュレーションとZマシンの熱X線パルスにさらされた隕石からの実験的証拠は示している。[ 92 ]
1967年、マサチューセッツ工科大学のポール・サンドルフ教授の指導の下、大学院生たちは、地球に定期的に接近し、時には月までの距離の16倍まで近づくこともある直径1.4キロメートル（0.87マイル）の小惑星1566イカロスが、18か月後に地球に衝突するという仮説上の事態を防ぐ方法を設計するという課題を与えられた。[ 93 ]この課題を限られた時間枠内で、小惑星の組成に関する限られた知識で達成するために、可変スタンドオフシステムが考案された。これは、迎撃コースに送られる多数の改造サターンVロケットと、100メガトンのエネルギー範囲の少数の核爆発装置（偶然にも、ウランタンパーを使用した場合のソ連のツァーリ・ボンバの最大出力と同じ）を各ロケットのペイロードとして使用するものであった。[ 94 ] [ 95 ]この設計研究は後にプロジェクト・イカロス[ 96 ]として発表され、1979年の映画『流星』のインスピレーションとなった。[ 95 ] [ 97 ] [ 98 ]
2007年に実施されたNASAによる軌道変更案の分析では、次のように述べられている。
核の遠隔爆発は、本研究で分析された非核代替手段よりも10～100倍効果的であると評価されている。核爆薬を地表または地下で使用する他の技術はより効率的かもしれないが、標的の地球近傍天体を破砕するリスクが高まる。また、開発および運用リスクも高くなる。[ 99 ]
同年、NASAは、小惑星アポフィス（直径約300メートル、1,000フィート）の岩石堆積物の密度が現在知られているよりもはるかに低い（1,500 kg/m³ 、100 lb/cu ft）と仮定し、したがって質量も現在知られているよりも低いとする研究を発表した。この研究では、アポフィスは2029年に地球に衝突する軌道上にあると想定されている。この仮説的な条件下では、「クレードル宇宙船」があれば、アポフィスを地球への衝突からそらすのに十分であると報告書は結論付けている。この概念的な宇宙船には、それぞれ最大1.2メガトンの出力に設定された6つのB83物理パッケージ[ 89 ]が束ねられており、 2020年代のある時期にアレスVロケットによって打ち上げられ、各B83は、小惑星の表面上空100メートルまたは330フィート（物体の直径の1/3をスタンドオフとする）の高さで、1つずつ爆発するように信管が取り付けられ、各爆発の間には1時間の間隔が設けられます。この研究の結果は、このオプションを1回使用することで、「直径100～500メートルまたは300～1,600フィートのNEOを衝突の2年前に、より大きなNEOを少なくとも5年前に警告して軌道を変えることができる」ことを示しました。[ 89 ] [ 100 ]これらの有効性数値は、著者らによって「控えめな」値とみなされており、計算を容易にするために、B83 装置の熱 X 線出力のみが考慮され、中性子加熱は無視された。[ 100 ] [ 101 ]
2021年に発表された研究では、効果的な軌道変更ミッションには、数年以上という理想的な警告時間が必要であることが指摘された。警告時間が長ければ長いほど、地球への衝突を避けるために軌道を調整するのに十分なだけ小惑星の軌道を変更するのに必要なエネルギーは少なくなる。この研究ではまた、破壊ではなく軌道変更の方が、小惑星の破片が地球の表面に落下する可能性が低いため、より安全な選択肢になり得ることも強調された。研究者らは、軌道変更によって小惑星の軌道を変更する最良の方法は、核爆発における中性子エネルギーの出力を調整することだと提案した。[ 102 ]
2011年、アイオワ州立大学の小惑星偏向研究センター所長であるボン・ウィー博士（以前に運動学的衝突体の偏向に関する研究[ 76 ]を発表していた）は、地球への衝突までの時間が1年未満の場合、直径50～500メートル（200～1,600フィート）の物体に対処できる戦略の研究を開始した。彼は、必要なエネルギーを供給するには、核爆発または同等のエネルギーを供給できる他の事象が、このような時間的制約内で非常に大きな小惑星に対抗できる唯一の方法であると結論付けた。
この研究の結果、概念的な超高速小惑星迎撃機（HAIV）が開発されました。これは、運動エネルギー衝突体で最初のクレーターを作成し、その最初のクレーター内で後続の地下核爆発を起こすことで、爆発で放出された核エネルギーを小惑星への推進エネルギーに効率的に変換するというものです。[ 104 ]
同様の提案では、運動エネルギー衝突体の代わりに地表で爆発する核兵器を用いて最初のクレーターを作り、そのクレーターをロケットノズルとして利用して後続の核爆発を誘導するというものだ。
ウィー氏は、自身が取り組んだコンピューターモデルでは、 30日間の警告時間があれば、単一のHAIVを使用して300メートル幅（980フィート）の小惑星を破壊できる可能性が示されていると主張した。さらに、モデルでは、小惑星からの破片の0.1%未満が地球の表面に到達することも示された。[ 105 ] 2014年以降、ウィー氏と彼のチームからこの研究に関する実質的な更新はほとんどない。
2015年現在、Wieはデンマーク緊急小惑星防衛プロジェクト（EADP）と協力関係にあり、EADPは惑星保険として非核HAIV宇宙船を設計、建造、保管するための十分な資金をクラウドファンディングで調達することを目指している。非核HAIVアプローチでは効果的に軌道を変えることができないほど大きすぎる、または地球衝突に近すぎる脅威となる小惑星に対しては、国際的な監視の下、必要な状況が発生した場合に核爆発装置（スタンドオフ戦略で使用される爆発力の5%）を使用することが意図されている。[ 106 ]
2020年に発表された研究では、非核運動衝突は小惑星が大きくて近いほど効果が低下すると指摘されています。しかし、研究者たちは、小惑星の片面をX線で覆うように設計された小惑星の表面近くでの核爆発が効果的であることを示唆するモデルを実行しました。プログラムで小惑星の片面をX線で覆うと、そのエネルギーによって小惑星は望ましい方向に推進されます。[ 107 ]この研究の主任研究者であるデイブ・ディアボーン氏は、核衝突は非核アプローチよりも柔軟性があり、エネルギー出力は小惑星の大きさや位置に合わせて調整できると述べています。[ 108 ]
1994年のシューメーカー・レヴィ第9彗星の木星衝突を受けて、エドワード・テラーは、1995年にローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）で開催された惑星防衛ワークショップで、冷戦時代の米国とロシアの兵器設計者の集団に対し、直径1キロメートル（0.6マイル）の小惑星の運動エネルギーに相当する1ギガトンの核爆発装置を共同で設計することを提案した。[ 85 ] [ 110 ] [ 111 ]理論上の1ギガトンの装置は、重量が約25～30トンで、エネルギアロケットで打ち上げられるほど軽量である。これは、直径1キロメートルの小惑星を瞬時に蒸発させ、数ヶ月以内にELEクラスの小惑星（直径10キロメートルまたは6.2マイル以上）の軌道を変えるために使用できる。 1 年前の通知と、木星よりも近い迎撃地点がなければ、カイパーベルトから出てきて2 年以内に地球の軌道を通過する、さらに稀な短周期彗星にも対処できる。この種の彗星は最大推定直径が100 キロメートル (60マイル)であり、キロンは仮想的な脅威として機能した。[ 85 ] [ 110 ] [ 111 ]
2013年、米国とロシアの関連国立研究所は、小惑星からの防衛で協力する意向を含む協定に署名した。[ 112 ]この協定は新戦略兵器削減条約（新START）を補完することを目的としていたが、ロシアは2023年に同条約への参加を停止した。[ 113 ] 2023年4月現在、ロシアの参加停止が隣接する条約にどのような影響を与えるかについて、ホワイトハウスやモスクワからの公式な更新はない。
2022年末現在、小惑星の軌道変更に最も可能性が高く効果的な方法は、核技術を用いるものではありません。代わりに、小惑星の軌道を変えるように設計された運動エネルギー衝突装置を用いるもので、NASAのDARTミッションで有望な結果を示しました。[ 114 ]核技術に関しては、核装置から放出される中性子エネルギーを利用して小惑星の軌道を変える可能性を分析するシミュレーションが実行されました。これらのシミュレーションは有望な結果を示し、ある研究では、中性子エネルギー出力の増加が小惑星の進行方向の角度に顕著な影響を与えることが分かりました。[ 102 ]しかし、2023年4月現在、その可能性を検証する実地試験は行われていません。
宇宙船や地球近傍天体などの巨大な物体を衝突させることも、差し迫った地球近傍天体衝突への対策として考えられる。地球に近い場所に質量の大きな物体を衝突コースに送り込むことで、小惑星の軌道をずらすことができるかもしれない。
小惑星がまだ地球から遠く離れているうちに、小惑星の軌道を変える方法の一つとして、宇宙船を小惑星に衝突させることで、その運動量を直接変化させる方法がある。
2007年に実施されたNASAによる軌道変更案の分析では、次のように述べられている。
非核運動衝突体は最も成熟したアプローチであり、特に単一の小さな固体天体で構成される地球近傍天体の場合、いくつかの軌道変更/緩和シナリオで使用できる可能性がある。[ 99 ]
この偏差法は、 DARTによって実施され、またNASAのディープインパクト探査機によって全く異なる目的（彗星の構造と組成の分析）で実施されているが、地球近傍天体に対して宇宙船を打ち上げるというものである。小惑星の速度は運動量保存の法則によって変化する。
V1は宇宙船の速度、V2は衝突前の天体の速度、V3は衝突後の速度を表す。M1とM2はそれぞれ宇宙船と天体の質量である。速度はベクトルで表される。
欧州連合のNEOShield-2ミッション[ 118 ]も、主に運動エネルギー衝突緩和法を研究している。運動エネルギー衝突緩和法の原理は、衝突宇宙船の衝突後にNEOまたは小惑星の軌道が逸れるというものである。衝突体が10 km/s（36,000 km/h、22,000 mph）以上の非常に高速でNEOに衝突する際に、運動量伝達の原理が利用される。衝突体の運動量がNEOに伝達され、速度が変化し、その結果、軌道がわずかに逸れる。[ 119 ]
2021年半ばの時点で、改良されたAIDAミッションが承認されました。NASAの二重小惑星軌道変更試験（DART）運動エネルギー衝突機は2021年11月に打ち上げられました。目標は、地球近傍小惑星65803ディディモスの180メートル（590フィート）の小惑星衛星ディモルフォス（愛称ディディムーン）に衝突することでした。衝突は、ディディモスが地球に比較的近い2022年9月に発生し、地球上の望遠鏡や惑星レーダーで観測することが可能になりました。衝突の結果、ディモルフォスの軌道速度、ひいては公転周期が、地球から測定できるほど大きく変化します。これにより、将来的に積極的な緩和策が必要になる可能性が最も高いサイズの、直径200メートル（660フィート）程度の小さな小惑星の軌道を変更できることが初めて示されます。 2023年3月に行われた二重小惑星方向転換試験システムの打ち上げと運用は、核兵器を使用せずに小惑星を安全に方向転換できることを世界に示した。AIDAミッションの第2段階であるESA HERA宇宙船は、 2019年10月にESA加盟国によって承認された。HERAは2026年にディディモス系に到達し、ディモルフォスの質量と、その天体への衝突の正確な影響の両方を測定することで、AIDAミッションを他のターゲットに外挿する際の精度を大幅に向上させる。[ 120 ]
爆発による軌道変更の代替案として、小惑星を時間をかけてゆっくりと移動させる方法がある。少量の推力が一定量蓄積されることで、物体を軌道から十分に逸らすことができる。エドワード・T・ルーとスタンリー・G・ラブは、小惑星の上空に巨大な無人宇宙船を浮かべ、重力によって小惑星を脅威とならない軌道に引き込むことを提案している。両方の物体は互いに重力で引き寄せられるが、宇宙船はイオン推進器などを用いて小惑星に向かう力に対抗できるため、結果として小惑星は宇宙船に向かって加速され、軌道からわずかに逸れることになる。この方法は時間がかかるものの、小惑星の組成や自転速度に関係なく機能するという利点がある。瓦礫の山のような小惑星は核爆発による軌道変更が難しく、また、高速回転する小惑星に推進装置を取り付けるのは困難または非効率的である。重力トラクターは効果を発揮するためには、小惑星のそばで数年間過ごす必要があるだろう。
2007年に実施されたNASAによる軌道変更案の分析では、次のように述べられている。
「スロープッシュ」緩和技術は最も費用がかかり、技術的な準備レベルが最も低く、脅威となる地球近傍天体まで移動して軌道を変える能力は、数年から数十年のミッション期間が可能でない限り制限されるだろう。[ 99 ]
別の「非接触」小惑星偏向技術[ 121 ]では、近くにホバリングしている宇宙船から小惑星に向けて低発散イオンスラスタを使用する。小惑星表面に到達したイオンによって伝達される運動量は、重力トラクターと同様の方法で小惑星を偏向させる、ゆっくりとしたが継続的な力を生み出すが、より軽量な宇宙船で済む。
HJ メロシュと IV ネムチノフは、小惑星や彗星の表面に太陽エネルギーを集中させて物質の蒸発による推力を発生させることで、小惑星や彗星の軌道を変えることを提案した。 [ 122 ]この方法ではまず、太陽炉で使用されるものと同様の、大型の集光凹面鏡システムを備えた宇宙ステーションを建設する必要がある。
高濃度太陽光による軌道緩和は、地球規模の脅威となる天体であっても、長期間の警告なしに、1年以内に所定の軌道変更を達成できる規模にまで拡張可能である。[ 122 ] [ 123 ]
このような迅速な戦略は、潜在的な危険の発見が遅れた場合や、必要に応じて追加的な対策を講じる場合に、時宜を得たものとなる可能性がある。従来の凹面反射鏡は、鏡面の前面に位置する巨大な遮蔽された宇宙ターゲットの場合、高集光ジオメトリには実際には適用できない。これは主に、光軸が太陽と一致しない場合の光学収差により、ターゲット上のミラーの焦点が大きく広がるためである。一方、コレクターをターゲットからそのサイズよりもはるかに遠い位置に配置すると、太陽光線の自然な発散により、必要な集光レベル（したがって温度）が得られない。このような主な制約は、1つまたは複数の遮蔽されていない前方反射コレクターを小惑星に関して配置するあらゆる場所で必然的に発生する。また、カセグレン望遠鏡に見られるような二次鏡を使用する場合、主鏡からの部分的に集光された太陽光によって熱損傷を受けやすい。
上記の制約を取り除くために、VP Vasylyev は、鏡面集光器の代替設計であるリングアレイ集光器の適用を提案した。[ 123 ]このタイプの集光器は、焦点領域が下面レンズのような位置にあるため、ターゲットによる集光器の影を回避し、噴出する破片によるコーティングのリスクを最小限に抑えることができる。太陽光を約 5 × 10 3倍に集光すると、表面放射照度が約 4-5 MW/m 2となり、約1,000 N (200 lbf)の推力効果が得られる。焦点下の回転する小惑星表面の激しいアブレーションにより、深い「峡谷」が現れ、噴出するガス流がジェット状になる可能性がある。これは、小惑星の直径の約半分のサイズのリングアレイ集光器を使用するだけで、数ヶ月以内に0.5 km (0.3 mi)の小惑星を偏向させるのに十分であり、追加の警告期間は不要である。直径1.3～2.2km （0.8～1.4マイル）の大型地球近傍天体（NEO）を迅速に軌道から逸らすには、必要な集光器のサイズは目標天体の直径と同程度になります。警告時間が長くなる場合は、必要な集光器のサイズを大幅に縮小できる可能性があります。
マスドライバーとは、小惑星に搭載された（自動）システムで、物質を宇宙空間に放出することで、小惑星にゆっくりとした一定の推進力を与え、質量を減少させるものです。マスドライバーは、比推力が非常に低いシステムとして設計されており、一般的に多くの推進剤を使用しますが、出力はごくわずかです。これは基本的に、小惑星自体を利用して衝突を回避する仕組みです。
モジュール式小惑星偏向ミッション排出ノード（MADMEN）は、宇宙探査車などの小型無人機を着陸させて小惑星の小さな部分を砕くというアイデアです。ドリルを使用して表面から小さな岩や巨礫を砕くと、破片が非常に速く表面から排出されます。小惑星には力が作用していないため、これらの岩は小惑星を非常にゆっくりとした速度で軌道から押し出します。このプロセスには時間がかかりますが、正しく実行されれば非常に効果的になる可能性があります。[ 124 ]地元の材料を推進剤として使用する場合、推進剤の量よりも、おそらく制限されているであろう電力の量の方が重要であるという考えです。
宇宙船の推進装置を取り付けると、同様の推進力を与える効果があり、小惑星を地球から遠ざける軌道に押し出す可能性がある。10 6 N·s のインパルスを与えることができる宇宙ロケットエンジン（例えば、1000 kg の乗り物に1 km/s を加える ）は、質量が約 100 万倍もある比較的小さな小惑星に対しては、比較的小さな影響しか与えない。チャップマン、ダーダ、ゴールドのホワイト ペーパー[ 125 ]は、小惑星に投入された既存の化学ロケットを使用して偏向を計算している。
このような直接推進ロケットエンジンは、通常、イオン推進器やVASIMRなどの高効率な電気推進式宇宙船推進システムを利用することが提案されている。
核兵器の効果と同様に、小惑星の表面に十分なレーザーエネルギーを集中させることで、瞬間蒸発/アブレーションを引き起こし、小惑星の質量を瞬時に生成または除去することが可能だと考えられています。小惑星レーザーアブレーションと呼ばれるこの概念は、 1995 年の SpaceCast 2020 [ 126 ]ホワイトペーパー「惑星防衛の準備」[ 127 ]および 1996 年の Air Force 2025 [ 128 ]ホワイトペーパー「惑星防衛：地球のための壊滅的な健康保険」[ 129 ]で明確に示されました。初期の出版物には、1996 年の CR Phipps の「ORION」コンセプト、2000 年の Jonathan W. Campbell 大佐のモノグラフ「宇宙でのレーザーの使用：レーザー軌道デブリ除去と小惑星偏向」[ 130 ] 、および 2005 年の NASA の彗星小惑星保護システム (CAPS) のコンセプトが含まれます。[ 131 ]通常、このようなシステムには、宇宙太陽光発電衛星から得られるような、かなりの量の電力が必要となります。
もう一つの提案は、フィリップ・ルービンのDE-STAR [ 132 ]提案である。
カール・セーガンは著書『ペイル・ブルー・ドット』の中で、地球への衝突天体の軌道変更技術について懸念を表明し、地球に衝突する天体をそらすことができるいかなる方法も、無害な天体を地球に向けて方向転換させるために悪用される可能性があると指摘した。大量虐殺を行った政治指導者の歴史や、そのようなプロジェクトの真の目的が科学者の大多数に対して官僚主義的に隠蔽される可能性を考慮すると、セーガンは地球は自然災害よりも人為的な衝突によってより大きな危険にさらされていると判断した。セーガンは、軌道変更技術は実際の緊急事態においてのみ開発されるべきだと提唱した。
低エネルギー照射による軌道変更技術はすべて、本質的に精密な制御と操縦能力を備えているため、本来は地球上の特定の目標に接近するだけの小惑星に、適切な量のエネルギーを加えることで軌道を変えることが可能となる。
元NASA宇宙飛行士のラスティ・シュヴァイカートによれば、重力牽引方式は、小惑星の軌道を変更する過程で、地球上で最も衝突する可能性が高い地点が様々な国にまたがって徐々に移動するため、物議を醸している。そのため、地球全体への脅威は最小限に抑えられるものの、特定の国の安全保障が犠牲になる。シュヴァイカートの意見では、小惑星をどのように「引きずり」するかを選択することは、難しい外交上の決定となるだろう。[ 141 ]
核弾頭による軌道変更に伴う不確実性の分析によると、地球を守る能力は、地球を標的にする能力を意味するものではない。小惑星の速度を 毎秒 10 メートル (プラスマイナス 20%) 変化させる核爆発は、地球に衝突する軌道から小惑星を押し出すのに十分である。しかし、速度変化の不確実性が数パーセントを超えると、小惑星を特定の標的に誘導できる可能性はなくなる。また、核爆発が「散弾銃効果」を引き起こし、小惑星を粉砕して地球に破片をばらまき、単一の衝突よりも広範囲にわたる被害をもたらすリスクもある。[ 142 ]
さらに、宇宙への原子力技術の打ち上げには法的懸念があります。1992年、国連は、宇宙の汚染防止や地球上のすべての市民を潜在的な放射性降下物から保護することなど、宇宙への原子力技術の送信に関する厳格な規則を定めた決議を採択しました。[ 143 ] 2022年現在、国連は、特に民間組織が現代の宇宙開発競争に参加するにつれて宇宙旅行の分野が拡大していることを踏まえ、原子力機器を宇宙に打ち上げる際の安全性と法的問題について検討を続けています。国連宇宙空間平和利用委員会は最近、以前の決議の要点を強調し、宇宙における原子力に関してすべての人々の安全を確保するのは加盟国の責任であると述べました。[ 144 ]
この記事には、リンダ・ヘリッジ氏のパブリックドメイン資料が含まれています。NASA 、SpaceXがDARTを打ち上げ：初の惑星防衛試験ミッション。米国航空宇宙局。2022年8月24日取得。
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)弾頭は地球近傍天体の直径の 3 分の 1 の距離で爆発し、それぞれの爆発の X 線、ガンマ線、中性子が地球近傍天体の表面の一部を膨張するプラズマに変え、小惑星の軌道を変える力を生み出す。「NASA、小惑星を爆破する『アルマゲドン』宇宙船を計画」 。 2014年8月3日取得。
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