第13章彗星と小惑星――太陽系に残されたかけらComets and Asteroids: Debris of the Solar System

The 1986 Giotto flyby of Comet Halley, which gave us the first picture of an active comet nucleus, was a watershed in our understanding of comets. In the 1990s, European scientists decided to design a much more ambitious mission that would match orbits with an incoming comet and follow it as it approached the Sun. They also proposed that a smaller spacecraft would actually try to land on the comet. The 2-ton main spacecraft was named Rosetta, carrying a dozen scientific instruments, and its 100-kilogram lander with nine more instruments was named Philae.

1986年にジオットがハレー彗星をフライバイし、活動中の彗星核の最初の写真をもたらしたことは、彗星の理解の転換点となった。1990年代、欧州の科学者たちは、太陽へ入ってくる彗星と軌道を合わせ、太陽に近づく間ずっと追いかける、はるかに意欲的な探査を設計することにした。小さな探査機で、実際に彗星への着陸も試みると提案した。12個の科学観測装置を積む、質量2トンの主探査機はロゼッタと名付けられ、さらに九つの装置を積む100kgの着陸機はフィラエと名付けられた。

The Rosetta mission was launched in 2004. Delays with the launch rocket caused it to miss its original target comet, so an alternate destination was picked, Comet Churyumov-Gerasimenko (named after the two discoverers, but generally denoted 67P). This comet’s period of revolution is 6.45 years, making it a Jupiter-family comet.

ロゼッタは2004年に打ち上げられた。打ち上げロケットの遅延によって、当初の目標の彗星へ向かえなくなったため、代わりの目的地としてチュリュモフ・ゲラシメンコ彗星が選ばれた。二人の発見者にちなんだ名前だが、通常は67Pと表す。この彗星の公転周期は6.45年なので、木星族彗星に入る。

Since the European Space Agency did not have access to the plutonium-fueled nuclear power sources used by NASA for deep space missions, Rosetta had to be solar powered, requiring especially large solar panels. Even these were not enough to keep the craft operating as it matched orbits with 67P near the comet’s aphelion. The only solution was to turn off all the spacecraft systems and let it coast for several years toward the Sun, out of contact with controllers on Earth until solar energy was stronger. The success of the mission depended on an automatic timer to turn the power back on as it neared the Sun. Fortunately, this strategy worked.

欧州宇宙機関は、NASAが深宇宙探査で使う、プルトニウムを燃料とする原子力電源を利用できなかった。そのためロゼッタは太陽電池で動く必要があり、特に大きな太陽電池パネルを必要とした。それでも、67Pの遠日点近くで彗星と軌道を合わせる間、探査機を動かし続けるには不十分だった。唯一の解決策は、すべての機器の電源を切り、太陽光が強くなるまで地上の管制との通信を絶って、太陽へ向かって何年も惰性で飛ばせることだった。探査の成功は、太陽に近づくと電源を入れ直す自動タイマーにかかっていた。幸い、この作戦はうまくいった。

In August 2014, Rosetta began a gradual approach to the comet nucleus, which is a strangely misshapen object about 5 kilometers across, quite different from the smooth appearance of Halley’s nucleus (but equally dark). Its rotation period is 12 hours. On November 12, 2014, the Philae lander was dropped, descending slowly for 7 hours before gently hitting the surface. It bounced and rolled, coming to rest under an overhang where there was not enough sunlight to keep its batteries charged. After operating for a few hours and sending data back to the orbiter, Philae went silent. The main Rosetta spacecraft continued operations, however, as the level of comet activity increased, with steamers of gas jetting from the surface. As the comet approached perihelion in September 2015, the spacecraft backed off to ensure its safety.

2014年8月、ロゼッタは彗星の核へ徐々に近づき始めた。核は大きさ約5kmの奇妙にいびつな天体で、ハレー彗星の核の滑らかな見た目とは大きく異なった。ただし、暗さは同じだった。自転周期は12時間である。2014年11月12日、フィラエ着陸機が放出され、7時間かけてゆっくり降下し、そっと表面に接触した。フィラエは跳ねて転がり、張り出した地形の下で止まったが、そこには電池を充電し続けるのに十分な日光がなかった。数時間動作して周回機へデータを送ると、フィラエは沈黙した。しかし主探査機ロゼッタは活動を続けた。彗星の活動は高まり、表面からガスの筋が噴き出していた。彗星が2015年9月の近日点へ近づくと、探査機は安全を確保するため距離を取った。

The extent of the Rosetta images (and data from other instruments) far exceeds anything astronomers had seen before from a comet. The best imaging resolution was nearly a factor of 100 greater than in the best Halley images. At this scale, the comet appears surprisingly rough, with sharp angles, deep pits, and overhangs (Figure 13.24).

ロゼッタの画像や、ほかの装置が得たデータの規模は、それまで天文学者が彗星で見たものを、はるかに上回る。最高の画像解像度は、最良のハレー彗星画像より100倍近く高かった。この尺度で見ると、彗星は驚くほどごつごつしており、鋭い角、深いくぼみ、張り出した地形がある（図13.24）。

The double-lobed shape of 67P’s nucleus has been tentatively attributed to the collision and merger of two independent comet nuclei long ago. The spacecraft verified that the comet’s dark surface was covered with organic carbon-rich compounds, mixed with sulfides and iron-nickel grains. 67P has an average density of only 0.5 g/cm³ (recall water in these units has a density of 1 g/cm³.) This low density indicates that the comet is quite porous, that is, there is a large amount of empty space among its materials.

67Pの核が二つの膨らみを持つ形をしているのは、はるか昔、独立した二つの彗星核が衝突・合体したためだと、暫定的に説明されている。探査機は、その暗い表面が炭素に富む有機化合物に覆われ、硫化物や鉄・ニッケルの粒が混じっていることを確認した。67Pの平均密度はわずか0.5g/cm³だ。この単位で水の密度は1g/cm³であることを思い出そう。この低密度は、彗星が非常に多孔質で、物質の間に大きな空間があることを示す。

We already knew that the evaporation of comet ices was sporadic and limited to small jets, but in comet 67P, this was carried to an extreme. At any one time, more than 99% of the surface is inactive. The active vents are only a few meters across, with the material confined to narrow jets that persist for just a few minutes (Figure 13.25). The level of activity is strongly dependent on solar heating, and between July and August 2015, it increased by a factor of 10. Isotopic analysis of deuterium in the water ejected by the comet shows that it is different from the water found on Earth. Thus, apparently comets like 67P did not contribute to the origin of our oceans or the water in our bodies, as some scientists had thought.

彗星の氷の蒸発が断続的で、小さなジェットに限られることは、すでに知られていた。しかし67Pでは、それが極端になっている。どの時点でも、表面の99％以上は活動していない。活動する噴出口は幅が数mしかなく、物質は細いジェットに限られ、数分しか続かない（図13.25）。活動の程度は太陽による加熱に強く依存し、2015年7月から8月の間に10倍になった。彗星が放出した水に含まれる重水素の同位体分析は、その水が地球の水とは異なることを示す。したがって、一部の科学者が考えていたように、67Pのような彗星が、私たちの海や体内の水の起源に寄与したわけではないらしい。