NASAのニューホライズンズ宇宙探査機は、10年前にプルートの一瞬の姿を捉えました。この遠く離れた世界は、冷たい太陽系の深淵にありながら、爽やかな風景を持っており、興味深いことに自らを刷新しているように見えます。
このミッションは、1930年に天文学者クライド・トンボーによって発見されて以来残されていたプルートに関する多くの疑問に答えました。しかし、惑星探索によくあることですが、ニューホライズンズによる2015年7月14日のプルートへのフライバイ結果は、数え切れないほどの新たな疑問を生み出しました。最も重要なのは、なぜこのようなダイナミックな世界が太陽からこれほど遠くに存在するのかということです。
今後数十年、科学者がこれらの質問に答えるために利用できるリソースは、ニューホライズンズミッションが収集した50ギガビット以上のデータアーカイブや、ハッブル宇宙望遠鏡やジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡などの地上または宇宙ベースのオブザーバトリーによる数十億マイル離れた観測のみになります。
この現実は明らかです。ニューホライズンズの遭遇から10年が経った今、プルートに戻るためのミッションは計画されておらず、現実的な見通しもありません。
世代を超えるミッション
通常、NASAの予算が安定している場合、科学者は約10年または20年後にプルートへの新しいミッションの開発を始めるチャンスを得ることができます。しかし、トランプ政権はNASAの科学予算を半分に削減することを提案しており、これは太陽系探査の将来のミッションを危険にさらすだけでなく、ニューホライズンズ自体を含む多くの運行中の宇宙探査機を停止させる危険性が高いです。
提案された予算削減は、NASAおよび広範な宇宙科学コミュニティ内の士気を低下させています。もし実施されれば、予算の削減はNASAの実際のミッションにのみ影響を与えるわけではなく、ニューホライズンズアーカイブに保存された既存のデータを分析するための研究資金や、遠くからプルートを観測するための望遠鏡観察に必要な助成金をも削減します。
ホワイトハウスは、Europa Clipperや土星の衛星タイタンを飛行するためのエキサイティングなミッションDragonflyなどの新たに立ち上げられたミッションの資金は維持しています。しかしトランプ政権の提案する予算は、NASAが人間の探索を中心に取り組み、商業プロジェクトの数を資金提供することに躊躇があることを示唆しています。
この環境下で、次の20年の間に新しいプルートミッションが開発されることを想像するのは難しいです。たとえ議会や未来の大統領政権がNASAの惑星科学予算を取り戻しても、プルートミッションは同機関の優先事項のトップにはならないでしょう。
国立アカデミーの最近の10か年調査では、2023年までのNASAの惑星科学プログラムへの推奨事項で、火星サンプルリターンや天王星オービター、エンケラダスの「オービランダー」ミッションが優先されるとされています。これらのミッションが2032年までに打ち上げられる realistic chance はなく、どれもその時までには進展している可能性は高くありません。
最新の10か年調査に参加した科学者のパネルは、プルートへの二回目のミッションは技術的リスクとコストの評価報告を必要としないと判断し、これはNASAの科学優先事項のリストにも含まれなかったことを意味します。
科学コミュニティ全体で、プルートへのフォローアップミッションはフライバイではなく、オービターであるべきだという合意があります。ニューホライズンズは、ほぼ31,000 mph（14キロメートル毎秒）という相対速度でプルートを飛び、7,750マイル（12,500キロメートル）まで接近しました。
その範囲と速度では、宇宙探査機の最良のカメラは、1時間未満の間にフットボール場と同程度の大きさの物体を解決できるだけでした。
プルートはそこに存在し、次の瞬間には消えてしまったのです。ニューホライズンズは、良好な解像度でプルートの半分しか捉えることができませんでしたが、観測したものからは、冷凍窒素とメタンのハート型の氷シートや、水の氷の小山が散在している様子が明らかになりました。これらは、科学者たちが埋もれた液体の水の海を予想しているものの上に浮かんでいます。
プルートは、凍りつかずにいるために、内部熱の湧き水を抱えているに違いありません。これは、ニューホライズンズの到着前には予測されていなかったことです。
プルートの海はどのようなものなのか？ プルートの氷のシートはどれくらいの厚さなのか？ プルートの疑われるクリオボルケーノは、今日でも活動しているのか？ そして、プルートの反対側にはどんな秘密が隠されているのか？
これらの疑問は、オービターによって解決される可能性があります。ニューホライズンズに関与した一部の科学者は、プルートを軌道するための概念的ミッション「ペルセポネ」の計画を策定しました。このミッションは、神話におけるプルートの妻に由来していますが、実際の提案としてNASAには提出されていませんが、プルートの軌道に入るために追従しなければならない困難を示すのに価値があります。
核が答え
2020年に発表された「ペルセポネ」の初期の構想は、2031年にNASAのSLSブロック2ロケットと追加のセントールキックステージを使用して打ち上げることを想定していました。再度言いますが、これはあまりにも野心的なミッションの現実的なタイムラインではありません。この概念のために選択されたロケットは実際には存在しません。しかし、ペルセポネが2031年に強化された超重力SLSロケットで打ち上げることができると仮定すると、宇宙探査機がプルートに到達するまでに27年以上かかり、2058年に軌道に移ることになります。
アラン・スターンが主導する別のコンセプトスタディは、2030年頃にSLSロケットで打ち上げれば、将来的なプルートオービターが遅くとも2050年代後半に目的地に到達できる可能性があることを示しています。スターンの概念「ゴールドスタンダード」は、プルートを離れるために必要な推進剤を確保し、より遠くにある別の天体をフライバイすることを可能にします。
ペルセポネとゴールドスタンダードの両方は、プルート行きの宇宙探査機が木星からの重力ブーストを受けることができると仮定しています。しかし、木星は2032年から2040年代初頭まで不適格になるため、その数年間に地球を出発するミッションには10年またはそれ以上の移動時間が追加されます。
ニューホライズンズは、地球からプルートまでの移動に9年を要しましたが、宇宙探査機はオービターに必要なものよりもかなり小型でした。それは、オービターはプルートへの接近時に減速するために必要な十分なエネルギーと燃料を持たなければならないからです。そうでないと、宇宙探査機は速すぎて、ニューホライズンズのようにプルートを通り過ぎてしまうことになります。
ペルセポネの概念は、5つの核熱電力発生器と従来の電気スラスタを使用することになっており、現行技術の範囲に留まります。2020年に、ジョン・カサニによるホワイトペーパーは、次世代の核電気推進の長期的な可能性を示しました。
比較的控えめな10キロワットの核反応炉を使用して電気スラスタを駆動すれば、プルートへの飛行時間を25〜30％短縮でき、同時にデータを地球に4倍の速さで送信するのに十分な電力を供給できると、ペルセポネ概念ミッションの報告書に示されています。
しかし、核電気推進技術はまだ開発初期段階にあり、トランプの予算提案は核ロケット研究に対する資金も削除しています。
SpaceXのStarshipのようなロケットは、最終的には外部太陽系にプローブを加速させる能力を持つかもしれませんが、Starshipのプルートミッションの可能性についての詳細な研究は公開されていません。Starshipによって打ち上げられるプルートプローブは独自の挑戦を伴いますし、核電気推進に対する優位性を持つかどうかも不明です。
これら全ての費用は、現在のところ誰にも分かりません。科学者たちによると、ペルセポネの概念のコストは、打ち上げ費用を除いて30億ドルと推定されており、プルートミッションが特注の打ち上げ解決策を必要とすれば、打ち上げ費用だけで10億ドル以上かかる可能性があります。核電気推進システムの開発も、間違いなく数十億ドルのコストがかかるでしょう。
これらすべてを考慮すると、NASAによるプルートの最初の探査と次の探査の間に50年以上の時間が経過する可能性があることを示唆しています。これは、NASAのボイジャー宇宙探査機による天王星と海王星の初のフライバイの間に経過した期間と一致しています。
したがって、科学者たちは再び、太陽系で最も魅力的な世界の一つを改めて調査するまでの長い待機に備えているのは当然のことです。
画像の出所：arstechnica