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太陽系外の星への到達は可能な日がくるのでしょうか?

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本記事は、Will We Ever Make It to Stars Outside Our Solar System?
翻訳・再構成したものです。
配信元または著者の許可を得て配信しています。

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読了時間 : 約3分32秒

宇宙開発の始まり以来、人類は月への人類打ち上げから 火星と土星の自然衛星であるタイタン、にローバーを着陸させることなど多くのことに成功してきました。今日、太陽系のあちこちに人工衛星を作りましたが、他の惑星へ到達することができる日を想像したことがありますか?そもそも可能なのでしょうか。

 

ボイジャー1号、人類が作った最も昔の探査機は10年ほど前に太陽系を離れ、1977年に打ち上げられました。40年以上の旅の後、無人探査機は現在、太陽から210億kmの距離にあり、16.99kbpsの定常速度を保っています。これは、太陽系を離れた最速の宇宙船でもあります。

 

これができるなら、太陽系の外へ到達し他の惑星に到達することができるという人もいます。まぁ、すぐに結論を出すのはやめておきましょう。

 

地球に最も近い恒星、プロキシマ・ケンタウリへの到達

アインシュタインの特殊相対性理論によると、光の速さは物質や情報が宇宙を移動する際の最高限度であるとされています。現実的に普通光と関係していますが、それは、すべての質量のない粒子が真空中を移動する速度です。正確な数値は、秒速299,792,458 mです。

 

私達の惑星から最も近い星は、プロキシマ・ケンタウリで、4光年以上離れています。つまり、その星からの光が光の速さで移動したとしても、地球と反対側に到達するまで4年かかるという事です。

 

相対的な近さのおかげで、この星系は最初の恒星間宇宙旅行の候補先の1つとなってきました。研究者達は、その星は現在でも地球に向かって推定22.2km/sの速さで近づいてきていることを発見しています。このスピードでいけば、この星系は26,700年後には地球から3.11光年の距離まで近づくでしょう。

 

ボイジャー1号は現在、太陽に対して秒速17,000mの速度で飛んでいます。このスピードで、偶然ボイジャー調査機がプロキシマ・ケンタウリに向かったとしたら、76000年以上かけてでその星に到達します。

 

これまで人類が作った探査機で最も速いのは、「ヘリオスB」で、太陽の工程を研究するために打ち上げられ、最大秒速70,200mまたは時速252,792kmの速さが記録されています。

 

この場合、探査機はヘリオスBの画期的なスピードに到達でき、赤色矮星へ到達するのに19,000年以上かかります。後者の方が聞こえはいいですが、まだ実行できていません。

 

現在の宇宙旅行技術の状況

 

 

今日使っている技術は必ず改良されます、そしてそれは宇宙旅行分野の技術を含まれています。現在、宇宙船分野で使われている推進力の最も進歩的なフォームの1つは、イオンドライブエンジンです。イオン推進力がSFと思われている時代がありましたが、今や現実的なものになっています。

 

近年では、イオン推力技術はディープスペース1とドーンを含む様々な実行中の惑星間飛行ミッションで利用されています。更に、ESAのSMART-1月面探査機でも利用されており、2006年にミッション完遂しています。プロキシマ・ケンタウリへの到達を攻略するためにイオンの推進力を利用するならば、推力は大量の推進剤(キセノン)を必要とするでしょう。

 

もし、私達が82キロのキセノン(ディープスペース1の最大容量)が最大時速56,000kmで探査機を動かすとすると、プロキシマ・ケンタウリに到達するまで81,000年以上かかることになります。

 

重力アシスト方式

高度な推力とは別に、宇宙旅行は重力アシスト方式の実装に成功すればより早く実現できます。惑星体の重力を利用した宇宙船がそれ自体の速度や軌道や経路を変えます。重力アシストは小惑星帯の外での宇宙ミッションを遂行するのに必要な技術です。

 

1974年、NASAのマリナー10号は金星の引力を水星に向かってスリングショットを打つために利用した最初の宇宙ミッションとなりました。1980年代にはボイジャー1号探査機が現在の速度を得るために木星と土星の重力を利用し、恒星空間へ向かいました。

 

未来はどのようになるのか

電磁波(EM)ドライブ

他に有名な未来的なものは、高周波共振器スラスタ、シンプルにするとEMドライブです。この技術の裏側は、空洞の中で電磁波から推力を作りだすことです。2001年にイギリスの科学者ロジャー・K・シュワイヤーによってはじめて提唱されました。

 

2015年、科学者たちはEMドライブで宇宙船を冥王星へたったの18か月(ニューホライズンズは9年間でその偉業を達成)で到達できることを確認しています。しかし、研究者達はどのように動くのかといった明確な考えを持っていません。計算に基づいて、プロキシマに向かうEMドライブ宇宙船は、そこに到達するまで13,000年以上かかるでしょう。段々と近づいてきていると思います。

 

核熱・核電気推進装置

次に核エンジンを使って宇宙船です。NASAが数十年かけて熟考してきたアイディアです。重水素とウランをリアクター内の液体水素を熱するのに利用している核熱推進装置(NTP)ロケットは、プラズマに変化します。つまり、ロケットのノズルから噴出することで推力を作り出します。

 

反物質エンジン

 

 

反物質を耳にしたことがありますか?もしないのであれば、反物質は通常の粒子の反対電荷をもつ反粒子物質です。

 

反物質は物体と反物体間で推力を作り出すために利用されます。39回 AIAA/ASME/SAE/ASEE共同推進会議で発表されたレポートによると、2つのステージの反物質エンジンロケットは、プロキシマ・ケンタウリに到達するために燃料800,000メトリックトン以上必要と述べています。

 

1グラムの反物質で莫大なエネルギーを作りだしますが、1グラム作り出すのに25,000,000,000キロワットアワーの電力量と莫大なコストがかかります。現在、人類は20ナノグラム以下の反物質しか作ることができていません。

 

推力領域での驚異的な進捗がない限り、私達の太陽系に限られてしまうことは明らかであり、私たちは、恐ろしいほどの長期的な移動戦略を考えなければなりません。

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