小惑星「ベンヌ」のかけらが地球に、「オサイリス・レックス」は新たな旅へ

太陽系をまわる小惑星のひとつ「ベンヌ」。太陽系の起源と生命の誕生にまつわる手がかりを秘めているかもしれない、そしていつかは地球に衝突するかもしれないこの天体に、米国航空宇宙局(NASA)の探査機「オサイリス・レックス」が舞い降りたのは、いまから3年前の2020年10月21日のことだった。

オサイリス・レックスはベンヌの地表から岩石を採取し、カプセルに詰め込んだ。そして2023年9月24日、そのカプセルを地球に送り届けることに成功した。これから地上の装置を使い、詳しい分析が始まることになる。

一方、オサイリス・レックスは「オサイリス・エーペックス」と名を変え、新たなミッションに向けて、地球をふたたび後にした。

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  地球に帰還したオサイリス・レックスの回収カプセル。中には小惑星「ベンヌ」で採取した岩石など(サンプル)が入っている (C) NASA/Keegan Barber

オサイリス・レックスとは？

オサイリス・レックス(OSIRIS-REx)は、NASAが開発した小惑星探査機で、2016年に小惑星「ベンヌ(Bennu、1999 RQ36)」に向かって打ち上げられた。

ベンヌは1999年に発見された小惑星で、地球近傍小惑星(地球に近づく軌道をもつ小惑星)のひとつであるアポロ群に属する。寸法は565m×535m×508mで、円錐を底面で上下にくっつけたような双円錐状をしている。

ベンヌは「B型小惑星」に分類され、炭素や有機化合物、水を多く含んでいる。同じような小惑星に、探査機「はやぶさ2」が訪れた「リュウグウ」のようなC型小惑星があり、B型はC型の一種に分類される。

太陽系はいまから約46億年前に誕生し、長い年月をかけていまの姿へ形づくられていったと考えられている。そのなかで、私たちが住む地球などの惑星は、もとは小さな塵から始まり、それらが徐々に集まっていったとされるが、その過程でいったんドロドロに溶けてから固まっているため、惑星をつくった元の物質がどんなものだったのかという情報は失われてしまっている。

一方で、ベンヌのような小惑星は、ほぼ生まれたままの姿で残り続けている。そのため、太陽系ができたころの物質が残っていると考えられており、さらに有機物や水は、生命の起源や地球の海の誕生を探る重要な鍵になるとも考えられていることから、多くの研究者が注目している。

またベンヌは、将来的に地球に衝突する危険性があることも知られている。その確率は、2300年までで0.057％ときわめて小さいものの、ベンヌに直接訪れて探査することで、軌道の予測精度の向上や、衝突をそらす方法の研究、小惑星を破壊できるかどうかの研究など、地球を守るためのさまざまな研究に役立つことも期待されている。

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  オサイリス・レックスが撮影した、小惑星ベンヌ (C) NASA/Goddard/University of Arizona

オサイリス・レックスという名前は、「Origins(起源)」、「Spectral Interpretation(分光スペクトルの解析)」、「Resource Identification(資源の特定)」、「Security(保護)」、「Regolith Explorer(表土の探査機)」の頭文字から取られている。ベンヌの探査を通じて、太陽系や生命の起源や、地球の保護などに役立てるという意味が込められている。ちなみにOSIRIS(オシリス)とは、エジプト神話に出てくる冥界の神の名前であり、ベンヌは同じくエジプト神話に出てくる不死の霊鳥で、またオシリスの魂でもあるとされる。

オサイリス・レックスは、NASAとロッキード・マーティン、アリゾナ大学などが開発した。打ち上げ時の質量は約2110kgで、さまざまな種類のカメラのほか、赤外線分光計、熱放射分光計、X線撮像分光計、レーザー高度計などを装備し、ベンヌの周囲を回りながら組成や化学的特徴などを詳しく調べることができる。

そして最大の特徴は、「TAGSAM(Touch-and-Go Sample Acquisition Mechanism)」と呼ばれる、塵や石などのサンプルを採取するための装置をもっているところである。

TAGSAMは長さ3.35mのロボット・アームと、その先端に取り付けられた「コレクター・ヘッド」と呼ばれるサンプル採取機構からなる装置で、探査機はベンヌの地表を“タッチ・アンド・ゴー(着陸してすぐに離陸)”し、ヘッドが地表に触れた瞬間に窒素ガスを噴射し、塵や石を舞い上がらせ、採取装置の中に取り込む。NASAではこの仕組みを「エアブロー式掃除機」とたとえる。

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  ベンヌに着陸するオサイリス・レックスの想像図 (C) NASA Goddard's Scientific Visualization Studio

サンプル採取への挑戦

オサイリス・レックスは、2016年9月9日(日本時間、以下同)、米国フロリダ州のケープ・カナベラル空軍ステーションから打ち上げられた。1年後には地球をスイングバイし、ベンヌへ向けた軌道に入り、そして2018年12月3日にベンヌに到着し、同31日にはベンヌの上空約1.61kmを回る周回軌道に入った。

それまでの地球からの観測では、ベンヌの地表はおおむねなめらかで、大きな岩はあっても数は少ないと予想されていた。しかし、オサイリス・レックスが実際に観測したところ、大きな岩がいくつもあり、険しい地形が広がっていることが明らかになった。

運用チームは、半径25mのエリア内に着陸することを念頭に探査機を開発し、運用するつもりだったが、それほどの広さの場所は見つからなかった。そのため、狭い場所に正確に着陸するための新しい着陸計画を立案する必要に迫られた。

ベンヌ全体の探査の結果、運用チームは北半球にある、「ナイチンゲール」と名付けたクレーターに着地することを決定した。この場所は半径約8mの広さしかなかったが、ベンヌの中で比較的開けているのはここくらいしかなかった。

そして、リハーサルを経て、ついに2020年10月21日、ナイチンゲールへのタッチ・アンド・ゴーを敢行した。探査機のプログラムも、そしてTAGSAMも無事に動作し、オサイリス・レックスは完璧なタッチダウンを成し遂げ、入り切らないほどのサンプルを採取した。運用チームは最低60gのサンプルが採取できれば御の字と考えていたが、実際には250gも入っていたのである。運用チームは慎重に蓋を閉じ、回収カプセルの中に封じ込めた。

オサイリス・レックスはその後、地球への帰還に向けた準備を開始し、そして2021年5月11日、ベンヌから離脱し、地球へ向かう軌道へと乗った。

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  オサイリス・レックスがベンヌに着陸した瞬間 (C) NASA/Goddard/University of Arizona