人類が作った最も遠い物体が、どのように死の日々を送っているのか

世界中の目は火星に注がれているかもしれない。先週だけでも、インジェニュイティ・ヘリコプターが飛び立ち、パーセベランス探査車が酸素を生産した。しかし、もっと遠く、はるか遠くでは、最古の宇宙探査機の一つであり、地球から最も遠い人工物であるボイジャー1号が、今も科学研究を続けている。

この探査機はミッション開始から40年目に入っており、1980年に土星を通過して以来、惑星に近づいていない。しかし、科学者らが最近アストロフィジカル・ジャーナル誌に報告したように、暗くなりつつある太陽からどんどん遠ざかっているにもかかわらず、地球に情報を送り続けている。

ボイジャーは数十年にわたり、毎秒約11マイル（17キロメートル）の速度で航行してきました。毎年、地球から3.5AU（地球と太陽の間の距離）ずつ遠ざかっています。現在、ボイジャーは太陽系を離れる準備をしながらも、地球にメッセージを送り続けています。

「太陽系の端」については、さまざまな考え方があります。1 つは、ヘリオポーズと呼ばれる境界領域です。これは、太陽風 (太陽から絶えず放出される荷電粒子の塊) が弱すぎて、星間物質 (宇宙の大部分を満たすプラズマ、塵、放射線) を阻止できない境界領域です。

ボイジャー1号が1977年に地球を離れたとき、太陽圏界面がどこにあるのか誰も確信が持てなかったと、アイオワ大学の天体物理学者で、ボイジャー1号の打ち上げ前から研究してきたビル・カース氏は語る。当時、科学者の中には太陽圏界面が10AU、あるいは5AUほど近いところ、つまりボイジャー1号が1979年に通過した木星や土星の軌道の周囲にあると考える者もいた。

実際には、ヘリオポーズは約 120 AU 離れています。このことが分かるのは、ボイジャー 1 号が地球を離れてから 35 年後の 2012 年 8 月にヘリオポーズを通過したためです。つまり、探査機は完全に星間空間にあることになります。

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この宇宙は星間物質で満たされているが、そのほとんどを見ることはできない。地球の海面にある空気の立方体には、星間物質の最も密度の高い部分の同じ大きさの立方体よりも 1 兆倍以上の分子が含まれている。ボイジャー 1 号が通過する領域はさらに分子がまばらで、大部分は静かである。

しかし、数年ごとにボイジャー1号が宇宙のプラズマと塵に関するデータを記録するにつれ、何かが発見される。例えば、2012年と2014年に、ボイジャー1号は衝撃を感じた。カース氏によると、ボイジャー1号が記録したのは磁気スパイクで、強力な振動電場を引き起こしたエネルギー電子のバーストを伴っていた。これらの衝撃は太陽の最も遠方の影響であり、ヘリオポーズを越えて外にまで波及している。

ボイジャー1号が2020年に遭遇したのは、磁場強度のさらなる急上昇だったが、激しい電気振動はなかった。科学者たちは、それは圧力前線、つまり星間物質に広がるはるかに微妙な擾乱であると考えている。ボイジャー1号は2017年にも同様の現象に遭遇している。

論文の著者ではないMITの天体物理学者ジョン・リチャードソン氏によると、この最新の発見は、ボイジャー1号がまだ科学者を驚かせる能力があることを示しているという。通常、探査機が密度を測定するには、周囲のプラズマに衝撃を与える必要があると彼は言う。しかし、今回のような観測により、科学者はボイジ​​ャー1号を使って、地球から130億マイル以上離れた場所でその密度を継続的に監視する方法を見つけたのだ。

リチャードソン氏はまた、この発見はボイジャー1号が太陽圏界面から数十億マイル離れたところで太陽の触手を感知し続けていることを示しているとも言う。「太陽は太陽圏のはるか外側で依然として大きな影響を及ぼしている」と同氏は言う。

一方、ボイジャー1号は依然として太陽の重力の影響下にある。科学者らは、約300年後にはボイジャー1号がオールトの雲の内縁部に入り始めると予想している。オールトの雲とは、数光年も離れたところまで広がる彗星の雲である。

オールトの雲の証拠を実際に見たことはないが、残念ながらボイジャー1号がそれを明らかにすることはないだろう。探査​​機は文字通り、借り物の時間で生きている。探査機の発電機を動かす放射性同位元素であるプルトニウム238の半減期は約88年である。

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その結果、ボイジャー1号は燃料を失い始めている。科学者たちはすでに探査機のどの部分を機能させておくべきかの選択を迫られている。2020年代半ばまでには、探査機は1つの機器にも電力を供給できなくなる可能性が高い。

それでも、カース氏のような科学者たちは、探査機の寿命を、打ち上げ50周年にあたる2027年までなんとか延ばせると期待している。カース氏によると、それはボイジャー1号の設計者なら誰も予想できなかった画期的な出来事だという。