NASAが太陽に触れる計画

太陽は、もっと異国的で遠く離れた恒星ほど謎めいているようには見えないかもしれないが、それでも驚くほど神秘的な白熱プラズマの瘴気である。そして、それは確かに私たちの科学的注目に値する。好奇心はさておき、激しい太陽現象は人工衛星を混乱させ、米国だけで2兆ドルの損害を引き起こす可能性がある。しかし、その大気圏に住んでいるにもかかわらず、私たちは太陽の特徴的な現象のいくつかを理解していない。60年間、表面温度が心地よい5,500℃である一方で、恒星の表面から数百万キロ離れ、密度が12桁も低いコロナと呼ばれるハローが、100万〜200万℃という非常に熱い温度を誇る理由を私たちは理解していない。

その理由を解明するために、NASA は太陽にもう少し近づいて、太陽に触れる必要がある。

磁気再結合（反対方向に動く磁力線が輪ゴムのように絡み合って弾ける現象）によって、核兵器のようなエネルギー波が地表から押し出されることはわかっています。一方、磁気流体波（プラズマの流れによって駆動されるギターの弦のような磁力波）は、エネルギーを地表からコロナに伝達します。しかし、より多くのデータがなければ、コロナ加熱や太陽風加速などの現象に対する私たちの理解は、ほとんど理論的なものにとどまります…しかし、そう長くは続きません。

2018 年に打ち上げられた NASA のソーラー プローブ プラスは、ほぼ 7 年間の旅を経て、これまで太陽を観測したどの宇宙船よりも太陽に 3,760 万キロメートル近づき、最速移動物体の新記録を樹立します。しかし、ダンテの地獄にはどのようなセンサー機器を持っていくのでしょうか。

宇宙船システムエンジニアのメアリー・ケイ・ロックウッド氏は、PopSci に対し、宇宙船は 4 つの主要な機器に依存すると語っています。太陽風電子アルファおよび陽子システム (SWEAP) は、衝突する電子、陽子、ヘリウムイオンによって生成される電荷​​を監視し、太陽風を分析します。これは、以前の試みよりも太陽に 90 倍近い距離で行われます。同様に、ISIS (太陽の統合科学調査) は、最先端の検出システムを使用して、高エネルギー粒子 (がんの原因となる粒子や衛星を無効にする粒子など) を分析します。

一方、FIELDS センサーは、電磁場、電波放射、衝撃波を分析し、偶然発見された技術を使って探査機を削り取る高速の塵粒子に関する情報も収集します。最後に、WISPR 望遠鏡と呼ばれる太陽探査機用広視野イメージャーは、太陽風と太陽の大気の 3D の CAT スキャンのような画像を作成します。

ただ一つ問題がある。猛暑、太陽放射、高エネルギー粒子、太陽嵐の放射、塵、最接近時の限られた通信機会など、これらすべての繊細な機器が、比較するとジュノーの新しい住処がほとんど同情できないような環境に送られるのだ。

ロックウッド氏によると、「設計で注意しなければならなかったことの一つは、太陽風による探査機の電気的な「充電」だった。探査機は導電性でなければならず、「実際に太陽風を計測している機器に干渉が及ばないように」しなければならない。

しかし、それを心配するほど近づくには、探査機は「いくらかのエネルギーを失う」必要があるとロックウッド氏は述べ、金星へのフライバイを数回実行して軌道を縮小し、「太陽にどんどん近づくことができる」ようにする。

しかし、ヒートシールドの機械エンジニアであるベス・コングドン氏がPopSciに語ったところによると、「太陽に突入するだけではない、興味深い設計上の課題が伴います」。「接近時に熱くなり、外に出ると冷たくなります」と、7回のフライバイと24回の軌道周回で何度も繰り返す。「実際には、高温と低温に周期的に耐える必要があります」。そして高エネルギー粒子。そして超高速の塵。そのためには、「これまで存在したどのヒートシールドとも異なる」ヒートシールドが必要です。

部屋の中の白熱した象

「通常、シャトルのような多くの耐熱シールドを思い浮かべるでしょう。そのような熱は最大でも数分間しか持続しません。」しかし、探査機が590万キロメートルに最も接近すると、気温は丸一日で摂氏1,377度に達するとコングドン氏は言う。

しかし、炭素が救いの手を差し伸べてくれる。「地球上では、炭素は酸化しやすく、焦げやすい」とコングドン氏は言う。「しかし、宇宙の真空中では、炭素は高温用途に最適な素材です。探査機のシールドは、反射セラミックコーティングを施した炭素複合材の層に挟まれた炭素フォームでできています。」

さらに、彼女によると、ほとんどのシールドは振動を減衰するプラットフォームに取り付けられるという利点がある。一方、このシールドは、振動を減衰するプラットフォームがなくても「システム全体をできるだけ軽量に維持できるように」統合する必要があった。しかし、スリムですっきりとした超軽量の構造のため、すべての繊細な機器を安全にシールドの背後に隠すのは困難だ。

そのため、宇宙船には太陽周縁センサーが装備されている。宇宙船が軌道から外れ始めたら、これらのセンサーが最初に点灯し、すべての機器を熱保護システムの背後に維持する自律誘導制御システムに情報を伝える。このシステムには、故障に備えてバックアップ プロセッサも装備されている。

一方、地球の 475 倍の太陽光の強さにさらされる太陽電池パネルは、「最も接近した状態で 1 度の変化が 30 パーセントの出力変化に相当する」環境にあり、太陽に向かって回転するたびに自動的に熱シールドの後ろに収納される。そこから、水を満たしたチタン製チャネルのネットワークによって 160 度に保たれる。

したがって、熱シールドが時速百万マイルの強風と無数のコロナ質量放出の地雷原を耐え、通信システムが 11 日間連続で情報を中継するのがやっとの状態でも、アレイは快適な状態に保たれる。その間ずっと、私たちの小さな宇宙の近隣にある巨大で不可解な触媒のすぐそばにいる 1,345 ポンドの自律型科学者に電力が供給される。

「ある場所に行くと、その場所についての考え方がすべて変わります。ニューホライズンズを見れば、それが私たちの考え、信念、そして冥王星に対する理解をどう変えたかがわかります。私たちは行って太陽に対する見方を完全に変えることにとても興奮しています」とコングドンは言う。太陽の特徴的な現象を理解することは魅力的な目標だ。しかし、まずは1億4,330万キロメートルの宇宙と、半世紀以上かけて構築されたNASAの最も技術的に困難な建造物と格闘しなければならない。