Update (6:49am ET, Aug. 11): この記事は8月12日の新しい打ち上げ時刻に更新されました。
NASAのパーカー・ソーラー・プローブは、コンパクトカーより少し小さい重さ1,500ポンドのコンピュータですが、今後数年間で、太陽の端を通過するために時速43万マイルの速度に達します。
「軌道がどのように機能するのか、本当に説明できるかどうかわかりません。美しい軌道ですが、複雑な軌道でもあります」と、ジョンズ・ホプキンス大学の研究者で、太陽系の中心部への探査機の軌道を描いたYanping Guo博士はQuartzに語っています。 “他の人が理解できる言葉で説明するのは大変なことです」
試してみましょう。 まず、太陽に到達することは「宇宙開発の中でも最も困難なこと」だと郭さんは言います。 彼女は、2015年に冥王星に到達した探査機「ニュー・ホライズンズ」のコースを設定したこともあります。 しかし、その難しさは直感的なものではないかもしれません。 太陽は、太陽系の中で最も大きな天体であり、文字通りすべての惑星を支えているほど強力な重力場を持っています。
とはいえ、地球は太陽の周りを1秒間に19マイル（30km）も回っているのです。 メリーゴーランドに乗って、中心軸の周りを素早く回っているようなものです。 その場に留まるのも、外側に飛ばされるのも、中心に向かって登るよりもずっと簡単です。
しっかりつかまって
メリーゴーランドに乗ってみましょう。 太陽の重力が中心軸となってあなたを引き寄せ、それが端でのあなたの速度と相互作用して、あなたを軌道に固定します。 メリーゴーランドの内側、つまり太陽系に行くためには、中心軸からの引力が勝つように速度を落とさなければなりません。
パーカー・ソーラー・プローブの場合は、まず世界で最も強力なロケットの1つであるユナイテッド・ローンチ・アライアンス社のデルタIVから始まります。
地球から出発する物体は通常、惑星の軌道を共有しますが、デルタIVは探査機を逆方向に打ち上げます。
通常、地球から出発する物体は地球の軌道を共有しますが、デルタIVは逆方向に探査機を打ち上げます。 郭は「高速で走る車にブレーキをかけるようなもので、軌道速度は落ちるが進行方向はあまり変わらない」と言います。 最初からブレーキをかけても、太陽探査機をタイムリーに太陽に近づけることはできません。
軌道上のアシスト
初期のパーカー・ソーラー・ミッションの計画では、木星周辺で行う「重力アシスト」と呼ばれるマヌーバに依存していました。 木星は巨大な惑星で、毎秒8マイル（13キロメートル）の速さで公転しています。 探査機は木星の重力場に飛び込み、前方に引っ張られてその速度の一部を獲得し、木星の周りをパチンコで回って太陽に戻ることができます。
しかし、この計画では、探査機に原子力を搭載しなければなりません。
そのためには別の軌道が必要であり、そこに郭氏が登場したのです。 2007年の時点では、木星の重力を利用して太陽まで探査機を運ぶことができると考えられていました。 しかし郭は、綿密な計画を立てれば、金星を使っても探査機の目的を達成できると考えたのです。 木星の後ろから速度を出すのではなく、金星の前を通過し、後ろから引っ張られるようにして速度を落とすのです。
各軌道が完璧な時間と速度で金星を通過するように探査機を並べることは、「位相問題」として知られており、多くの数値計算を必要とする困難な作業です。 驚くべきことに、郭の軌道では、探査機が深宇宙で追加の操作をする必要はありません。
「深宇宙での操作がないことに驚きました」と語るのは、MIT教授で「New Horizons」ミッションに携わる惑星科学者のリチャード・ビンゼル氏。 “近づきすぎると、惑星に引き込まれてしまいます。
太陽エネルギーのみに依存するという重要な要件を満たすだけでなく、Guo氏のユニークなデザインには他の利点もあります。
太陽に触れる 速度記録の更新 。 その答えは、やはり軌道にあります。 探査機が金星を通過して速度が落ちるたびに、太陽の重力に引っ張られて少しずつ近づいていきます。 ケプラーの説明によると、探査機は軌道上の天体に近づけば近づくほど、その天体に対して相対的に速くなります。
太陽から400万マイル以下の最も近い軌道では、探査機は時速43万マイルになると予測されています。
太陽から400万マイル以内の最も近い軌道では、探査機は時速43万マイルになると予想されています。
人工物の最速記録は素晴らしいものですが、このプロジェクトを設計した科学者や、実行するエンジニアのモチベーションにはなりません。 少なくとも1958年に科学者のユージン・パーカーが、太陽が「太陽風」と呼ばれる荷電粒子の大規模な流れを宇宙に送り出していることを理論化したときから、太陽を探査するロボットを送るというアイデアがNASAにはありました（有料）。
パーカーソーラーに携わってきた多くの科学者にとって、本日（8月12日）午前3時31分に予定されている打ち上げは、何十年にもわたる研究の集大成となるでしょう。 “2007年からこのミッションに携わってきたGuo氏は、「このミッションに長い間携わってきた多くの人を知っています」と語ります。 “私はとても幸運だと思っています。研究をして、開発にも参加して、今はもうすぐ探査機を太陽に向けて設置するところまで来ています。 とてもエキサイティングです！」
訂正。 この記事の前のバージョンでは、木星の公転速度を誤って記載していました。