NASAのスウィフト衛星、ガンマ線バースト2000件超を捉え地球へ落下へ

NASAの「Neil Gehrels Swift Observatory」、通称スウィフト（Swift）は、宇宙で最も強力な爆発をとらえようと二十年にわたって空を駆け回ってきた宇宙望遠鏡だが、ついに科学観測を終えた。現在の高度はあまりに低く、薄い上層大気の抵抗が強く働くため、望遠鏡を観測対象に安定して向け続けることができない。高度を押し上げるために送り込まれたロボット宇宙機も、結局スウィフトをつかむことはできなかった。数週間のうちに、スウィフトは大気圏に落下して燃え尽きる。

スウィフトの主要ミッションは二年の予定で設計されたが、実際にはその十倍以上の期間にわたって稼働し、数千件のガンマ線バーストをとらえた。ガンマ線バーストとは、大質量星が崩壊したり、死んだ星どうしが衝突したりする際に放たれる短い放射の閃光だ。スウィフトの運用終了により、天文学者はこうした閃光を見つけ、一分ほどで向きを変えて観測できる唯一の望遠鏡を失うことになる。

「スウィフトは国に対して驚くほど大きく、長く続く投資効果をもたらした。主要ミッションは2年の予定で設計されたが、その10倍以上の期間にわたって成果を上げ続けた」と、NASA本部の天体物理学部門ディレクター、Shawn Domagal-Goldmanは語った。NASAの集計によると、スウィフトのデータから生まれた成果は、2000件を超えるガンマ線バースト、1400件を超える超新星、ブラックホールに引き裂かれた恒星、彗星、小惑星、そしてスウィフトのデータに基づいて発表された約7000本の論文に及ぶ。

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軌道上の望遠鏡はなぜ落ちてくるのか

地球低軌道を回る人工衛星はすべて、大気の最も外側にあるごく薄い層をかすめながら飛んでいる。スウィフトには押し返すためのエンジンがなく、さらに太陽活動が激しい時期が重なって問題が悪化した。活発な太陽は上層大気を加熱して膨らませるため、同じ高度でも衛星がぶつかる空気の量が増えるのだ。

スウィフトが投入されたのは高度約600キロメートルの軌道だった。現在は275キロメートルを下回り、国際宇宙ステーションが飛ぶ高度約400キロメートルよりかなり低い。NASAによると、この高度では空気抵抗が強すぎて、望遠鏡が観測対象を安定して見つめることができない。NASAは、救出が可能な限界点（ポイント・オブ・ノーリターン）を高度約300キロメートルと見積もっていた。

機体の重さは約1450キログラム。宇宙物体の追跡を手がけるLeoLabsはCNNに対し、「スウィフトは機体が大きいため、一部の部品が再突入を生き延びる可能性はあるものの、破片が重大な物的損害や人的被害をもたらす確率は非常に低い」と述べた。同社によれば、燃え残った破片の大半は海か無人の土地に落ちるという。

あと一歩だった救出作戦

NASAは実際に救出を試みた。アリゾナ州フラッグスタッフに拠点を置くKatalyst Spaceに3000万ドルを支払い、LINKと呼ばれるロボット宇宙機を建造させたのだ。LINKはスウィフトとランデブーし、ロボットアームでつかんで、元の高度に向けて押し上げる計画だった。だがスウィフトはこうした作業を想定して設計されておらず、整備機が取り付くための取っ手や固定具がない。成功すれば、整備を前提に作られていない無人の政府衛星を、民間のロボットが捕獲する初めての例になるはずだった。

Katalystは一年足らずでLINKを完成させ、ジェット機から空中投下されるPegasus XLロケットで打ち上げた。飛行開始から一週間ほどたったころ、電源スイッチの故障がリアクションホイール（宇宙機が姿勢を定めるために使う回転式のはずみ車）の一基を襲った。続いて応答しなくなったスラスターのバルブがLINKをスピン状態に陥らせ、さらに二度目のスイッチ故障が起きた。三基のリアクションホイールのうち二基が使えなくなり、スピンを止めるために推進剤を費やした結果、安全に捕獲するだけの量が残らなかった。

NASAとKatalystは救出を断念した。それでもLINKはスウィフトから12〜15キロメートルの距離まで接近して撮影し、その後みずからも大気圏で燃え尽きた。「本当に、本当にあと少しのところまで行った」と、KatalystのKieran Wilsonは全米アカデミーズ（US National Academies）の天文学委員会で語った。NASA長官のJared Isaacmanはこう表現した。「これは私たちが目指していた結果ではない。しかし、このミッションに挑む価値があった理由は何も変わらない」

地上では、スウィフトを運用するPenn State（ペンシルベニア州立大学）のチームが時間稼ぎを試みた。運用担当者は科学観測の対象を、機体を最も空気抵抗の少ない姿勢に保てる空の位置に置き換え、数か月にわたって対象を狙う科学観測を手放した。Penn Stateのミッションディレクター、John Nousekは、この取り組みを「機体が受ける抵抗を最小限に抑える新しい手法の開拓」と表現した。救出計画が縮小されると、スウィフトは三つある観測装置のうち二つで観測を再開し、空気抵抗によって観測が終わるまで働き続けた。

スウィフトは宇宙の爆発の研究をどう変えたか

ガンマ線バーストの継続時間は一秒に満たないものから数分程度までで、スウィフト以前は、大型望遠鏡が見つける前に消えてしまうことがほとんどだった。「スウィフトはガンマ線バーストの研究に特化した衛星として設計された。ガンマ線バーストはあまりに素早く現れては消えるため、誰も大型望遠鏡を向けて詳しく調べることができなかった」と、NASAゴダード宇宙飛行センター（Goddard Space Flight Center）でミッションの主任研究者を務めるS. Bradley Cenkoは語った。広視野のガンマ線検出器がバーストを見つけると、スウィフトはその位置を地上の天文台に送り、X線望遠鏡と紫外線・可視光望遠鏡をくるりと向けて、薄れていく残光をとらえた。「スウィフトがこれを行うのにかかる時間は、通常一分ほどだった」とCenkoは言う。

その速さが、長年の謎に決着をつけた。ピークが二秒未満の短いガンマ線バーストは、それまで残光を観測できるほど正確に位置を特定されたことがなかった。スウィフトは継続時間わずか百分の三秒のバーストをとらえ、検出したX線光子はたった11個だった。この結果は、短いバーストが中性子星（爆発した恒星が残した、都市ほどの大きさの天体）どうしの衝突から生じるという説を裏づけた。

スウィフトは、汎用の緊急観測望遠鏡にもなった。天文学者が緊急観測を要請すると数分以内に地上からコマンドが送られ、1日の観測スケジュールでは最大75の対象を切り替えることができた。NASAのフェルミ（Fermi）望遠鏡とともに発見したGRB 221009Aは、観測史上最もエネルギーの大きいガンマ線バーストで、約24億光年の彼方で起きた。「史上最も明るい（brightest of all time）」の頭文字から、BOATという愛称で呼ばれている。

スウィフトが残すのは、紫外線・可視光望遠鏡による150万枚を超える画像と、合計約12テラバイトのデータからなるアーカイブだ。NASAによれば、これはハイビジョン映画約600本分に相当し、そのすべてが公開されている。

幕引きでも解決しない問題

再突入の正確な日時と場所はまだわかっていない。NASAは今後数週間のうちと予想しているだけで、時期は太陽活動に左右される。太陽活動によって上層大気の密度が変わるからだ。前述の安心材料となるリスク評価は追跡企業によるもので、NASAが公表した評価ではない。

より大きな未解決の問題は、スウィフトの役割を何が引き継ぐかだ。NASAは後継機を指名していない。Domagal-Goldmanによれば、NASAは「迅速に軌道投入できる商業的な能力から、効率的で革新的な新ミッションまで、NASAが保有する既存の宇宙望遠鏡群を活用し、強化する能力を探っている」という。宇宙の閃光を探す宇宙機はすでにほかにもあり、中国とフランスが共同で運用するSVOMや、中国主導のアインシュタイン・プローブ（Einstein Probe）がその例だ。フェルミもいまなおガンマ線の空を見張っている。ただ、バーストを見つけて一分ほどで残光を調べられた望遠鏡の代わりを、こうした組み合わせがどこまで務められるかは、天文学者が実際に運用してみて初めてわかることだ。

衛星の軌道上サービスについて言えば、Katalystによると、LINKは小さな企業でも一年足らずでロボット整備機を建造して飛ばせること、そしてスラスターもアームも機能することを示した。だが、最も難しい部分、つまり捕獲されることを想定して作られていない宇宙機を捕まえることは、ついに実証できなかった。

スウィフトの最期をめぐるよくある質問

NASAのスウィフト望遠鏡はいつ地球に落下するの？

NASAは、スウィフトが今後数週間以内に大気圏に再突入すると見込んでいる。最後の科学観測は2026年10月20日に行われた。

落下するスウィフト望遠鏡の破片は危険なの？

重さ約1450キログラムの機体の大部分は燃え尽きるとみられる。追跡企業のLeoLabsによると、一部の部品が燃え残る可能性はあるが、誰かに重大な損害や危害を及ぼす確率は非常に低く、燃え残った破片は海か無人の土地に落ちる可能性が最も高い。

NASAはなぜスウィフトを救えなかったの？

スウィフトには自力で軌道を上げるエンジンがない。NASAとの3000万ドルの契約に基づいてKatalyst Spaceが建造したロボット宇宙機LINKが、スウィフトをつかんで押し上げる予定だったが、リアクションホイールの故障とスピンによって推進剤を使い果たし、捕獲を試みる前に力尽きた。

ガンマ線バーストとは何？

ガンマ線バーストは高エネルギー放射の短い閃光で、知られている中で最も強力な種類の爆発だ。長いバーストは大質量星の崩壊から生じ、継続時間が二秒未満の短いバーストは中性子星どうしの衝突と関連している。

これまでの歩みと、これから

スウィフトは2004年11月20日に打ち上げられ、NASAは2018年、2017年に亡くなった初代主任研究者Neil Gehrelsにちなんでその名を改めた。画期的な短いバーストGRB 050509Bは2005年5月に観測され、BOATは2022年10月9日に続いた。

NASAは2025年9月25日にKatalystと契約を結び、LINKは2026年7月3日にマーシャル諸島のクェゼリン環礁（Kwajalein）から打ち上げられ、捕獲は8月19日に断念された。LINKは9月下旬に大気圏に再突入し、スウィフトは10月20日に最後の観測を行った。

次に待っているのは、数週間以内とみられる落下そのものだ。スウィフトのアーカイブは今後も研究者に開かれたままで、Domagal-Goldmanの言葉を借りれば、そのデータは「この先何十年にもわたって新たな発見の原動力となる」。

タグ: 天文学, nasa, ガンマ線バースト, Katalyst Space, Neil Gehrels, Swift Observatory

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