メッシュ状の気球ネットワークで金星探査を行う

最近、金星の大気中に、潜在的なバイオシグネチャーであるホスフィンが発見されたことが話題となり、金星探査への関心が高まっている。金星へのミッションは数多く提案されており、NASAとESAは最近いくつかのミッションに資金を提供している。しかし、それらは主に軌道を回るもので、上空から惑星の内部を覗き見ようとするものだ。しかし、硫酸でできた数十キロメートルの大気を見なければならないという難題がある。

この大気は、地上でのミッションにとって難しいものだ。最近資金を調達したミッションの中には、地上に出るものもあるが、太陽系の他の多くの惑星にはない機会、つまり大気圏内を移動する機会を逃しているのだ。金星全体をシェルで囲み、その表面で生活するという計画もある。しかし、今のところ、気球がよりわかりやすい答えのようだ。NASAジェット推進研究所（JPL)の研究チームは、金星に存在することが先週確認されたばかりの火山についてさらに詳しく知るために、このようなミッションを提案した。

科学者たちは、金星には活発な火山があると長い間考えてきました。しかし、「マゼラン」のデータを分析した最近の研究によって、金星の火山がまだ活動していることが分かった。現時点では、このことが地震学、進化学、そして金星の地球生理学の研究にどのような意味を持つかは誰にも分からない。しかし、提案されているJPLの気球ミッションは、それに光を当てるのに役立つだろう。

このミッションは、気球と軌道上の衛星からなるメッシュ状のネットワークを利用して、活発な火山活動を検知し、そこに向かって移動し、可能な限り多くのデータを収集するというもので、著者の個人サイトに公開された論文にその詳細が記載されている。人間がループの中に入って気球の行き先をコントロールしなければならないので、難しそうに聞こえるかも知れないが、風の向くまま気球を走らせるよりはましだろう。

シミュレーションによると、活火山や最近活動した火山のクローズアップ観測では、63%も改善された。しかし、なぜそのような数値になったのか、もう少し説明が必要だろう。まず、外界から完全に遮断された惑星で、火山が噴火したことをどうやって見分けるのだろうか？

これは、火山の噴火によって生じる大気の圧力差を検出するもので、「低周波マイクロバロメーター」と呼ばれる技術だ。火山の噴火を探す場合、これらの機器のデータを分析することで、少なくとも火山が作り出す圧力波の方向を指し示すことが出来る。しかし、その方向が正しいとしても、自前の推進装置を持たない気球が、どうやってデータ収集に必要な距離まで近づくことができるのだろうか？

論文によると、単純に風に乗ればいいとのことだ。。金星の大気は複雑で、異なる層では風向きが異なり、速度も異なるかもしれない。そこで、風船を上昇させたり下降させたりして風の流れに乗り、噴火の方向へ向かわせるのだ。しかし、1つの気球だけでは、風向きの違う風を感知することができないため、火山に向かう経路を考えることが出来ない。そこで登場するのが、「メッシュ」だ。

地球の上空を周回し、大気圏を見下ろすことで、気球を正しい方向に導くためのさまざまな風の流れを見ることが出来るのだ。さらに、ある気球が興味深い気圧の変化を検知しても、その場所の風の状態からその方向へ向かうことが出来ない場合、オービターはその情報をグループ内の他の気球に直接伝え、その気球はその場所の風のパターンによって、その方向へ向かうチャンスがあるかもしれないと考える。つまり、オービターは個々の気球のナビゲーターとしてだけでなく、気球の艦隊全体の中継役や調整役としても機能するのだ。

人間が気球の航跡に関与することで、潜在的な興味ある地点の近くにいる時間が長くなるなど、人間が役に立つこともある。しかし、人間は食事や睡眠、遠く離れたロボット探査機の監視以外のこともしなければならないので、その反応速度が遅れると、現在の風況を利用できないこともある。したがって、地球上の自動化されたシステムは、これらの壮大なイベントに向かってセンサーの道を見つけるための最善かつ最速の方法として機能することが出来る。

気球が到着すれば、火山のカルデラに直接ペイロードを投下して、短時間ではあるが、貴重な情報を収集することもできるかも知れない。そうすれば、金星で火山を1つ見つけるという画期的なことは、双子の惑星を作ったもの、作っているものを理解する上で、科学の歴史に刻まれることになるだろう。

論文

Federico Rossi: Proximal Exploration of Venus Volcanism with Teams of Autonomous Buoyancy-Controlled Balloons

研究の要旨

高度制御気球は、金星の大気や地殻変動・火山活動などの地質学的現象に関する重要な科学的調査を行うことが期待されており、最近の地球上での実験でも実証されている。本論文では、複数の自律型高度制御気球が、低周波マイクロバロメーターによって金星の爆発的な火山活動を監視し、不確実な風場を自律的に航行して、検出された興味ある事象の追跡観測を行う運用コンセプトを検討する。我々は、金星の不確実な風場における高度制御気球の新しい自律誘導技術を提案し、このアプローチにより、火山イベントのクローズアップ観測数がパッシブドリフターと比較して最大63％増加し、地上での誘導と比較して16％増加することを示した。この結果は、風速場の不確実性に対して頑健であり、爆発的な火山事象の頻度、マイクロバロメータの検出感度、航空プラットフォームの数が大きく変化しても維持される。

この記事は、ANDY TOMASWICK氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス（表示4.0 国際）に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。