ダーウィン (探査機)

ダーウィン計画：幻に終わった地球外生命探査ミッション

ダーウィン計画は、欧州宇宙機関（ESA）がかつて計画していた、複数の宇宙機を連携させて太陽系外の地球型惑星を直接観測し、生命の兆候を探査する壮大なミッションでした。この計画は、2015年以降の打ち上げを目指していましたが、2007年に予算上の問題から中止されました。

ダーウィン計画のコンセプト

ダーウィン計画では、複数の宇宙機を一つの巨大な干渉計として機能させることを目指していました。最新の設計では、口径3～4メートルの宇宙望遠鏡を搭載した3機の「子機」と、ビーム結合、分光、干渉計、通信などの機能を担う1機の「親機」で構成される予定でした。子機が捉えた惑星や恒星からの光は、親機にリダイレクトされ、詳細な分析が行われる仕組みでした。

初期の設計案である「ロビン・ローレンス設定」では、口径1.5メートルの宇宙望遠鏡6機、ビーム結合機、通信用の宇宙機を合わせた8機構成でした。しかし、2007年に計画は「検討終了」となり、現在に至るまで再開されていません。

仮に計画が継続されていた場合でも、画像生成には各望遠鏡が数マイクロメートルの範囲内で位置を保ち、かつ1ナノメートル以内の精度で受信を制御する必要がありました。このような高精度な技術の実現可能性については、さらなる検討が必要であったと考えられています。

赤外線観測の採用理由

ダーウィン計画では、電磁スペクトルの赤外線領域での観測を予定していました。これは、地球型惑星が可視光領域では恒星に比べて非常に暗いのに対し、赤外線領域ではその差が小さくなるためです。また、超高分解能のミリ秒オーダーの赤外線画像を生成することで、天体物理学の様々な詳細研究が可能になると期待されていました。

ESAは2000年に、赤外線観測を行うためには、宇宙機の光学機器を40ケルビン（約-233度）まで受動的に冷却する必要があると発表しました。これは、宇宙空間の大気環境による影響を最小限に抑えるためです。

ヌル干渉計の活用

惑星の観測には、ヌル干渉計が使用される予定でした。ヌル干渉計は、3つのビームの位相変化を利用して、中心の恒星からの光を打ち消す一方、惑星からの光は打ち消さずに検出する技術です。この技術によって、恒星の明るい光に隠れて見えにくい惑星の観測が可能になります。

惑星を探査する際には、宇宙望遠鏡をイメージングモードで運用します。地球型惑星の検出には、数ヶ月にわたり約10時間の観測が必要とされていました。2002年に設計された口径1.5メートルの宇宙望遠鏡の場合、地球型惑星のスペクトルを取得するには約100時間の観測時間が必要になると試算されています。

大気組成の分析と生命の痕跡

ダーウィン探査機が生命活動に適した惑星を発見した場合、赤外線スペクトルを分析することで大気の詳細な研究が可能でした。大気組成を特定することで、地球外生命の存在を示す証拠となる可能性があると期待されていました。

例えば、酸素は反応性が非常に高いため、大気中に高濃度の酸素が存在する場合、光合成のような常に酸素を生成するプロセスが必要になります。また、大気中の酸素と水蒸気の存在は、地球外生命の有力な証拠となり得ます。

ただし、酸素のみの存在は必ずしも生命の証拠とは言えません。木星の衛星エウロパのように、水の放射線分解によって酸素が生成される可能性も存在します。また、二酸化炭素の光分解によっても酸素が生成されることがシミュレーションで示されています。しかし、水蒸気と二酸化炭素の光分解によって生成される酸素の量は少ないため、大気中のオゾン、水、二酸化炭素が同時に存在することが、地球型惑星での生命の痕跡を示す信頼性の高い指標となります。

探査候補の惑星

2007年に発見された惑星グリーゼ581dは、ダーウィン計画の探査候補として挙げられていました。ハビタブルゾーン内を周回するこの惑星には、地球外生命が存在する可能性が指摘されていましたが、2014年の研究で存在が疑問視され、2015年に再び存在の可能性が指摘されるなど、議論が続いています。

同様の取り組み

アメリカ航空宇宙局（NASA）の地球型惑星探査計画「Terrestrial Planet Finder（TPF）」も、干渉計を使用する点でダーウィン計画と類似していました。しかし、TPF計画も2007年に予算上の問題から無期限延期となり、2011年に中止が決定しました。

フランスの天文学者アントワーヌ・ラベイリーは、球面配置した複数の宇宙望遠鏡を使用する「ハイパーテレスコープ」という、ダーウィン計画に類似した構想を提唱しました。しかし、この計画はダーウィン計画やTPF計画よりも規模が大きく、より多くの宇宙機が必要となるため、予算も非常に高額になるという課題がありました。

参考文献

ダーウィン計画の公式ホームページ（英語）
ダーウィン計画の関連情報（英語） on the Internet)
干渉計に関する情報（英語）
低温光学遅延ラインに関する情報（英語）