NASAを代表する宇宙探査機ボイジャー1号とボイジャー2号は、1977年にフロリダ州のケープ・カナベラルの発射基地から1ヵ月違いで打ち上げられました。いずれも、木星、土星、天王星、海王星を飛行し、太陽系外縁部を調査するために開発された無人宇宙船です。冥王星との遭遇も計画されていましたが、より有望な土星の衛星タイタンへのフライバイ【接近通過】が優先されました。
2機のボイジャーは現在、ともに太陽の磁場の最外周と星間空間を探査しています。両機が最初の任務を終えてすぐに任務を終えていたとしても、それは人類史上最大の偉業のひとつと言えるでしょう。
ボイジャーは、予定されていた旅程の倍以上の距離を旅した後も、重要な科学データを地球に送信し続け、太陽系やその先の未知の世界の様々な発見につながっています。また、太陽系内の惑星の進化に関する複雑な疑問に対する研究者の回答にも役立っています。この記事では、ボイジャー探査機に関する最も興味深い事実と観測データのうち、知っておくべきものをいくつか紹介します。
15. ボイジャーは元々マリナー計画の一部だった
ボイジャーは当初、太陽系の5つの外惑星（当時は冥王星も惑星と考えられていた）を4機の探査機で巡る「グランドツアー計画」で計画されたものでした。しかし、全ミッションの費用が10億ドルを超えたため、その計画は中止されました。
それでも、木星と土星を結ぶフライバイの構想は、「マリナー計画」の下で縮小された形で復活しました。マリナーは、1960年代半ばに内惑星の最初の惑星フライバイを実施した10ミッションの計画です。4機の代わりに2機の探査機が認可され、4つの外惑星とタイタンのフライバイを実施しました。この計画はその後、1977年の打ち上げの数カ月前に、「ボイジャー計画」に改名されました。
14. ボイジャー2号はボイジャー1号より先に打ち上げられた
当時の珍しい惑星直列【太陽系内の惑星が太陽に向かってほぼ一直線に並ぶ現象】を最大限に利用するために、2つの探査機は2つの異なる軌道で打ち上げられました。1977年8月20日に打ち上げられたボイジャー2号が最初です。木星、土星の順に訪問し、打ち上げのタイミングで天王星と海王星を訪問することができました。
ボイジャー1号は、ボイジャー2号の約2週間後にケープ・カナベラル発射基地から打ち上げられました。ボイジャー1号は、ボイジャー2号よりも直行ルートで木星に3ヵ月早く到着しました。1年後の1980年には土星に遭遇し、その後、星間空間の探査を行いました。ボイジャー1号の軌道では、タイタンのフライバイが重要な要素となっていました。
13. ゴールデンレコード
どちらの探査機も、特別に彫られた金メッキのオーディオとビデオディスクを搭載しています。このディスクには、宇宙空間にいる知的生命体に向けて、地球上の生物の多様性を表現するために、地球上の厳選された物体や生物の音と画像が収録されています。レコードには、地球の画像、他の動物の鳴き声、幅広い音楽のコレクション、その他の科学的情報が含まれています。
また、55の言語で書かれた挨拶も収録されています。このゴールデンレコードの内容は、天文学者カール・セーガンをはじめ、フランク・ドレイク【アメリカの天文学者・天体物理学者】、ティモシー・フェリス【アメリカの起業家、投資家、作家】、アン・ドルーヤン【アメリカのドキュメンタリープロデューサー】らによって選ばれたものです。
12. ボイジャー 1 号はこれまでで最も遠くから太陽系の画像を撮影した
ペイル・ブルー・ドット（右端の茶色い帯の真ん中あたりの青っぽい点）は、60億kmの彼方にある地球
1990年2月14日、ボイジャー1号は冥王星の軌道を通過した後、地球と太陽系の写真を撮影しました。その時、ボイジャー1号は太陽から60億キロメートル、40.5天文単位（冥王星は39.5天文単位）の距離で、太陽と惑星の「家族写真」を初めて撮影しました。
この画像では、地球は宇宙の中の小さな点に過ぎず、1ピクセルにも満たないスペースしか占めていません。この大きさの地球を撮影するというアイデアは、1980年にカール・セーガンによって提案されました。
11. ボイジャー探査機の大きさは？
アンテナや外装を除くと、この探査機の本体は一辺が4メートルもありません。両機とも高さの異なる様々な同一構造物を搭載しています。打ち上げ時のボイジャーの重量は、燃料を含めて約815kgでした。比較すると、小型自動車よりもはるかに軽いのです。
試算によると、現在のボイジャー1号の重量は733kg、ボイジャー2号の重量は735kgです。この重量の差は、スラスターに電力を供給するために使用される両方の探査機に残っている燃料によるものです。
10. 今、どこにいるのか？
ボイジャー探査機の位置（対数表示）
ボイジャーは、宇宙で最も遠いところにある人工物であることは確かですが、いったいどこにいるのでしょうか？NASAによると、2012年末にボイジャー1号から取得されたデータは、探査機がすでに太陽系を離れていることを示していました。2012年6月までに、ボイジャー1号は環境の変化を検知し始め、通常は太陽圏によって偏向される星間空間からの放射線が大幅に増加したことを報告しました。
現在、ボイジャー1号は地球から210億キロメートル以上離れた星間空間にいて、推定速度（太陽との相対速度）は16.9995kpsで飛行しています。一方、ボイジャー2号は地球から約175億kmの距離にあり、現在ヘリオシース【太陽圏において、末端衝撃波面のすぐ外側の領域】を通過しています。
9. どこに向かっているのか？
ハッブル宇宙望遠鏡から撮影されたシリウスの画像
どちらのボイジャーも、恒星間天体との衝突がない限り、永遠に天の川をさまようことになります。ボイジャー1号は特定の星に向かっているわけではありませんが、約4万年後に地球から17.1光年離れた「きりん座」にある恒星グリーゼ445の近くを通過する予定です。
双子の姉妹であるボイジャー2号は、2019年から2020年にかけて星間空間に到達すると予想されています。現在の軌道と速度からすると、4万年後に恒星ロス248を通過すると予想されています。そのまま放置すれば、約29万6000年後に夜空で最も明るい星シリウスに4.3光年の距離まで接近するはずです。
8. 地球との交信はどのようになっているのか？
キャンベラ深宇宙通信施設
画像出典：Ryan Wick
2つの探査機の通信装置は、太陽系外での使用を想定して、過酷な条件下でも使用できるように設計されています。通常は高利得アンテナでデータを送信し、地球上のNASAディープスペースネットワーク衛星が受信します。
また、どちらの探査機もリアルタイムでデータを送信できない場合、搭載されたDTR（デジタルテープレコーダー）が64キロバイトのデータを保存し、別の機会に受信機で地球へ送り返すことができます。
7. ボイジャーに搭載されたコンピュータ
どちらのボイジャーにも、基本的に3種類のコンピュータが2つずつ搭載されています。
コンピュータ・コマンド・システム（CCS）： 18ビットの割り込み型プロセッサで、不揮発性メモリを搭載しています。CCSは基本的に、地球上の管制官からの指示を受け、探査機を管理し、故障を未然に防ぐという2つの役割を担っています。カメラ、故障検出、シーケンス・ルーチン、アンテナ・ポインティング・ルーチンなど、探査機の様々な重要機能を制御します。
フライトデータ・システム（FDS）：フライトデータ・システムは、モジュール式メモリを備えた16ビットのワードマシンです。画像パラメータテーブルを搭載し、搭載カメラの可視光動作をすべて制御します。
姿勢・アーティキュレーション制御システム（AACS）：探査機の姿勢を制御し、高利得アンテナの方向を制御するシステムです。
6. コンピュータの速度は？
どちらのボイジャーに搭載されているコンピュータも、1台あたり69.3キロバイトのメモリを搭載しています。これは、平均的なJPEG画像ファイルを保存するのに十分な容量です。最大時で1秒間に81,000回の演算が可能です。古いスマートフォンなら、7,500倍は速いでしょう。さらに、ボイジャーは1秒間に160ビットのデータを地球に送り返しますが、これはダイヤルアップ接続よりもはるかに遅い速度です。
5. ボイジャーはいつまで機能するのか？
RTG燃料容器の図
電気機器に電力を供給するため、どちらのボイジャーにも3台の放射性同位元素熱電発電機（RTG）が搭載されており、それぞれに24個の圧縮されたプルトニウム238酸化物球があります。これらの発電機の総出力は時間とともに低下するため、現在、電力管理がミッションの重要な要素となっています。
宇宙飛行管制官は、エネルギーを節約するために、重要な情報を提供する可能性が低い両探査機の様々な搭載機器を無効にすることを選択しました。しかし、エンジニアたちは、ボイジャー2号の寿命を延ばすためには、2020年から1つずつ機器を停止する必要があると考えています。両探査機は、2025年に電力が枯渇するまで情報を中継することが期待されています。
4. 最も重要な発見は？
木星の衛星イオの火山爆発
ボイジャー両機は、木星に到達した直後から科学探査の旅を開始しました。当時、この巨大ガスを研究する2つ目のミッションでした。ボイジャーは木星の月や磁場を詳しく調査し、木星の惑星環を初めて検出しました。また、木星の衛星のひとつであるイオの表面の火山噴火をボイジャー1号がとらえました。
そして、土星へのフライバイでは、土星の上層大気に含まれる高濃度の水素と、異なる圧力帯で変動する温度を発見しました。ボイジャー1号の大きな関心事のひとつは、大気があることが知られているタイタンへのフライバイでした。
土星の衛星タイタンのさらなる探査は、ガリレオ計画やカッシーニ計画といった将来の土星ミッションにつながるとともに、地球上の観測機器を用いて土星に3つの新しい衛星を発見することになりました。
3. ボイジャー2号が天王星と海王星をフライバイして発見したこと
海王星の明るい雲筋の高解像度画像
今日に至るまで、ボイジャー2号は太陽系の最果てにある、これら2つの氷の巨星を訪れた唯一の探査機です。天王星の複雑な大気について研究し、いくつかの新しい衛星とその環系を発見しました。また、天王星の重要な磁場を初めて発見することができました。
海王星は、より高度な望遠鏡の助けを借りて何年も研究されていますが、ボイジャー2号のデータは、海王星の場合、いまだに最高と考えられています。ボイジャー2号がこの大きな氷の惑星をフライバイしたとき、そのダイナミックな大気と、地球の9倍も強い猛烈な風を発見しました。
海王星の謎の発見のひとつに、「大暗斑」があります。しかし、1994年のハッブル望遠鏡による観測では、これは消えていました。
2. 2006年、アマチュア無線家グループがボイジャー1号を追った
2006年、ドイツAMSATのアマチュア電波天文学者たちは、ボイジャー1号からの電波を受信し、ボイジャー1号を追跡しました。これは前代未聞の偉業であり、現在もその状態が続いています。このデータは、その後、スペインのマドリッドにあるディープスペースネットワーク局の研究者によってクロスチェックされ、検証されました。
2014年、NASAは、遠方の探査機がヘリオシースと呼ばれる宇宙の領域に入り、94天文単位にいることを発表しました。
1. 実際に太陽系を出たのだろうか？
オールトの雲のイメージ図
答えは「いいえ」です。ボイジャー1号とパイオニア10号、11号はすでに太陽系を離れたと言われることがありますが、厳密にはそうではありません。現在、太陽系のすべての惑星を横断した人工衛星が5機あり、最新のものはニューホライズンズですが、いずれも実際に太陽系を出たわけではありません。
本当の意味で太陽系を離れるには、「オールトの雲」を越える必要があります。オールトの雲とは、太陽の周りを回る巨大な球体の殻のことで、大小数十億個の氷の天体で構成されています。研究者たちは、太陽系の実際の限界は、0.8〜3.2光年のオールトの雲の外縁まで広がっていると考えています。
ボイジャー両機は現在の位置から、オールトの雲に到達するのに約300年、それを越えるのにさらに3万年かかると言われています。
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