NASAの探査機「ルーシー」の最新の科学的結果は、「ピーナッツ」のような形をし、宇宙空間で異常に揺れる小惑星が、激しい衝突と長年にわたる進化の痕跡を記録しているだけでなく、母天体に太古の液体の水が短期間存在した証拠を保持していることを示し、太陽系の初期進化を研究する上で重要な手がかりとなる。
主要小惑星帯を通過する途中、「ルーシー」は2025年4月20日に約650マイル（約1,000キロ）の距離から小惑星「ドナルドヨハンソン」を通過し、これまで至近距離で検出されたことのないこのターゲットの最初の高解像度画像と科学データを取得した。観測によると、直径約8キロメートルのこの小惑星は、2つのつながった「頭」と狭い中央の首を持つ「ピーナッツ」の形をした二葉構造をしている。表面はクレーターや溝で覆われており、ほとんどの惑星や小惑星のように単一軸の周りを滑らかに回転するのではなく、複雑な非主軸回転運動を示します。
以前は、地上の望遠鏡は、この細長い天体が明るさの変化を通じて 10.5 地球日ごとに 1 回回転すると推定することしかできませんでした。しかし、「ルーシー」の正確な測定により、その実際の動きは、常に回転するコマに似ていることが判明しました。一方で、全体として約 10.5 日の周期で「端から端まで」ひっくり返ります。一方、長軸を中心に約26.5日の周期で前後に揺れ、いわゆる「非長軸回転」または「タンブリング」状態を形成します。科学者らは、形状モデルと重力斜面解析を通じて、その表面には比較的急な領域と比較的なだらかな地形が多数存在し、現在の外観を形成した内部構造と回転進化の長期的な影響を反映していると指摘した。
形状分析の結果、「ドナルド・ジョンソン」は、重力の影響下で 2 つの破片が再集合して形成された 2 つの葉を持つ小惑星であることが示されました。首が細く、全体的に「ピーナッツ」に似た外観をしています。研究チームは、2枚の葉は小惑星の衝突で生じた破片で、約1億5500万年前に重力を受けて徐々に再結合したと考えている。モデルの推定によると、小惑星の回転速度は形成当初は現在の少なくとも10倍速かったが、過去2000万年から6000万年の間に徐々に「減速」した。回転が遅くなると、重力と遠心力のバランスが変化します。表面の緩い岩石や破片がゆっくりと斜面を滑り落ち、クレーターの縁の一部が「滑らか」になり、見た目が柔らかくなりました。
研究によると、この回転の「ブレーキ」は、いわゆる「YORP効果」によって引き起こされる可能性が高く、これは太陽光によって引き起こされる物理的プロセスであり、非常に弱いが、数百万年規模で小さな天体の回転を大きく変える可能性があります。不規則な形状の小惑星の表面に太陽光が当たると、さまざまな領域で吸収されたエネルギーが赤外線として放出される際に非常に小さな反力が生じ、これが長期間にわたって蓄積されて回転にトルクを形成し、速度が変化します。この効果は、さまざまな小惑星で減速または加速する可能性があります。例えば、小惑星「ベンヌ」は現在4時間に1回、「リュウグウ」は7時間に1回自転しています。研究によれば、両者はかつてはよりゆっくりと回転していたが、YORP効果によって徐々に「加速」したと考えられています。
回転と形状に加えて、「ルーシー」はこの飛行中に赤外分光計を使用して、「ドナルド・ジョンソン」の表面に鉄分が豊富な粘土鉱物を発見しました。これらの鉱物は炭素が豊富な隕石からも発見されており、液体の水の存在下でのみ形成されると考えられています。しかし、スペクトル分析によると、これらの粘土中の鉄元素はマグネシウムなどの他の元素によって大規模に置換されていないことが示されています。これは、液体の水が母体内に存在するのは比較的短期間であり、数百万年も存続しないことを意味します。これは、ベンヌとリュウグウで見つかったマグネシウムが豊富な粘土とはまったく対照的であり、それらがまだ大きな親小惑星の一部だった頃に起こった、おそらく数百万年の長い水和過程を示している。
「ドナルド・ジョンソン」は、主小惑星帯にある炭素と水を含む大きな小惑星の衝突と破片の後に形成された破片の集合体であると考えられており、「ベンヌ」と「リュウグウ」も同様の炭素と水を含む母天体の発生源を持っていると考えられているため、これら3つの違いは、太陽系における初期物質の分布と進化に重要な制約を与えている。研究チームは、「ドナルド・ジョンソン」の年齢はわずか約1億5500万年で、約10億～20億年前に形成され、常に主小惑星帯に留まっていた「ベンヌ」や「ドラゴンパレス」よりもはるかに若いと指摘しました。後者の 2 つは進化の過程で徐々に地球に近い軌道に移動し、サンプルリターンミッションの理想的な目標となった。
関連する研究結果は、「Lucy Flyby (52246) Donaldjohanson: A Two-lobed Asteroid with Tumble Rotation」というタイトルで、2026 年 6 月 18 日にサイエンス誌に掲載されました。この論文は、サウスウェスト研究所ボルダー支部でルーシーの副主任研究員を務めるシモーネ・マルキ氏が主導し、複数の機関の研究者の協力を得て完成させた。小惑星の形状モデル、回転状態、表面構成、進化の歴史を詳細に分析した。
「ルーシー」ミッションは、1974年にエチオピアで発見された人類の祖先の化石「ルーシー」にちなんで名付けられ、初期太陽系の惑星形成の「化石グループ」である木星のトロヤ群小惑星から「生命の手がかり」を探すことを象徴している。計画通り、ルーシーは木星のトロヤ群小惑星に飛行する最初の宇宙船となる。これらの古代の保存状態の良い天体は、太陽系の初期段階で形成されたもので、惑星がどのように形成され、移動し、最終的に現在の軌道に定住するかを研究するための重要なサンプルとみなされています。この「ドナルド・ジョンソン」の飛行は、ミッションチームによってトロイの木馬の標的に正式に侵入する前の「全過程演習」とみなされていた。これには、ナビゲーション、画像処理、および科学ペイロードの協調動作に関する包括的なテストが含まれており、2027 年 8 月 12 日のトロイの木馬小惑星「エウリュベイテス」のフライバイなど、その後のミッションに向けて貴重な経験が蓄積されました。
「ルーシー」ミッションは、サウスウェスト研究所ボルダー支部の主任研究員が主任研究員として指揮し、NASAゴダード宇宙飛行センターがミッション管理、システムエンジニアリング、安全性と品質保証を担当し、ロッキード・マーティン・スペース・システムズが航空機開発を担当する。このミッションはNASAの発見プログラムの13番目のプロジェクトで、アラバマ州ハンツビルにあるNASAのマーシャル宇宙飛行センターの科学ミッション総局に代わって管理されている。 「ルーシー」が長い旅の途中でトロイの木馬小惑星群に接近し続ける中、科学者らは、さまざまな形のより多くの小さな天体と、それらが運ぶ水や有機物の手がかりが、太陽系の起源と進化の歴史についての人類の理解を新たにし続けると期待している。