小惑星帯の植民地化

主要小惑星帯42個の最大の小惑星
  アモール小惑星帯
  アポロ小惑星帯
  アテン小惑星帯

小惑星帯を含む小惑星は、宇宙植民地化の候補地として提案されてきました。[ 1 ] その理由としては、人類の生存と、小惑星採掘による具体的な経済的機会が挙げられます。障害としては、輸送距離、気温、放射線、無重力、心理的問題などが挙げられます。

ほとんどの小惑星には採掘可能な鉱物が存在します。これらの天体には大きな重力井戸がないため、建設現場まで資材を運搬するために必要なデルタVは低く抑えられます。 [ 2 ] [ 3 ]主小惑星帯だけでも、地球3,000個分の居住可能な表面積に相当する宇宙居住施設 を建設するのに十分な物質が存在すると推定されています。 [ 4 ]

小惑星帯には、約 10 の18乗トンの物質が存在する。これは、地球近傍小惑星[ 5 ]の 1 万倍に相当し、広大な宇宙空間に広がっているため、物質の分布は薄い。最大の小惑星はケレスで、直径約 940 km あり、準惑星になるほど大きい。次に大きい 2 つの小惑星はパラスとベスタで、どちらも直径約 520 km である。無人補給船は、ほとんど技術的進歩がなくても、5 億 km の宇宙空間を横断することは可能である。植民者は、自分たちの小惑星が地球や質量の大きい他の天体に衝突しないことを強く望んでいるが、どんなサイズの小惑星であっても移動させることは非常に困難である。地球とほとんどの小惑星の軌道はデルタ v で互いに非常に離れており、小惑星の天体は莫大な運動量を持っている。小惑星にロケットやマスドライバーを設置して、小惑星の進路を安全なコースに導くこともできるだろう。

原動力

宇宙植民地化 の主要な論拠の一つは、人類の長期的な生存を確保することである。世界規模の人為的あるいは自然災害が発生した場合でも、宇宙植民地があれば人類は生き延びることができる。[ 6 ] 2006年にNASA長官を務めたマイケル・グリフィンは、この点について次のように述べている。

「…目標は単なる科学的探査ではありません…人類の居住範囲を地球から太陽系へと拡大していくことでもあります…長期的には、単一の惑星に住む種は生き残れません…人類が数十万年、あるいは数百万年生き残りたいのであれば、最終的には他の惑星に移住しなければなりません。」[ 7 ]

小惑星植民地化を支持する具体的な議論として、小惑星採掘による潜在的な経済的利益が挙げられる。小惑星には希少鉱物や貴金属など、採掘して地球に持ち帰り、販売できる価値の高い物質が大量に含まれており、 16 Psycheは世界が10万年で生産する鉄の量とほぼ同量であり、金属鉄とニッケルで約10京ドルの価値がある小惑星の一つである。[ 8 ] 2023年10月10日、NASAはPsyche探査機を打ち上げた。この探査機は2029年8月までに到着し、小惑星を調査する予定である。[ 9 ] 511 Davidaには27京ドル相当の鉱物や資源がある可能性がある。[ 10 ]

NASAは、小惑星帯に存在する直径1キロメートルを超える小惑星は110万から190万個あると推定しています。また、それより小さい小惑星も数百万個あります。既知の小惑星帯小惑星の約8%は、16プシケと組成が類似しています。[ 11 ] [ 12 ] プラネタリー・リソーシズ社は、既に小惑星採掘のための技術開発に取り組んでいます。プラネタリー・リソーシズは、長さ30メートルほどの小惑星には、250億ドルから500億ドル相当のプラチナが含まれていると推定しています。[ 13 ]

交通機関

惑星間宇宙飛行は、小惑星帯が数億マイル（数億キロメートル）と遠く離れているため、困難を伴います。 [ 14 ]火星への有人ミッションは 、数千万マイル（数千万キロメートル）離れており、同様に困難です。[ 15 ]たとえば、火星探査車の ミッションでは、火星に到達するのに 253 日かかりました。 [ 15 ] ロシア、中国、欧州宇宙機関は、有人宇宙飛行の身体的および心理的限界を測定するために、2007 年から 2011 年にかけてMARS-500と呼ばれる実験を実施しました。 [ 16 ] この実験では、18 か月間の孤独が有人宇宙ミッションの限界であると結論付けられました。[ 16 ] 現在の技術では、小惑星帯への旅は 18 か月を超えるため、有人ミッションではこの課題を克服する必要がある可能性があります。[ 14 ]

着陸

小惑星は大きな重力を生じるほど大きくないため、宇宙船の着陸は困難である。[ 1 ]人類はまだ小惑星帯の小惑星に宇宙船を着陸させたことはないが、無人宇宙船がいくつかの小惑星に一時的に着陸しており、最初のものは2001年のアモール群の北東エオルゼアである433エロスで、最近ではアポロ群の別の北東エオルゼアである162173リュウグウである。 [ 17 ]これは、日本の宇宙機関が実施したはやぶさ2ミッションの一部であった。[ 18 ] 着陸では、リュウグウへの着陸のために宇宙船の向きと軌道を制御するために4つのソーラーイオンスラスタと4つのリアクションホイールが使用された。 [ 18 ] これらの技術は、小惑星帯での同様の着陸を成功させるために応用できるかもしれない。

セレス宇宙エレベーターのコンセプト 表面重力は
地球の3％未満

セレス

セレス重力列車のコンセプト

ケレスは準惑星であり、小惑星帯で最大の天体です。[ 20 ]ケレスは氷火山で あるため、植民地化のための資源を採掘できる可能性があります。また、小惑星帯の他の天体よりも重力が強いため、表面植民地化がより現実的な可能性を秘めています。

ケレスには、生存、燃料、そして火星と金星のテラフォーミングに重要な水、アンモニア、メタンが容易に入手可能である。コロニーは表面のクレーターまたは地下に建設できる可能性がある。[ 21 ]しかし、ケレスの表面重力はわずか0.03gであり、微小重力の悪影響を食い止めるには不十分である（ただし、ケレスへの輸送は容易になる）。そのため、医療処置または人工重力が必要となる。さらに、小惑星帯へのコロニー化には、月と火星に既にインフラが整備されている必要があるだろう。[ 21 ]

ケレスは小惑星採掘の主要基地またはハブとして機能できるという意見もある。[ 21 ]しかし、ジェフリー・A・ランディスは、複数の小惑星を利用する場合、小惑星帯は小惑星採掘基地には適さない場所だと指摘している。小惑星は互いに近くなく、ランダムに選ばれた2つの小惑星は太陽から見て互いに反対側にある可能性が高いからである。ランディスは、そのような基地は金星などの内惑星に建設する方が良いと提言している。内惑星は公転速度が高いため、特定の小惑星への移動時間が短く、太陽の周りを速く回るため、小惑星への打ち上げウィンドウがより頻繁になる（朔望周期が短い）。したがって、飛行時間の観点から金星は地球や火星よりも小惑星に近い。最小エネルギー軌道をたどった場合、金星からケレス、金星からベスタへの移動時間はそれぞれ1.15年と0.95年であり、地球からケレス、地球からベスタへの移動時間のそれぞれ1.29年と1.08年よりも短い。[ 22 ]

火星から小惑星帯の採掘

太陽系内部の小惑星と木星: このベルトは木星と火星の軌道の間に位置しています。
  太陽  木星トロヤ群
  惑星の軌道
  小惑星帯  ヒルダ小惑星（ヒルダス）  地球近傍天体（選択）

アンソニー・テイラー、ジョナサン・C・マクドウェル、マーティン・エルヴィスは、火星の衛星フォボスを小惑星帯の採掘拠点として提案している。フォボスは広大なプラットフォームと放射線遮蔽のための質量を提供し、火星の表面からそれほど遠くない。したがって、フォボスを小惑星採掘基地とすることは、火星への移住と経済的な連携を図る上で効果的である。[ 5 ]小惑星 帯へのアクセスは、地球低軌道からよりも火星軌道からの方が容易である。火星は地球よりも小惑星帯にずっと近いため、小惑星帯に到達して鉱物を火星に持ち帰るのに必要なデルタvはより少ない。

一つの仮説は、火星の衛星（フォボスとダイモス）の起源は、実際には小惑星帯から捕獲された小惑星であるというものである。 [ 23 ]フォボスの衛星から宇宙船を打ち上げることはエネルギー的に有利であり、小惑星帯の小惑星にミッションを派遣するのに便利な場所である。[ 24 ]火星とその衛星から小惑星帯の鉱物を採掘することは、火星の植民地化に役立つ可能性がある。[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]

フォボスを基盤とした宇宙エレベーターは輸送コストを削減できる可能性がある。火星の植民地化#輸送を参照

人間の居住における課題

重力

重力の欠如は人体に多くの悪影響を及ぼします。重力場の遷移は空間認識、協調、バランス、移動に影響を与え、乗り物酔いを引き起こす可能性があります。[ 28 ]人工重力のない小惑星は、地球に比べて重力が小さいです。[ 29 ]人体に重力が作用しないと、骨はミネラルを失い、骨密度は毎月1％減少します。比較すると、高齢者の骨量減少率は年間1～1.5％です。[ 28 ]低重力下では骨からカルシウム が排泄されるため、腎臓結石のリスクが高まります。[ 28 ] さらに、体内の体液が頭部に移動し、頭部への圧迫感や視力障害を引き起こす可能性があります。[ 28 ]

全体的な体力も低下する傾向があり、適切な栄養摂取がより重要になります。重力がなくなると、筋肉の活動量が少なくなり、全体的な動きが楽になります。[ 28 ]意図的なトレーニングを行わないと、筋肉量、心血管系のコンディション、持久力が低下します。[ 28 ]

人工重力

人工重力は、無重力が人体に及ぼす悪影響に対する解決策となる。ウィーン大学の研究者らが行った研究では、天体をくり抜いて回転させるという可能性が検討されている。小惑星内に入植者が居住し、遠心力によって地球の重力を模倣する。研究者らは、小惑星が必要な自転速度を維持できるほどの強度があるかどうかは不明であるものの、小惑星の大きさと組成が許容範囲内であれば、このようなプロジェクトの可能性を排除できないと結論付けた。[ 30 ]

現在、サイズとコストの問題により、宇宙飛行や植民地化の取り組みのための人工重力の実用的な大規模アプリケーションはありません。[ 31 ]しかし、さまざまな研究室や組織が、長期宇宙飛行や宇宙植民地化などの将来のミッションの実現可能性を判断するために、長時間の持続的または断続的な人工重力が人体に与える影響を研究する人体遠心分離機を使用した多くのテストを実行しました。 [ 32 ] コロラド大学ボルダー校の研究チームは、人工重力の小規模アプリケーションのほとんどの試験を悩ませる傾向のある乗り物酔いを起こすことなく、人体遠心分離機で毎分約17回転で研究の参加者全員が快適に感じることができることを発見しました。[ 33 ]これは、より大きな構造物と比較してコストが大幅に削減されることを考えると、より実現可能な代替方法を提供します。

温度

ほとんどの小惑星は、火星と木星の間にある小惑星帯に位置しています。ここは寒冷な地域で、気温は-73℃から-103℃に及びます。[ 34 ] 人類の生存には、暖をとるための安定したエネルギー源が必要です。

放射線

宇宙では、宇宙線と太陽フレアが致死的な放射線環境を作り出します。[ 35 ]宇宙放射線は、心臓病、癌、中枢神経系障害、急性放射線症候群のリスクを高める可能性があります。[ 36 ]地球上の生命は磁場と大気によって保護されていますが、小惑星にはこのような防御がありません。[ 1 ]

この放射線から身を守る一つの可能​​性は、小惑星の内部に住むことです。人類は小惑星の内部100メートルの深さまで潜れば、放射線から十分に身を守ることができると推定されています。[ 35 ] [ 1 ]しかし、小惑星の構成がこの解決策に問題をもたらします。多くの小惑星は、構造的な完全性がほとんどなく、緩く形成された瓦礫の山です。[ 1 ]

心理学

宇宙旅行は、脳の構造、神経の相互接続性、行動の変化など、人間の心理に大きな影響を与えます。[ 36 ]

宇宙放射線は脳に影響を及ぼす可能性があり、ラットやマウスを対象に広範囲に研究されてきました。[ 36 ] [ 37 ]これらの研究では、動物の空間記憶、神経の相互接続性、記憶力が低下することが示されています。[ 36 ] [ 37 ]さらに、動物の不安と恐怖が増加しました。[ 36 ]

宇宙空間での孤立と睡眠の難しさも心理的影響の一因となっている。地球上の人々と会話することが難しいことも、孤独感、不安、抑うつにつながる可能性がある。[ 37 ]ロシアのある研究では、長期宇宙旅行の心理的影響をシミュレーションした。宇宙飛行士と同様の教育的背景を持つ、様々な国出身の健康な男性6人が、2010年から2011年にかけて520日間、密閉されたモジュール内で生活した。[ 37 ]調査対象者は、中程度の抑うつ、睡眠周期の異常、不眠症、肉体的疲労などの症状を報告した。[ 37 ]

さらに、NASAは、世界規模のミッションが精神的な問題のために終了または中止されたと報告しています。[ 38 ]これらの問題には、共有された精神的妄想、うつ病、失敗した実験による苦悩などが含まれます。[ 38 ]

しかし、多くの宇宙飛行士にとって、宇宙旅行は実際には精神的にプラスの影響を与える可能性があります。多くの宇宙飛行士は、地球への感謝の気持ち、人生の目的、そして精神性の向上を報告しています。[ 39 ]これは主に、宇宙から地球を眺めることによってもたらされます。

参照

参考文献

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  19. ^既知のパラメータに基づいて計算:
    • 表面積: 4πr 2
    • 表面重力: ⁠GM/r 2⁠
    • 脱出速度: √ ⁠2GM/r⁠
    • 回転速度: ⁠自転周期/周⁠
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