双子の探査機、二つの異なる運命

2012年8月、二機の同じ探査機がそろって地球を飛び立った。ヴァン・アレン・プローブのAとBで、地球を取り巻く放射線帯を調べるために作られた。同じ八角形の形、同じ4枚の太陽電池パネル、10.2度傾いた同じ非常に細長い軌道を共有していた。科学ミッションを終え、プローブBは2019年7月19日に、プローブAは2019年10月18日に電源を切られた。ミッション前の予測では、どちらも2034年まで軌道にとどまるはずだった。

そうはならなかった。プローブAは2026年3月11日に大気圏に再突入した。プローブBは今も軌道上にある。 数か月早く電源を切られていたにもかかわらずだ。同じ軌道に打ち上げられ、同じ宇宙天気を浴びてきた双子が、どうしてこれほど違う寿命を迎えるのだろうか。

再構成された8年分の軌道

インドのティルヴァナンタプラムにあるヴィクラム・サラバイ宇宙センターとインド宇宙科学技術研究所のアイシャ・アシュルフ(Ayisha Ashruf)らは、公開されている軌道データから、15秒ごとに1点ずつ、それぞれの探査機の経路を再構成した。各位置について、大気モデルが、その瞬間の太陽と地球磁場の活動をもとに、上層大気、すなわち熱圏の薄い空気の密度を推定した。

細長い軌道の低い部分、地球に最も近い点である近地点の近くで、探査機はこの薄い空気をかすめて飛んでいた。そのたびに少しずつ減速する。これが大気抵抗であり、衛星を落下させる主な力だ。

広がり続ける小さな差

2022年まで、二機は歩調を合わせて変化していた。しかし2021年から、近地点の高さが離れ始めた。奇妙なことに、最初により深く下がったのはプローブBのほうだった。Aの200キロメートルに対して約180キロメートル。だがプローブAはより長く低いところにとどまった。その近地点は、各周期の底付近に長居したのだ。

上：プローブA(暗い赤)とB(青)の軌道の大きさと、その差(ピンク)。下：近地点の高度。陰影の帯：差が跳ね上がる時期。オレンジの線：2024年5月の嵐。— 図1、Ashruf et al. (2026), arXiv:2610.05372.

2022年後半から、差ははっきりしてきた。プローブAの近地点は約190キロメートルを下回り、Bは上にとどまった。2023年半ばから2025年にかけて、Aは約160キロメートルまで、Bは約180キロメートルまで下がった。本文によれば、2025年までにプローブAは、高度263キロメートル以下で双子より約39時間長く過ごしていた。

同じ高度にあっても、二機はもう同じ空気には出会っていなかった。いまや低い大気を、異なる緯度、経度、時刻に横切っていたのだ。同じ太陽、同じ嵐。だが同じ大気ではない。

抵抗の悪循環

空気は下へ行くほど急速に濃くなる。低いところで少し長く過ごすことは、ずっと大きな抵抗を意味する。抵抗が増えると軌道が下がり、探査機はさらに低く、空気がさらに濃いところへ運ばれる。著者らは、この増幅するフィードバックを物語の核心として描く。小さな初期の差が、自らを養っていくのだ。

加速装置としての嵐

宇宙天気も同じ方向に押した。

• 2022年10月、一連の控えめな磁気嵐が、差の最初のはっきりした跳ね上がりと重なる。そのときプローブAはすでに180キロメートル近くに、Bは200キロメートルより上にいた。著者らは、2022年2月の中程度の嵐が、200キロメートル付近の空気をふくらませて、すでに38機のスターリンク衛星を失わせていたことを振り返る。
• 2023年12月、そして2024年3月と8月の強い嵐が、それぞれ差の新たな拡大と重なる。
• 2024年5月の「ギャノン」嵐のあいだ、回復が遅れたように見えるのはプローブAのほうで、Bではなかった。二機はそのとき夕方の異なる時刻に通過しており、それが関係しているのかもしれない。
• 背景では、太陽が目を覚ましつつあった。新しい太陽周期とともに、2019年から紫外線の放射が増えており、上層大気を厚くして、軌道のどんな小さな差もより高くつくものにしていた。

混み合う軌道への教訓

一つの嵐だけでは説明できない。この分岐は、軌道の小さな差が、嵐と、深さとともに急激に増す空気の密度によって、何度も何度も増幅された結果だ。著者らは道具の限界も認めている。嵐を過小評価する平均的な大気モデル、最後の落下のあいだにぼやける軌道データ、そして観測と合わせるために10分の1に縮小しなければならなかった、計算上のエネルギー損失だ。それでも彼らは、ほぼ同じ軌道にある二機の宇宙機が、同じ空の下でまったく違う寿命を迎えうると結論づける。衛星や宇宙ごみがいつ落ちてくるかを予測するための教訓だ。