DARTが表面を塗り替えた小惑星

NASAの探査機DARTは2022年9月26日にディモルフォスに衝突し、この小さな小惑星が、より大きな相方であるディディモスの周りを回る軌道を変えた。望遠鏡と小型探査機LICIACubeは、破片の噴煙が飛び去っていくのをとらえた。伝わった運動量とその噴煙の形から、ディモルフォスはラブルパイル（がれきの寄せ集め）、つまり岩塊と砂利がかろうじてまとまっているだけの、ゆるい山であることがうかがえる。

しかし、異なる内部構造でも、これらの観測結果を説明できてしまう。ベルギーとルーマニアの研究チームは、その後に破片がどこへ行ったのか、そしてそれが欧州宇宙機関（ESA）のヘラ計画にとって何を意味するのかを問うた。ヘラは2026年末にこの2つの小惑星に到着し、DARTの実験を完結させる。

800万個の粒子と580キログラムの球

研究者たちはSPH法（平滑化粒子流体力学法）のコードを使った。この手法は天体を、質量をもち互いに押し合う何百万個もの小さな粒子に分割する。1回の計算あたり約800万個である。

• DARTは、再構成された軌道に沿って秒速6.14 kmで衝突する、580キログラムのアルミニウムの球として表された。
• ディモルフォスは、約177 × 151 × 116メートルの楕円体とした。差し渡し2.2〜18メートルの角ばった岩塊が、45%がすき間である砂利の中に詰まっている。
• 2つ目の版では、中心に64メートルの岩塊を加えた。2つの天体の質量は35億3000万キログラムと37億9000万キログラムである。
• 1.2 km離れたディディモスの引力と、2つの小惑星の回転も考慮された。各計算は6時間、つまりディモルフォスがディディモスの周りを回る軌道の約半分にあたる時間をカバーした。

13%が舞い上がり、12%が舞い戻る

• 衝突によって、**ディモルフォスの質量の約13%**が放出された。その大半は秒速数センチメートルの速さだった。
• 小惑星の質量の約**12%が、再び小惑星の上に着地した。約1%はディディモスにとらえられるか、2つの小惑星の系に束縛されたままとなり、系から逃げ出したのは約0.2%**にすぎなかった。
• 戻ってきた物質の約**80%**が、30分以内に着地した。

衝突が残したのは、お椀形のクレーターではなく、底の平らなくぼみだった。戻ってきた破片は表面全体を覆ったが、その厚さは一様ではなかった。くぼみの縁の周りでは8メートル以上の深さがあり、衝突地点の反対側の点である対蹠点の近くでは数十センチメートルしかない。これほど弱い重力のもとでは、ディディモスの引力と2つの小惑星の回転が、ゆっくりした破片の経路を曲げる。こうした効果を入れなかった以前のシミュレーションでは、破片は均一な層になっていた。

大きな岩塊は降ってくる破片を突き抜けて露出したまま残り、その背後の地面を破片から守った。中心の岩塊は全体のパターンをほとんど変えなかった。くぼみの縁や岩塊から離れた場所では、2つのモデルの破片の層の厚さの差は、おおむね1メートル未満である。

左：シミュレーションした2つの小惑星の、衝突前と衝突後の断面（下段：中心に岩塊があるもの）。右：均一なモデルの破片の層を4方向から見たもの（黄色：降り積もった破片、青：20 cm未満）。— Figure 1, Raducan et al. (2026), arXiv:2610.35718.

新たな凹凸をもつ重力

衝突前は、小惑星の形が表面重力のパターンを決めていた。衝突後も全体像はほとんど変わらないが、局所的な変化が現れ、その大きさは約毎秒毎秒0.004ミリメートル（重力を、落とした物体が1秒ごとに増す速さとして測ったもの）に達する。これは衝突前のその場所の重力の約10%にあたる。新たな凹凸の主な原因はメートル級の岩塊だ。岩塊は砂利よりもゆっくり放り出されるので小惑星の上にとどまりやすく、しかも衝突は埋もれていた岩塊も掘り出す。

では、隠れた64メートルの岩塊はどうか。天体が重くなるので、重力はどこでも強くなるが、それとわかる特有のパターンは残さない。ただし1か所だけ例外がある。くぼみの中では、掘り返されたことで、表面が岩塊に約20メートル近づいた。同じ形で密度が均一な天体と比べると（ブーゲー異常）、そこでの重力は約10%大きい（上で述べた、衝突の前後で小惑星を比べた10%とは別の10%である）。これは均一なモデルにはない信号である。

シミュレーションによる、衝突前（上）と衝突の6時間後（中）の表面重力、およびその変化（下）。中心の岩塊がない場合（左）とある場合（右）。十字は衝突地点を示す。— Figure 3, Raducan et al. (2026), arXiv:2610.35718.

ヘラの観測装置が出会うもの

ヘラは2つの小惑星の形と質量を測定する。その小型のキューブサットユベンタス（Juventas）は、低周波レーダーJuRaでディモルフォスを探り、着陸後には重力計GRASSで局所的な重力を測る。撮像装置HyperScout-Hは、0.65〜0.95マイクロメートルのあいだの狭い波長帯で表面を記録する。

• 色。 反射光が探れるのは表面の上から数マイクロメートル（1マイクロメートルは1ミリメートルの1000分の1）だけで、予測される最も薄い堆積物でもそれより厚い。HyperScout-Hがとらえる色では、ディモルフォスの大部分は、表面が新しく塗り替えられたように見えるかもしれない。見えるのは以前からあった表面ではなく、DARTの衝突で飛び散った破片だということだ。古い表面が残っている可能性が最も高いのは、対蹠点の近くと、破片をさえぎる岩塊のそばである。
• 重力。 予測される変化は、GRASSが検出できる大きさの約100倍である。近くの岩塊や不均一な破片の層は、GRASSが測る引力の強さと向きの両方を変えうる。
• 深さ。 深い内部を最も感じ取りやすいのは、くぼみの中だ。しかし1地点が小惑星全体を代表しているとは限らず、重力だけでは浅い岩塊と深い岩塊を区別できない。内部をのぞくレーダーが、その穴を埋めなければならない。

6時間と、2つの極端なケース

これらは本物のディモルフォスではなく、その2つの極端な版である。どちらも、その運動から導かれた最近の推定値である約27億キログラムより重い。層の厚さは、降り積もった砂利の密度が以前より20%低いと仮定している。もっとふわふわしていれば、層は報告された値より厚くなる。そして、シミュレーションが6時間で止まる時点で、破片の最後の**6%**はまだ2つの小惑星の周りを回っており、その経路が終わるまでには数日から数週間かかるかもしれない。