惑星防衛シミュレーター
モデル条件・数式・出典
バージョン1.0.0／2026年7月29日
用途の限定
本シミュレーターは、惑星防衛の中心概念を中学生以上へ伝えるための教育用代表モデルです。研究、実際のミッション設計、実在小惑星の危険度判定、被害予測には使用できません。小惑星・軌道・衝突日はすべて架空です。
本シミュレーターは、惑星防衛の中心概念を中学生以上へ伝えるための教育用代表モデルです。研究、実際のミッション設計、実在小惑星の危険度判定、被害予測には使用できません。小惑星・軌道・衝突日はすべて架空です。
1. 何を再現しているか
主に「運動衝突機（kinetic impactor）」を扱います。探査機を小惑星へ高速衝突させ、小惑星の速度をわずかに変えます。その速度差が長い時間をかけて位置差へ成長し、地球と同じ場所を同じ時刻に通ることを避ける、という考え方です。
NASAのDARTは2022年、地球へ危険のない連星小惑星系の衛星ディモルフォスへ衝突し、周回周期を約33分短縮しました。これは天体の運動を意図的に変える技術の初実証です。ただし、DARTは地球へ向かう小惑星を直接そらしたミッションではありません。
2. 速度変化の近似
シミュレーターでは、衝突方向の有効成分について、次の単純化した運動量関係を基礎にしています。
小惑星の速度変化 Δv ≈ β ×（探査機質量 ÷ 小惑星質量）× 衝突速度 × 軌道幾何係数
- β（ベータ）：衝突で飛び出す物質の反作用を含む運動量増幅係数。
- 軌道幾何係数：衝突方向が、その小惑星の地球接近時刻を変えるためにどれほど有効かを表すシナリオ固有の教育係数。
- 小惑星質量は、球に近い代表形状を仮定して
π/6 × 直径³ × 密度で近似しています。
重要：βはすべての小惑星で同じではありません。形状、空隙、表面、内部構造、衝突位置、衝突角度などで変わります。本作では各架空天体に代表値と推定範囲を設定しています。
3. 速度差から「地球とのずれ」への変換
実際には、偏向後の軌道を太陽・惑星の重力下で数値積分し、地球接近時のb平面へ写像します。本作はGIGA端末で軽く動かし、シナリオごとに結果を科学確認できるよう、次の形式へ簡略化しています。
地球接近時の位置差 ≈ Δv（mm/s）× 命中後の年数 × シナリオ固有感度（km / mm/s / 年）
感度は全シナリオで単純な物理定数として扱っているのではなく、架空軌道ごとの代表値です。したがって「どの小惑星でも1mm/sで同じ距離だけずれる」という意味ではありません。
4. 地球接近断面図
画面下の図は、地球へ最接近する瞬間の進行方向に直交する平面を簡略化したものです。NASA/JPLのNEO Deflection Appなどで使われるb平面表示から着想を得ています。
- 赤い円：本作の衝突危険範囲。地球の物理半径だけでなく、重力による軌道曲がりを含む代表的な捕獲範囲として9,000kmに固定。
- 水色の点：最も可能性が高い予測位置。
- 白い楕円：軌道、直径、密度、βなどの不確実性をまとめた代表範囲。
点だけが赤い円を外れた状態を「名目成功」、楕円全体が外れた状態を「ロバスト成功」としています。
5. 観測の効果
| 観測 | 主に縮める不確実性 | モデル上の代償 |
|---|---|---|
| 追跡観測 | 軌道・地球接近位置 | 0.20年、費用4 |
| 赤外線観測 | 直径 | 0.45年、費用10 |
| レーダー観測 | 距離・速度・形状・軌道 | 0.30年、費用12 |
| 偵察探査機 | 直径・密度・内部構造・β | 1.80年、費用28 |
実際には、レーダー観測が可能か、探査機が到達できるか、観測精度がどこまで上がるかは天体ごとに異なります。上表は比較学習用の代表値です。
6. 架空ミッションの条件
| コード | 中心テーマ | 直径 | 警告期間 | 意図 |
|---|---|---|---|---|
| PD-01 | 早期発見 | 140m | 12年 | 小さなΔvを長時間積み重ねる |
| PD-02 | 打上げの好機 | 120m | 9年 | 早いほど常に最適とは限らない |
| PD-03 | がれきの山 | 165m | 14年 | 密度・内部構造・βの不確実性 |
| PD-04 | 残り5年 | 90m | 5年 | 探査機の準備期間と短期対応 |
| PD-05 | 撃たない判断 | 70m | 15年 | 追加観測で危険が消える場合 |
| PD-06 | 複数機 | 260m | 20年 | 大型天体と複数回の運動衝突 |
7. 省略したもの
- 小惑星の非球形重力、自転状態、衝突地点の詳細。
- 太陽・地球・月・惑星による高精度な摂動。
- 重力キーホールと複数回接近。
- ロケットの実在機種、打上げ地点、打上げ失敗率。
- 核爆発、重力トラクター、レーザー蒸発など他の偏向手段。
- 都市別被害、死者数、人口メッシュ。
- 実在小惑星データの自動取得。
8. 主要出典
- NASA/JPL CNEOS, NEO Deflection App — 偏向時期、Δv、b平面表示の教育ツール。
- NASA/JPL CNEOS, 2023 PDC Deflection Exercise — 打上げ能力、日付、飛行時間、小惑星質量、β、不確実性領域。
- NASA, DART Mission — 運動衝突技術実証。
- NASA, FY2024 Aeronautics and Space Report — 周回周期変化とDART結果。
- ESA, Hera Mission — DART後のディモルフォスを調査し、偏向技術を再現可能なものへ近づける計画。
- NASA/JPL, Asteroid Watch — 既知天体の衝突リスクに関する公式情報。
- NASA/JPL CNEOS, 2025 Planetary Defense Conference Exercise — 発見後の観測、衝突確率、大きさ・組成の不確実性、偵察。
更新方針
シミュレーター本体の数値・表現を変更する場合は、この文書のバージョン、更新日、変更理由を同時に更新してください。実在天体名を架空の衝突シナリオへ使用する場合は、「その天体に衝突予測はない」ことを画面内で明示する必要があります。
シミュレーター本体の数値・表現を変更する場合は、この文書のバージョン、更新日、変更理由を同時に更新してください。実在天体名を架空の衝突シナリオへ使用する場合は、「その天体に衝突予測はない」ことを画面内で明示する必要があります。
作成：宇宙旅行.jp／本ページのリンク先情報は2026年7月29日に確認。