5分でわかるケスラーシンドローム
ケスラーシンドロームとは、地球を回る人工物どうしがぶつかって破片が増え、その破片がまた別の物体にぶつかる、という連鎖が止まらなくなる状態のことです。衝突のたびに破片が生まれ、破片のひとつひとつが新しい「弾丸」になります。いったん連鎖が回り始めると、自然に片づく速さより、増える速さのほうが上回ってしまいます。
もとになったのは、1978年にNASAのドナルド・ケスラーとバートン・クール＝パレーが発表した論文です。題名は「人工衛星の衝突頻度：デブリ帯の形成」（原題は Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt）といいます。二人は、軌道上の物体がある程度まで増えると、新しい打ち上げよりも、物体どうしの衝突のほうが新たなデブリ（宇宙ごみ）の主な発生源になりうると計算しました。「ケスラーシンドローム」という呼び名は、あとから広まったものです。ケスラー自身は、これを一日で起きる大事件ではなく、長い時間をかけて進む過程だと説明しています。
この話が大切なのは、私たちの暮らしが人工衛星に支えられているからです。カーナビやスマートフォンの位置情報、天気予報、衛星放送、通信などは、どれも衛星に頼っています。軌道が危険なごみで汚れれば、衛星を打ち上げて運用するのが、いまよりずっと危うく、お金のかかることになります。
連鎖はどう起こるのか
まず、速さに注目しましょう。地表から2,000kmくらいまでの低軌道では、物体は秒速7〜8kmほどで飛んでいます。物体どうしが角度をつけてすれ違うと、秒速10kmを超える速さでぶつかることもあります。このスピードでは、ぶつかったときのエネルギーが桁違いに大きくなります。小さな金属片でも宇宙機の防護板を貫くことがあり、1983年にはスペースシャトルの窓が、塗料のかけらひとつで傷ついたことがありました。
次に、衝突が何を起こすかを考えます。衛星は、ほかの衛星にぶつかっても跳ね返るわけではありません。どちらも粉々になり、たくさんの破片が別々の方向、別々の軌道へ飛び散ります。破片の多くは地上から追跡するには小さすぎますが、動いている衛星をこわすには十分な大きさです。
最後に、時間の影響があります。宇宙の入り口のごく薄い大気も、軌道上の物体には抵抗になります。その抵抗で物体は少しずつ高度を下げ、やがて大気圏で燃え尽きます。高度およそ500km以下では、デブリは数年のうちに落ちてくることが多いです。ところが高度が上がるほど大気は薄くなり、800km以上では、何十年、場合によっては何百年も軌道にとどまります。つまり衝突の被害は、大きさだけでなく、起きた高度によっても大きく変わるのです。
この三つを合わせると、フィードバックの輪ができます。デブリが増えれば衝突の確率が上がり、衝突が起きればデブリがさらに増え、高い軌道ではそのデブリがなかなか消えません。のちにNASAなどが行ったモデル研究では、混み合った高度の一部では、新しい衛星を一機も打ち上げなくても、衝突だけでデブリが増え続ける可能性が示されました。
科学的にはどうなのか
この話には、測定された事実と、予測にとどまる部分があります。分けて整理しておきましょう。
確かめられていること
- 宇宙機関は、大きさ10cm以上の物体を数万個単位で追跡しており、その多くを公開の目録にしています。
- ESA（欧州宇宙機関）のモデルでは、1〜10cmの破片がおよそ100万個、1cm未満の破片は1億個を大きく超えると見積もられています。小さな破片は地上から見えないため、これは統計的な推定値です。
- 実際の衝突や、意図的な破壊実験によって、追跡できる破片が何千個も増えました。いまでは衛星が、デブリを避けるために定期的に軌道を変えています。
予測にとどまっていること
暴走的な連鎖が本当に起きるのか、起きるならどの軌道で、どれくらいの速さなのか、という点は予測です。今後の打ち上げ数、故障する衛星の数、古い機体をどれだけ片づけられるかといった前提で、結果が変わります。NASAやESAのモデルは、きちんと廃棄しなければ物体の数は増え続け、衝突の確率も上がるという点ではおおむね一致しています。ただし、「いつ限界を超える」と日付を示せるモデルはありません。日付をはっきり言い切る話には、注意したほうがよいでしょう。
現実に起きた三つの出来事
2007年：ミサイルによる衛星破壊
2007年1月、中国は高度およそ860kmを回っていた古い気象衛星「風雲1号C」を、ミサイルで破壊しました。この実験で、追跡できる破片が3,000個以上できました。軌道が高いため、その多くは何年たってもまだ周回を続けていました。単独の出来事としては、史上最大級のデブリ発生例のひとつです。
2009年：偶然の衝突
2009年2月10日、シベリア上空の高度およそ790kmで、アメリカの通信衛星イリジウム33号が、使われなくなったロシアの衛星コスモス2251号と衝突しました。無傷の衛星どうしが偶然ぶつかった初めての例で、追跡できる破片が1,000個を超えて生まれました。
2021年：ふたたびの破壊実験
2021年11月、ロシアは役目を終えた衛星コスモス1408号を、高度およそ480kmで破壊しました。追跡された破片は1,500個を超えました。国際宇宙ステーションの乗組員は、ドッキング中の宇宙船に一時的に避難しました。ただしこの軌道はずっと低いため、破片は比較的早く落ちてきます。同じ破壊でも、高度によって長期的な影響が変わることがわかる例です。
SF作品での登場例
ケスラーシンドロームは、おそろしいのに静かな脅威です。敵は怪物ではなく、小さなものの群れだからです。この点が、作家たちの心をとらえてきました。
日本の読者になじみが深いのは、幸村誠さんの漫画『プラネテス』（Planetes）でしょう。2070年代を舞台に、軌道上のデブリを回収する会社の乗組員たちを描いた作品です。宇宙のごみ拾いを、日々の仕事の問題として描いていて、実際の技術者の感覚にも近い内容です。また、2013年の映画『ゼロ・グラビティ』（Gravity）は、デブリの連鎖衝突がスペースシャトルの乗組員を襲う場面から始まります。迫力のある作品ですが、劇中では複数の宇宙機が同じ軌道にいるように描かれています。現実の宇宙機は、それぞれ別の高度を回っています。
また、人類が作ったものが思わぬ形で未来を変えてしまうという発想は、SFが昔から得意としてきた主題です。この流れは、SFの歴史の記事でも紹介しています。
よくある誤解
- 「ある日突然起きて、人類は地球から出られなくなる」：そうではありません。連鎖は少しずつ進み、影響が大きい高度とそうでない高度があります。
- 「もう起きてしまっている」：暴走という意味では、まだ起きていません。軌道は以前より混み合って危険になっていますが、国際宇宙ステーションや気象衛星など、多くの衛星がいまも働いています。必要に応じて、衝突を避ける軌道変更も行われています。
- 「宇宙はデブリの雲だらけで、地雷原のようだ」：宇宙はとても広く、衛星ひとつあたりが衝突する確率は小さいものです。危険は、小さなリスクが長い年月に積み重なることから生まれます。
- 「デブリのせいで、永遠に宇宙へ行けなくなる」：低い軌道は時間がたてば自然にきれいになります。一部の高い軌道は、非常に長く使いにくくなるかもしれません。それでも、ロケットがデブリの多い層を短時間で通り抜けることは可能です。
対策はどこまで進んでいるか
いちばん大切な対策は、新しいデブリを出さないことです。IADC（機関間スペースデブリ調整委員会）は、運用を終えた低軌道の衛星を25年以内に軌道から外すよう、以前から求めています。アメリカの連邦通信委員会（FCC）は、2022年に、自国が認可する低軌道の衛星に対して、より厳しい5年ルールを決めました。また、追跡ネットワークが接近を知らせ、運用者が衝突を避けられるようにもなっています。
むずかしいのは、すでに宇宙にあるごみの片づけです。日本のアストロスケール社は、2021年に軌道上でのドッキングを試す実証機「ELSA-d」を打ち上げました。2024年には、JAXAと協力した「ADRAS-J」が、役目を終えた日本のロケット上段に近づき、間近から観測しています。これらは最初の実証段階で、大きな不要物を取り除くには、まだ費用がかかります。
