人類は星間飛行できるのか

『インターステラー』を三回も繰り返し観てしまった。この映画の理論はすべて相対性理論とワームホール理論に基づいている。魅力的ではあるけれど、映画の中（そして現実社会も含めて）のテクノロジーレベルはあまりにも貧弱だと感じてしまう。もし未来の人類が土星の周りにワームホールを設置していなければ、現在の技術では人類が太陽系を飛び出すことはほぼ不可能だ。

ボイジャー1号はおそらく人類がこれまでに作り出した中で最速の機械だろう（現在は第三宇宙速度16.7km/sを超えているが、正確な速度は不明だ）。2013年、NASAは1977年に打ち上げられたボイジャー1号が、太陽粒子の影響を受ける太陽圏を抜け、星間空間に到達したと発表した。当時、私は太陽系はその程度の大きさで、35年あれば飛び出せると思っていた。しかし実際には、ボイジャー1号がこの35年間に飛んだ距離は、太陽系全体から見れば、マイクロメーターの最小目盛りに相当する程度に過ぎない。

太陽系は一体どれほど広いのか？

太陽系を周回する天体や物質はすべて太陽系の範囲に属する。私たちがよく知る八大惑星の他に、少なくとも5つの準惑星、173以上の衛星、そして数億もの小天体が存在する。海王星より遠くには、多くの微惑星からなる円盤状のカイパーベルトがあり、太陽から約50～500天文単位（1天文単位は地球と太陽の距離）の位置にある。カイパーベルトのさらに外側には、太陽系を包み込む球状の雲、オールトの雲があり、太陽から5万～10万天文単位、最大半径は約1光年にも及ぶ。

人類がオールトの雲を越えて初めて、真の意味で太陽系を脱出したと言える。ところがボイジャー1号は35年かけてようやく120天文単位余りを飛行したに過ぎず、年間では4天文単位にも満たない。単純に割り算をすればわかるように、現在のボイジャーの速度で飛行し続けても、人類が太陽系を脱出するには少なくとも2万年は必要だ。

人類のテクノロジーは本当にショボい

人類が出現して十数万年、技術の進歩は常に移動速度の向上を意味してきた。最も大きな飛躍があったのは、ここ200年の間だ。残念ながら、工質推進の速度はどうやら限界に達しているようで、現在のロケットは50年前のものと大差ない。質量エネルギー方程式E=mc²に基づけば、人類がより大きな速度を得るには、より大きな反推力を必要とし、そのためにはより多くのエネルギーと、より大きな噴射速度が必要になる。仮に太陽系内で短距離の高速旅行をしようものなら、ロケットに必要な燃料とエンジンの質量は、有人宇宙船そのものをはるかに上回ってしまう。

だから、工質推進による星間飛行は人類には不可能だ。なぜなら、数万年という時間か、莫大なエネルギーを消費する余裕などないからだ。

もし今の技術しか持っていなければ、人類は永遠に太陽系の最内層で泥遊びをしているに過ぎない。

我々の目標は星辰大海だ！人類には新しい推進方法、すなわち無工質推進が必要だ。

現在、無工質推進には十数もの方案がある。例えば、ソーラーセイル推進、電磁推進、核融合推進、ワープドライブなどだ。

ソーラーセイル推進は、私たちが知る帆船と似ている。宇宙空間に巨大な薄膜を広げ、その後ろに宇宙船を繋ぐ。太陽光子がこの薄膜に衝突すると反推力が生まれ、減速しなければ宇宙船は加速し続け、最終的には途方もない速度に達する。ただし、ソーラーセイルで最も面倒なのは減速だ。ある恒星から別の等エネルギー恒星へ向かう場合、中間点でソーラーセイルを使って減速できる。しかし、光のない場所へ向かう場合は、工質による減速か、重力による減速に頼るしかなく、実際の運用は難しい。

電磁推進は、電磁場で粒子の噴射方向を制御し、宇宙機を所定の方向に飛行させる。特徴は消費エネルギーが少なく、装置が小さいことだ。現在、一部の衛星がこの技術を軌道維持に応用している。

核融合推進技術も無工質の一種だ。ある試算によれば、1万1000トン（小型軍艦一隻分の重量）の物質を光速の半分まで加速するには、月全体のヘリウム3を制御可能な核融合に使う必要があるという。明らかにそんなことは不可能だし、そもそも制御可能な核融合技術すら完全には習得していない。とはいえ、制御可能な核融合を使えば、光速の1％から10％程度の短距離旅行は、比較的簡単で快適に行えるだろう。

『三体』や『スタートレック』を読んだことのある人なら、きっとワープドライブに興味があるはずだ。ワープドライブは短時間で宇宙船を光速まで加速でき、相対時間も変えない、非常に先進的な推進概念だ。しかし、概念はあくまで概念に過ぎない。今のところ、科学界にはこの概念の正しさを証明できる研究は一つもない。

次世代の宇宙船は、電磁推進か核融合推進を採用する可能性が高いことが容易に想像できる。私たちには、乗り越えるべき多くの困難がある。物理学だけでなく、材料学、生物学など、全人類が力を合わせて取り組むべき分野が山積みなのだ。