prosalmontechの宇宙科学・防災Webシミュレーターシリーズの最新プロダクトとして、地球接近小惑星(NEO: Near-Earth Object)の軌道をリアルタイム3Dで追跡し、万一の隕石衝突時の物理被害(クレーター直径、地震規模、熱線、爆風半径)を工学的にシミュレートできるWebアプリケーション「☄️ Asteroid3D / NeoTracker」(https://asteroid.satviewer3d.com/)を正式公開いたしました!
1. なぜ小惑星・地球防衛シミュレーターを開発したのか?
2029年4月13日、直径約340メートルの巨大小惑星「99942 アポフィス(Apophis)」が地球からわずか31,600km(静止気象衛星ひまわりよりも内側)という超至近距離を通過することが天文学的に確定しています。また、2022年にはNASAのDART探査機が小惑星ディモルフォスへ秒速6kmで衝突し、軌道周期を人為的に短縮させる人類初の「惑星防衛(Planetary Defense)」実験に成功するなど、地球接近天体への関心は世界的にかつてない高まりを見せています。
しかし、小惑星の公転軌道や最接近の幾何学的タイミング、そして万が一地球に衝突した場合のクレーター規模や爆風被害を、一般のユーザーや学生が直感的に体験・学習できるツールは極めて限られていました。そこで、インストール不要かつスマートフォンのブラウザだけで誰でも軽快に学べる高精度3DシミュレーターとしてAsteroid3Dを開発しました。
2. 実装したコア技術とアーキテクチャ
① NASA JPL CNEOS CAD API とのリアルタイム連携
NASAジェット推進研究所(JPL)の地球接近天体研究センター(CNEOS: Center for Near Earth Object Studies)が一般公開しているClose Approach Data APIに非同期フェッチ接続。今後数ヶ月〜数年以内に地球へ接近する数百個の小惑星の最新観測データ(最接近日時・相対対地速度・月距離 LD・推定直径・絶対等級 $H$)を自動取得し、3D太陽系空間へ即座にマッピングします。
② 3D ケプラー軌道力学エンジン(Three.js)
各小惑星のケプラー5要素(軌道長半径 $a$、離心率 $e$、軌道傾斜角 $i$、昇交点黄経 $\Omega$、近日点引数 $\omega$)から、3次元の楕円軌道曲線をパラメトリック計算し、現在のエポック時刻における真近点角 $\nu$ をニュートン・ラフソン法で求めて天体を軌道上で滑らかに周回させています:
// ケプラー楕円軌道上の3D位置ベクトル計算
function calculateOrbitalPosition(a, e, i, omega, w, nu) {
const r = (a * (1 - e * e)) / (1 + e * Math.cos(nu));
const xOrbital = r * Math.cos(nu);
const yOrbital = r * Math.sin(nu);
// 軌道傾斜角と交点引数による3次元オイラー回転
const cosO = Math.cos(omega), sinO = Math.sin(omega);
const cosW = Math.cos(w), sinW = Math.sin(w);
const cosI = Math.cos(i), sinI = Math.sin(i);
const x = (cosO * cosW - sinO * sinW * cosI) * xOrbital + (-cosO * sinW - sinO * cosW * cosI) * yOrbital;
const y = (sinO * cosW + cosO * sinW * cosI) * xOrbital + (-sinO * sinW + cosO * cosW * cosI) * yOrbital;
const z = (sinW * sinI) * xOrbital + (cosW * sinI) * yOrbital;
return new THREE.Vector3(x, z, -y);
}
③ Schmidt-Holsapple 則に基づく隕石衝突物理計算エンジン
万が一小惑星が地球に衝突した場合の運動エネルギーおよび物理破壊シミュレーションには、衝突クレーター力学の国際標準であるSchmidt-Holsapple スケーリング則を採用しました:
- 衝突運動エネルギー: 小惑星の直径 $D$、球体体積、岩石密度($\rho \approx 2,600\text{ kg/m}^3$)から質量 $m$ を算出し、相対速度 $v$(通常15〜30km/s)から総運動エネルギー $E = \frac{1}{2}mv^2$(TNTメガトン換算、広島原爆換算)を導出。
- 過渡クレーター直径(Transient Crater): 重力支配領域におけるスケーリング則: $$D_{tc} = 1.161 \left(\frac{\rho_i}{\rho_t}\right)^{1/3} D_i^{0.78} v_i^{0.44} g^{-0.22} (\sin \theta)^{1/3}$$
- 誘発地震マグニチュード(Mw): 衝突エネルギーの一部(地震効率約 $10^{-4}$)が弾性波へ変換されることによる地震規模: $$M_w = 0.67 \log_{10}(E_{\text{joules}}) - 5.87$$
- 5-psi 建物倒壊エアバースト爆風半径: 一般家屋が倒壊する大気衝撃波過剰圧(5 psi / 約34 kPa)の到達距離をSadovskyの爆風スケーリング式に基づき算出。
- 熱線放射火傷半径: 火球の放射熱による三度熱傷危険エリアの幾何学的推計。
3. 世界主要14言語への完全ローカライズ
日本語、英語をはじめ、スペイン語、中国語、ロシア語、ドイツ語、フランス語、イタリア語、韓国語、ポルトガル語、オランダ語、インドネシア語、ヒンディー語、アラビア語(RTL対応)の全14言語に対応。言語セレクターで瞬時に全HUD・科学解説カードが翻訳されます。