宇宙探査機ボイジャーの1つ ― （クレジット：NASA）
ボイジャー1号のセンサーが警報を発したとき、カリフォルニア州パサデナにあるNASAのジェット推進研究所が興奮に沸いていたのがすぐにわかりました。何年もの間、宇宙探査機からは予想外の信号は送られてきていませんでした。その後、2012年8月25日、測定された太陽風の粒子の数が突然、千単位で急減した一方、宇宙線からの星間粒子の濃度はほぼ10%高くなりました。ボイジャー1号は、明らかに太陽系の境界の外側（太陽系界面ともいいます）を通過したのです。
人間が作り出した物体で、地球外へ旅をしたのはボイジャー1号以外にありません。歴史的な瞬間です。しかし、これはＮASAだけにとどまりません。宇宙探査機はペンシルベニア州ベルフォンテのSupelco®ブランドのチームが設計した製品を搭載しています。「私たちは、Carbosieveが今でもそつなく作動しているのをとても誇りに思っています」と、サイエンス・テクノロジー企業Merckの粒子設計グループの責任者、William “Bill” R. Betzは言います。
カーボンモレキュラーシーブは40年以上作動
顕微鏡画像Carbosieve Voyager
1970年代初頭に開発された宇宙用カーボンモレキュラーシーブは、ボイジャー1号の打ち上げから40年以上経った今日でも極めて重要な役割を担っています。太陽系に関する私たちの見識を広げ、宇宙の性質に関する人間が本来持つ好奇心を満たしてくれる科学データを提供するという役割です。Carbosieveシリーズの第一世代も、Supelco®ブランドのポートフォリオの炭素系吸着剤の分野で多くのイノベーションへの道を切り開きました。
今日、初代Carbosieveシリーズ由来のハイテク材料は、大気捕集材、または固相抽出、パージトラップシステム、ガスクロマトグラフィーカラムの効率を高めるために使用されています。初代ボイジャーの乗組員の子孫も、今でも気体および液体、反応混合物から合成化合物の生成に用いています。
初代Carbosieveは同様の働きをしていました。しかし、現状の技術と比較すると、それらはさほど選択的ではなく、速度も遅く、酸素や窒素、または二酸化炭素といった比較的大きな分子がその表面に付着するだけでした。
極端な低分子の吸着剤を検索
ボイジャー1号とその姉妹探査機ボイジャー2号用に、NASAは特に低分子にできる限り効果的に機能する吸着剤を探していました。科学者たちは、主に水素およびその同位体である重水素、三重水素、ならびにヘリウム、リチウム-7同位体 － ビッグバンのときに生成された元素 － に関心を持っていました。とりわけ、ボイジャーは水素同位体比を測定し、ビッグバン理論を検証することになっていました。これは1966年に推進されました。
前回の宇宙ミッションでそれらの、また同様の測定に使用された小さなカーボン被覆ポリマービーズでは不十分だというのが、研究者たちにははっきりとわかりました。当時は吸着材料開発ではSupelco®ブランドのポートフォリオがすでに名声を得ていたため、NASAはベルフォンテに電話をしたのです。NASAは、吸着剤を使用できるのかどうか、そしてそれがそのような分子と連動するのかどうか、それともタイタン・セントールロケットの打ち上げ時に生じる強い振動の力に耐えられるほど十分安定しているのかどうかを知りたがっていました。
そのとき、NASAから突然電話が・・・
本社では、そのときの電話と同僚たちの唖然とした顔が今でも語り草になっています、とBetzは言います。もちろん、Supelco®ブランドのチームが納品しました。そのときのCarbosieveの設計では、平均的な細孔のサイズが0.7 ㎚と極めて小さく、これはすでに低分子の表面に吸着できていました。さらに、カーボンモレキュラーシーブの粒子は純度が高く超強力で、劣化の兆候をまったく示しませんでした：「吸着剤は100 barを上回る大きな圧力にも耐え、ダメージはありません」と、Betzは言います。
これはつまり、理論的には水深11,000 mのマリアナ海溝の底で利用されているかもしれないということです。これはNASAがCarbosieveとともに正しい方向を向いていることを示す最初の兆候でした － 結局のところ、宇宙と同じように深海にも同様の敵対的条件が存在しているのです。宇宙機関は5 gの吸着剤を購入し、その試験を開始しました。「それはさほど大きな取引ではありませんでしたね」と、Betzは笑いながら言います。「しかし、宇宙探査でNASAをサポートするという栄誉は、私たちにとっては、とにかく、はるかに価値のあるものでした。」
太陽系の化学組成への重要な洞察
今日私たちが知っている通り、ボイジャー1号と2号が科学的センセーションを巻き起こしたのは確かです：ボイジャー1号と2号は、全部で22個の衛星を発見しましたが、そのうち3個がそれぞれ木星と土星の周りを、10個が天王星の周りを、そして6個が海王星の周りを回転しています。ボイジャー1号と2号はさらに木星、天王星、海王星の周りの環を発見し、宇宙探査機の質量分光計における捕集培地としてのCarbosieveの助けを借りたうえで、惑星大気の化学成分に対する重要な洞察を示しました。Betzは水素同位体に関する最初のデータをまだ覚えています。「私たちにとってはとてもワクワクするものでした」
ただ、Supelco®ブランドの専門家なら、NASAのチームに絶対にカスタマイズされたカーボンモレキュラーシーブを供給しているはずです。結局のところ、好奇心に駆られて科学的課題に取り組み、お客様が満足するまでそれらに頭を悩ませますが、Supelco®ブランドの粒子デザイングループの専門性はそのまま残っているのです。
長期的な協力の始まり
このことをたっぷり話しましょう：NASAがSupelco®ブランドのチームに電話をしたのはそれが最後ではありませんでした。粒子設計グループには、まだグループの実力を発揮するチャンスはありました。しかし、それはCarboxensという名の炭素の新世代、Cassini Huygensのミッションおよび国際宇宙ステーション（ISS）に関する別の話です。一方、2機のボイジャー探査機は星間空間からのデータを送り続けています。推定では、私たちは幾分ゆっくりと飛行するボイジャー2号と2025年まではコンタクトを取ることになるでしょう。
1つか2つを除いたすべての科学計測機は、そのときまでは引き続きデータの測定ができるよう、動きを止める必要があります。これは機内に搭載された電子力電池の寿命を延ばしてくれます。しかし、その最後のミッションには、2つの探査機は地球との無線連絡も充電済みのバッテリーも必要ありません。その各々は、保護用アルミジャケットに金メッキを施した銅のレコードを持ち運んでいます。太陽系の星図に加え、それには地球との交信、音楽、音声、そして画像が含まれています。
宇宙人がチャック・ベリーの「ジョニー・B・グッド」という歌（それはレコードにも入っていますが）を本当に気に入るのか、あるいは、ナノメートルの精度の孔を持つCarbosieveの粉末に驚嘆するのか、それは、おそらく誰にもわからないでしょう。生命が存在する可能性があるところに探査機が到達するまでに、数十万年かかるでしょう。
宇宙で活躍するSupelco®ブランド製品
ボイジャー1号で太陽系のかなたへ
40年以上にわたり、カーボンモレキュラーシーブCarbosieveの第一世代は、ボイジャーが探査する機上の科学データの収集をサポートしています。Supelco®ブランド初の「宇宙飛行士」は、メルクにその他多くの開発およびイノベーションの土台を築いてくれています。
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