NASAが1976年に打ち上げた「ミラーボール衛星」は、なぜ壊れないのか

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1976年5月4日、NASAはカリフォルニアのバンデンバーグ空軍基地から、直径60センチメートルの金属の球を打ち上げました。名前は LAGEOS（ラジオス）。正式には Laser Geodynamics Satellite、レーザー地球力学衛星といいます。

この衛星には、観測装置が載っていません。電子回路もなく、電源もなく、姿勢や軌道を変える推進装置もありません。動く部品はひとつもなく、地上と通信する手段もない。重さ406.965キログラム、中身は真鍮（しんちゅう）の芯をアルミニウムの殻で包んだだけの、ただの重い球です。

打ち上げからちょうど50年。この球は今も現役で、世界中の地上局から毎日レーザーを当てられています。何も積んでいない衛星が、NASAの科学衛星のなかでも最古参のひとつとして働き続けている。この記事は、その仕組みと理由の話です。

426個の反射体で覆われた球

球の表面には、426個の「コーナーキューブ」と呼ばれる反射体が埋め込まれています。コーナーキューブは、立方体の角を内側から見たような形をしたプリズムで、どの方向から光が入っても、来た方向へそのまま光を返す性質があります。道路標識や自転車の反射板と同じ原理です。422個は石英ガラス製で、残りの4個は赤外線での実験用にゲルマニウムで作られています。

LAGEOS が「する」ことは、これだけです。地上局が短いレーザーパルスを撃つ。パルスは球に当たり、反射体で折り返して、撃った場所に戻ってくる。地上局はその往復時間を測る。光の速さは決まっているので、往復時間が分かれば、地上局から衛星までの距離が分かります。この方法を「衛星レーザー測距（Satellite Laser Ranging）」と呼びます。

この技術自体は LAGEOS より前からありましたが、当時の精度は1メートルほどでした。LAGEOS はそれを1センチメートル以下まで押し上げ、現在ではさらに10倍よくなっています。5,900キロメートル先の球までの距離を、ミリメートル単位で測っているわけです。

重く、高く、何も載せない設計の理由

LAGEOS が「何も積まない」のは、載せるものがなかったからではありません。積まないこと自体が設計です。

この衛星の役割は、地球の「動かない基準点」になることです。距離を測る相手がふらふら動いていたら、測った数字のどこまでが地球の変化で、どこからが衛星の揺れなのか分からなくなる。だから、軌道を乱す要因を最初からできるだけ取り除いてあります。

まず高度。LAGEOS の軌道は上空およそ5,900キロメートル、国際宇宙ステーション（約400キロメートル）の15倍ほどの高さです。ここまで上がると大気はほとんどなく、空気抵抗で軌道が乱れることがまずありません。さらに、この高さなら地球の広い範囲から同時に見えるので、別々の大陸にある地上局が同じ球を測れます。

次に重さ。太陽の光が当たるだけで、物体はわずかに押されます。軽くて大きいものほど押されやすい。LAGEOS はこの影響を小さくするために、体積のわりに極端に重く作ってあります。アルミニウムだけでは軽すぎ、真鍮だけでは重すぎてロケットに載らない。それで真鍮の芯をアルミニウムの半球2枚で挟み、ボルトで留める形に落ち着きました。地球の磁場に反応しないよう、材料もそこを考えて選ばれています。

そして、電子部品を積まないこと。壊れる部品がなければ、寿命という概念がなくなります。電池も切れないし、故障もしない。NASA はこの球が今後数百万年にわたって地球を回り続けると見込んでいます。

ちなみに LAGEOS は、当初は地上試験用の実物大モデルと、飛ばす本番機の2つを作る予定でした。ところが試験機が何の問題もなく試験を通ってしまったので、そのまま試験機を打ち上げることにして本番機の製造をやめています。今回っているのは、試験機だった球です。

動かない球から見えてきた地球の動き

基準点が動かないなら、測った距離の変化はすべて地上側の変化です。LAGEOS が測っているのは自分自身ではなく、それを見ている地球のほうだ、と言ってもいいでしょう。

打ち上げ当時の大きな狙いは、プレートの動きを実測することでした。1976年の時点でプレートテクトニクスの理論はすでに固まっていましたが、「今、各プレートがどの向きにどれだけの速さで動いているか」を測る手段がありませんでした。1センチメートルの精度があれば、年に数センチメートルの動きは数年分の観測で見えてきます。LAGEOS はそれを可能にした最初の衛星です。

そこから先は芋づる式でした。地球の自転は、大気や海の質量が移動するせいでわずかに揺らぎます。自転軸そのものもゆっくり動きます（極運動といいます）。地球の重心もじわじわ動く。こうした変化が、地上局と球の距離の変化として読み取れるようになりました。

球の軌道そのものも情報源です。地球の重力は場所によってわずかにむらがあり、球の軌道はそのむらを反映してわずかにずれます。このずれから初期の地球重力モデルが作られました。氷河期に厚い氷に押さえつけられていたハドソン湾周辺やスカンジナビアの地面が、氷が消えた今もゆっくり隆起している様子も、LAGEOS のデータで捉えられています。

現在の LAGEOS は、1992年に打ち上げられた姉妹機 LAGEOS-2 とともに、地球上の位置の基準となる座標系（国際地球基準座標系）の「原点」を定める役目を担っています。この原点は地球の重心に置かれていて、それを実際に決めているのがこの2つの球です。カーナビの測位から惑星探査機の航法まで、いろいろな仕組みの足もとにこの座標系があります。

相対性理論の検証と、大陸移動で時刻を伝える銘板

ここからが、この球のいちばん面白いところです。

LAGEOS-2 は、イタリア宇宙機関と NASA の共同で1992年10月22日に打ち上げられました。軌道は1号機を補うように選ばれていて、2機そろったことで、1機ではできなかった観測ができるようになりました。そのひとつが、アインシュタインの一般相対性理論が予言する「慣性系の引きずり」の検証です。

慣性系の引きずりとは、重くて回転している天体のまわりでは、空間そのものが回転方向へわずかに引きずられる、という現象です。地球ほどの質量と回転では効果はごく小さく、衛星の軌道面がほんのわずか回るだけ。ですが、2つの球の軌道を何年も追い続けたデータから、この微小なずれが実際に検出され、理論の予言と一致することが確かめられました。観測装置を持たない球が、相対性理論の検証に使われたわけです。

もうひとつ、この球が見つけたものがあります。太陽に温められた面が熱を放出するとき、そのわずかな反動で軌道が変わる「ヤルコフスキー効果」の、公転にともなう季節変化版です。この効果とその他のごく小さな力を合わせて、LAGEOS の軌道は1日に約1ミリメートルずつ下がっています。これが「数百万年で落ちてくる」という見積もりの根拠です。同じ効果は小惑星の軌道も変えるので、地球に近づく小惑星の動きを予測するうえでも参考にされています。

そして銘板です。LAGEOS の内部には、カール・セーガンが用意したメッセージが2枚、球の2つの半球をつなぐボルトの両端に取り付けられています。ステンレス板に刻まれた、10センチメートル×18センチメートルの小さな板です。

上のほうには、1から10までを二進数で表した数列と、太陽のまわりを回る地球の図。これで「1年」という時間の単位を定義しています。板の大部分を占めるのは、3枚の世界地図です。1枚目は約2億6800万年前、すべての大陸がひとつにつながっていたころの地図。2枚目は打ち上げ時点の地図で、カリフォルニアから LAGEOS が飛び立つ様子も描かれています。3枚目は840万年後の予想図で、球が地球に落ちてくるところと、サンアンドレアス断層に沿ってカリフォルニア南部が太平洋へ切り離されていく様子が描かれています。

この銘板には、文字も言語も使われていません。将来これを見つけた誰かは、自分たちの時代の地図と下2枚の地図を見比べて、大陸がどれだけ動いたかから「これが作られたのはいつごろか」を割り出せる、という設計です。大陸は年に数センチメートルずつ動く。その速さを測るために打ち上げられた衛星が、大陸の動きそのものを時計にしたメッセージを積んでいる。目的と手段が、きれいに一致しています。

50年前の球が今も基準であり続けている

2016年の時点で、LAGEOS にレーザーを当てたことのある地上局は世界で183か所、そのうち数十か所は当時も測り続けていました。打ち上げから50年たった今も、状況は変わっていません。故障する部品がないので、地上局が測り続けるかぎり、この球は基準点であり続けます。

最新の衛星のように華やかな成果を出す装置ではありません。ただ、地球の形・自転・重力・大陸の動きをひとつながりのものとして見る今の地球科学の見方は、この球が半世紀かけて積み上げたデータの上に成り立っています。何もしない機械が、いちばん長く働いている。LAGEOS はその実例です。

出典・参考：
The Heavy Disco-Ball Satellite Designed To Do… Nothing（Hackaday、2026年9月12日）
Now 40, NASA’s LAGEOS Set the Bar for Studies of Earth（NASA、2016年5月4日）
Message to the Future（NASA Goddard、LAGEOS 銘板の解説）
LAGEOS Design（NASA Goddard）
LAGEOS-1（NASA Earthdata、諸元）

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