!LAGEOS衛星：LARES-2と類似の設計を持つパッシブ型レーザー測距宇宙機。一般相対性理論の精密検証に使用された。Credit: NASA。
LAGEOS衛星：LARES-2へと設計の系譜が受け継がれるパッシブ型レーザー測距宇宙機。両衛星は再帰反射器のアレイを用いて地上局からのレーザーパルスを反射し、ミリメートル精度での軌道追跡を可能にしている。Credit: NASA。
2026年7月9日：地球上空5,899キロメートル（3,665マイル）を周回する小型イタリア衛星が、一般相対性理論の最も奇妙な予測の一つ：自転する惑星が時空の構造を引きずる：をこれまでで最も高い精度で測定した。
7月8日に『Nature』（doi:10.1038/s41586-026-10715-0）に掲載されたこの結果は、アインシュタインの理論を千分の一のレベルで確認するものであり、従来の太陽系内での最高のテストから一桁の改善を示している。この測定は、ダークエネルギーを説明するために提案された理論を含む、代替重力理論にこれまでで最も厳しい制約を課す。
「私たちが目にしているのは、地球の自転によって時空がねじれている現象です」と、研究の主執筆者であるサレント大学のイニャツィオ・チウフォリーニ氏（チームにはノーベル賞受賞者のロジャー・ペンローズ氏も参加）は述べた。「その効果は微小ですが、LARES-2はそれを驚くべき明瞭さで測定することを可能にしました。」
フレーム・ドラッギングの仕組み
フレーム・ドラッギング（レンズ・サーリング効果、あるいは重力磁気学とも呼ばれる）は、アインシュタインの方程式が質量・エネルギーの流れを、電磁気学が電流を扱うのと同様に扱うことから生じる。動く電荷が磁場を生成するように、回転する質量は重力磁場を生成し、局所的な慣性系をねじる。
地球の場合、その効果は極めて小さい。惑星を周回する衛星の軌道面は、フレーム・ドラッギングによって年間わずか約2メートル（6.6フィート）しか歳差運動しない：衛星の高度における人間の髪の毛の幅ほどである。この信号を、地球自身の不均一な形状によるはるかに大きな重力擾乱から抽出することは、何十年にもわたって物理学者たちを悩ませてきた。
LARES-2実験
LARES-2（Laser Relativity Satellite 2）は2022年7月13日、欧州のVega-Cロケットの初飛行で仏領ギアナのクールーから打ち上げられた。イタリア宇宙機関（ASI）がESAと協力して建造したこの衛星は、直径36.4センチメートル（14.3インチ）、重量387キログラム（853ポンド）のパッシブ球体である。その表面は303個のコーナーキューブ型再帰反射器：レーザーパルスを光源に反射する精密ミラー：で覆われている。
衛星レーザー測距（SLR）局のグローバルネットワークがLARES-2に向けてパルスを発射し、往復時間を測定することで、衛星の位置をミリメートル単位で追跡する。チームはLARES-2の3.5年間のデータと、LAGEOS衛星（NASA、1976年、およびASI/NASA、1992年）の26年間のデータ、そしてGRACEおよびGRACE Follow-Onミッションの重力場モデルを組み合わせた。
鍵となる革新は軌道幾何学にある。LARES-2はLAGEOSに対して「補完軌道」と呼ばれる軌道を飛行する。両者の軌道面はほぼ垂直で、傾斜角の和は約180度となる。この配置は地球の赤道バルジ（J2調和項）からの支配的な重力擾乱を相殺し、微小なフレーム・ドラッギング信号を露出させる。
「ノイズを消してシグナルが通るように軌道を設計しました」と、ローマ・サピエンツァ大学のアントニオ・パオロッツィ共同執筆者は述べた。「最初の提案からここにたどり着くまでに約40年かかりました。」
結果の意味
測定されたフレーム・ドラッギングは一般相対性理論の予測と0.2％以内で一致している。アインシュタインを再び確認するだけでなく、この結果は基礎物理学に重大な示唆を与える。
いくつかの代替重力理論：特に超弦理論から現れるスカラー・テンソル拡張であるチャーン・サイモンズ重力：は、一般相対性理論とは異なるフレーム・ドラッギング値を予測する。LARES-2の測定はこれらのモデルの広範なクラスを除外し、ダークエネルギーと宇宙の加速膨張の説明のための理論空間を狭める。
データはまた、地球の潮汐：月と太陽による惑星の重力変形：の測定も改善し、高精度の相対論的実験が地球物理学上の利益をもたらすことを実証した。
構想から軌道までの長い道のり
補完軌道衛星を用いてフレーム・ドラッギングを測定するアイデアは1980年代半ばに初めて発表され、チウフォリーニ氏と故ジョン・アーチボルド・ウィーラー氏が推進した。プロジェクトは当初LAGEOS-3と呼ばれていたが、繰り返し延期された。2016年、イタリア宇宙機関は大幅に改良された技術と新型Vega-Cロケットによる専用打ち上げを伴うLARES-2としてこれを復活させた。
衛星の最適化された設計：残留大気と太陽放射圧からの抗力を最小化する非常に低い表面対質量比と、高度に均一な再帰反射器分布：が千分の一の測定を可能にした。LAGEOSとLARES（2012年打ち上げ）のみを用いた初期のテストでは約2％の精度であった。
今後の展開
LARES-2がデータを蓄積し続けるにつれて、チームは今後数年間でさらなる精度向上を見込んでいる。衛星は電子機器や推進装置を搭載しておらず、可動部品もない：その設計寿命は数十年単位である。同じレーザー測距技術は、より強い重力場のためにフレーム・ドラッギング効果が大きい他の惑星や月周回の将来ミッションにも応用できる。
「一般相対性理論をより精密に検証するたびに、アインシュタインは合格します」とチウフォリーニ氏は述べた。「しかしそれは失敗ではありません：重力に対する私たちの理解が正しい道筋にあるという確認です。そしてそれは、私たちを誤った方向に導くであろう理論への扉を閉ざすものです。」
参考文献：
- Ciufolini, I., Paolozzi, A., Pavlis, E.C. et al. 「LARES-2 satellite measures frame-dragging effect around the Earth.」『Nature』655, 332-335 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10715-0
- Ciufolini, I. et al. 「First results of the LARES 2 space experiment to test the general theory of relativity.」『European Physical Journal Plus』138, 1054 (2023).
- Italian Space Agency (ASI): LARES-2 mission overview. https://www.asi.it/en/earth-science/lares-2/
雅子 訳