やっぱり宇宙エレベーターは作れないの...？

宇宙エレベーターを作る素材ための魔法の素材、カーボンナノチューブ。なんていわれているものの、最新の研究では、カーボンナノチューブの持つ顕微鏡サイズの構造は、たったひとつ原子の置き場所を間違えるだけで弾性がかなり下がってしまうことがわかりました。下手をしたら、宇宙エレベーターが崩れ落ちてしまうかもしれないんですよ。

カーボンナノチューブ（以下CNT）は、カーボン分子が連結してできた小さな中空の円筒です。この素材を互いに編み合わせると、なんと100ギガパスカル（GPa）の伸張性があるんです。糸ほどの太さのものでも車を丸ごと支持できるほどの強さだそう。そう考えると、地表から宇宙へと延びる宇宙エレベーターに使えそうだと思いません？ そう、理論上は、CNTは宇宙エレベーターによってかかるとてつもない重圧を支えるのに十分なはずなんです。

CNTは存在する中でも最も強い素材と考えられていますが、これまで製造できたものはロープほどのもので、その強さも1GPaのもの。New Scientistによれば、香港理工大学のFeng Ding氏はその理由を知ろうと同僚たちと共に原子をひとつ置き違えてCNTのシミュレーションを試みました。

CNTの中で、ふたつの六角形であるはずの部分の原子をひとつ移動させ、五角形と七角形にしました。すると、たったそれだけの変形なのに｢理想の強さ｣である100GPaが、40GPaまで下がってしまいました。もちろん、もっとたくさんの原子が正しく並んでいないと、もっと悪いことになっちゃいますよ。New Scientistはこう解説しています。

研究チームのシミュレーションは、このような欠陥がチューブの弱点となり、本来なら強いカーボンとカーボンの結びつきが簡単に折れてしまうことを明らかにしました。一度これが起きれば、隣接した六角形の結びつきもまた壊れてしまい、チューブ全体が開いてしまいます。この効果は、互いに紡がれ繊維状となったCNTに対しても似ており、一度ひとつのCNTが壊れれば、ほかのCNTに対する負担が増加し、次々に壊れていきます。

たったひとつの原子がきちんと整列していないだけで、CNTでできた繊維全体が弱くなってしまうということなんですね。宇宙エレベーターでこれを考えてみると恐ろしいですよね、地表から宇宙へと延びるケーブルの途中が、タイツの伝線みたいに裂けて…。

CNT製造技術はまだ現時点では未熟な状態、質の良くないチューブができることもあるでしょう。でもDing氏の言うように｢ほとんどの大量生産されたCNTには大いに欠陥があり、高品質なCNTは大量に作るのが難しい｣のが現状。

宇宙エレベーターを実現するには、50GPaの引張強度のあるケーブルが必要とされています。カーボンナノチューブの代わりにダイヤモンドナノフィラメントを使えばできるかも、なんて話もありますし、大林組が2050年までに作るという発表も数年前にありましたが、やっぱりエレベーターで宇宙に行くのはなかなか難しいことのようです。

image by Obayashi Corporation), Michael Ströck

source: ACS Nano, New Scientist

George Dvorsky - Gizmodo US［原文］

（abcxyz）