冥王星の謎に迫る！その形成過程を探る新しい「巨大彗星」モデル登場

・冥王星の起源と進化の理解を広げる宇宙化学モデルが構築された。
・冥王星に存在する分子状窒素N2が始原的な種である可能性を詳細に調査。

 

冥王星は、1930年にアメリカの天文学者クライド・トンボーによって初めて発見されました。発見当時は惑星と考えられていたものの、その後2006年に準惑星に分類し直されました。

 

それ以来、冥王星の謎を解き明かすために膨大な研究が行われてきました。最近、アメリカのサウスウエスト研究所の科学者たちが、この準惑星が太陽系の端でどのように形成されたかに関する、新しいモデルを開発しました。

 

研究チームは、巨大彗星モデルと呼ばれる宇宙化学モデルを構築し、冥王星の形成と進化についての理解を広げました。彼らは、スプートニク平原（冥王星の高アルベド氷に覆われた盆地で、その大部分は北半球にあり、赤道を横切って広がっている）の内部に存在する窒素の体積と、冥王星が何十億もの彗星や他のカイパーベルト天体によって形成されたと推定される体積との間に、興味深い整合性があることを発見したのです。

 

冥王星におけるN2とCOの比率

研究チームは、探査機ロゼッタ（欧州宇宙機関）とニュー・ホライズンズ（NASA）のミッションから提供されたデータを用いて、冥王星上の分子状窒素N2が始原的な種であるかどうかを詳細に調査しました。彼らは、N2の大気、光化学、表層貯留に依存する質量平衡を強調しました。

 

また、研究チームは冥王星上のN2の仮定を行いました。太陽系と彗星系という2つの理論モデルを検討しました。

 

この彗星のモデルは、スプートニク平原のN2氷に代表される過去と現在の痕跡との興味深い一貫性を示しています。このことは、冥王星内部からのN2の過剰な流出と、大気からのN2の流出の少なさを正当化するものです。

 

スプートニク平原
出典：NASA/サウスウエスト研究所

 

しかしながら、太陽モデルの一貫性は、前述した要件とは逆の場合に達成することができます。つまり、ガスの放出は最小限に抑えられ、過剰なガスは逃がされます。研究チームによれば、最も基本的なレベルでは、冥王星は十分なN2で始まったはずであり、この事実は始原的なN2の仮説を支持しています。

 

これは一酸化炭素（CO）の欠落の問題をもたらしますが、冥王星の組成を彗星のようなより原始的な天体の組成に関連付けるモデルは、この問題に直面することになります。

 

COの欠落を解決する一つの方法は、冥王星のN2が始原的なものではないとするものです。研究により、冥王星に地下海洋がある場合、COを破壊してギ酸塩または炭酸塩種に変換することが非常に有利になることが示されました。

 

彗星では一酸化炭素と水の比率が大きいため、このアプローチは彗星モデルにも適用できます。このように、彗星モデルには、COとN2の比率を調整するためのより多くの選択肢があり、適切であると思われます。

 

冥王星の大気と表面の組成
出典：NASA/サウスウエスト研究所

 

さらに、一酸化炭素の欠落について、水性仮説と埋没破壊仮説が相互に排他的である必要はありません。観測された冥王星の組成は、たとえ一酸化炭素が本当に始原的なものであったとしても、完全に原始的なものであるはずがないのです。これは、NASAの探査機ニュー・ホライズンズによって観測された動的な地質を正当化するものです。

 

概して、科学者たちは準惑星の進化を次のように想定しています。

 

1.彗星のCOとN2の痕跡から始まった。
2.地下の水化学がCOを破壊した。
3.その後、N2が効果的に排出された。
4.地表でのN2の損失はなく、スプートニク平原に集まった。
5.COは彗星から飛来し、N2と混合する。

 

未解決の疑問

この研究により、効率的で信頼性の高いモデルを構築するために取り組むべきいくつかの疑問が生じました。

 

A.冥王星の質量平衡の制約と矛盾しない窒素源は他にあるのか？
B.冥王星に存在する窒素の量と、それが地下の貯留層にどのように分布しているか？
C.スプートニク平原の3次元組成構造とそれを制御するプロセスは何か？
D.トリトン（海王星の月）に二酸化炭素が存在し、冥王星では検出されないことは、両天体の一酸化炭素問題の解決に関連して何を意味するのか？

 

これらの疑問のいくつかは、ニュー・ホライズンズから得られたデータをさらに調査することで答えることができますが、他の疑問は新たなデータを必要とします。