木星の年齢に関する謎が解けた

木星は太陽系で最大の惑星であるだけでなく、最も古い惑星でもあります。これは、ミュンスター大学（ドイツ）とローレンス・リバモア国立研究所（米国）の科学者グループが、さまざまな隕石に含まれるモリブデンとタングステンの同位体を分析した結果、判明した。米国科学アカデミー紀要に掲載された彼らの結果により、太陽系の誕生から100万年後に形成が始まった可能性がある木星の年齢を推定することが可能になった。

「地球、火星、月、小惑星などの他の天体で起こることと比べて、木星からのサンプルはありません」と研究のリーダーであるトーマス・クルージャー氏は説明します。彼のチームは、火星と木星の間のベルトからの小惑星の破片を使用して、ガス巨人の年齢を推測しました。このようにして、彼らは、約46億年前の太陽系の誕生から100万年後に惑星が形成され始めたことを証明することができた。彼らの研究によると、木星はその期間に成長し、地球の20倍の大きさに達しました。

その後 300 万年から 400 万年の間に、ガス巨人は私たちの惑星の 50 倍の大きさに達したため、この急速な上昇は後に減速しました。一方、NASA のデータによれば、現在、その体積は地球の 1,300 倍です。 「木星は非常に質量が大きいにもかかわらず、400万年足らずの間に非常に急速に成長しました。理論モデルはこのような急速な増加を予測していましたが、そこにあった予測はかなり不確実でした」とクルージャー氏は言う。

スーパーアースを防いだ盾

同位体分析の結果、隕石は2つの異なる星雲貯留層から来たことが明らかになった。これらの星雲は数百万年前には共存していたが、太陽系誕生後100万年から300万～400万年の間は分離されたままだった。 「この効率的な分離を説明する最も妥当なメカニズムは、木星の形成です。木星の形成により、ガスと塵の円盤に穴が開き、両方の貯留層間の物質の交換が妨げられています」とクルージャー氏は言う。研究された隕石の破片は、太陽系のさまざまな領域から来たもので、1つは巨大ガス惑星の軌道内にあり、もう1つは木星の外側にあります。科学者らによると、同位体の組成は、異なるサンプル間の関係を推測するための「遺伝子の指紋」として機能してきたという。

著者らはまた、巨大ガス惑星の早期誕生により、私たちの宇宙近傍内でのスーパーアースの形成が妨げられたとも示唆している。研究によれば、木星の成長により、地球の栄養源となった可能性のある水を豊富に含む小惑星の分散が可能になったという。しかし、巨大ガス惑星の急速な形成により、より多くの固体物質が太陽系の内部領域に取り込まれることが妨げられ、これによって火星がなぜ非常に小さいのか、あるいはなぜスーパーアースが存在しないのかが説明されることになる。 「これは、太陽系の初期の歴史に対する私たちの見方を劇的に変えるでしょう」と、この研究の著者の一人であるトルステン・クライネ氏は言う。

NASAゴダード宇宙飛行センターの研究者エイミー・サイモン氏は、「木星がどこでどのように誕生したかを説明するモデルは数多くあるが、その多くはガス巨人の年齢を現在推定されている範囲内に置いているが、これは完全に新しい結果ではない」と述べた。 Hipertextual氏は、ジャーナルPNASに掲載された研究には参加していません。しかし、彼の意見では、惑星が形成された正確なシナリオを理解するには、太陽系内の複数の天体からより多くのデータが必要です。もっと楽観的なのは、ニース天文台所長のアレッサンドロ・モルビデッリ氏で、ネイチャー誌に掲載された論文で彼のチームが提起した以前の仮説を裏付けるものであり、この結果に「非常に興奮している」と本媒体に電子メールで説明している。天文学者の意見では、この結果は、小惑星が異なる場所で形成され、その後太陽系の同じ領域に位置したことを証明しているという。 「私たちが提案したように、木星の形成は、木星が物質の個別の堆積を促進する障壁として機能することを意味しました」と彼は明確にします。

惑星の起源を理解する

18 世紀以来、科学者たちは惑星がどのように形成されたかについてさまざまな理論を仮定してきました。太陽がまだ若い星だった46億年前を振り返ることができれば、星の周りを非常にゆっくりと回転するガスと塵の雲を観察できるでしょう。塵の綿毛で起こるように、原始星雲に浮遊していた小さな粒子が徐々に結合して固体の核を形成し、そこから太陽系のさまざまな惑星が誕生しました。コア降着モデルとして知られるこの仮説によれば、さまざまな集合体が重力によって押された周囲の物質を捕捉しました。

PNAS誌に掲載された研究結果は、初期の太陽系のガスと塵の雲が完全に消滅する前に木星の形成が終わったことを示唆している。著者らによれば、このシナリオは、惑星の起源を説明するための核降着モデルを裏付けるものであり、円盤不安定モデルとは対照的である。この 2 番目の仮説は、重力不安定性としても知られており、マドリッド天文学協会が説明しているように、固体物質の凝集は散発的な乱流によって起こると述べています。

2番目の仮説は、天体物理学者ダニエル・マリンが説明するように、この巨大ガス惑星が経験した急速な成長と一致するため、これまで木星の誕生を正当化する有力なモデルであった。しかし、この 2 つの理論に関する議論は、NASA のジュノー計画によって追求される目標である木星の内部が詳細にわかるまで続くでしょう。巨大ガス惑星の「心臓」がどのようなものであるかに応じて、科学者は惑星が形成中にどのような段階をたどったかを知ることができ、太陽系の歴史と進化をもう少し深く理解できるようになるでしょう。