極寒の冥王星は暖かいスタートを切ったかもしれない

現在、準惑星冥王星は表面温度が華氏マイナス370度を下回る極寒の世界となっている。しかし、数十億年前に形成された冥王星は今とは全く異なる場所だった。6月22日にネイチャー・ジオサイエンス誌に発表された研究で、科学者らは冥王星は最初から寒かったのではなく、比較的温暖な時期があったと提唱している。これは、厚さ数十～数百マイルの氷の殻の下に閉じ込められた冥王星の液体の海が、その形成の初期に出現したことを意味する。

アリゾナ州立大学テンピ校の天体物理学者で、この研究には関わっていないスティーブン・デッシュ氏は、この新たな発見は広範囲にわたる影響を持つと語る。「20年ほど前までは、カイパーベルトは彗星ほどの大きさしかない非常に冷たい物体で満たされており、太陽系の始まり以来、原始的な状態にあると誰もが認識していました。永遠に凍りついて死んでしまったと考えられていたのです」とデッシュ氏は語る。新たな発見は、冥王星とその近隣の惑星のより動的な姿を明らかにしている。「私たちは、惑星が一般的にどのように成長し、太陽系の外側で物事がどれだけ速く起こったのかを初めて知り始めています。」

2015 年 7 月 14 日、NASA のニューホライズンズは冥王星を間近に探査した最初の宇宙船となった。ニューホライズンズは冥王星の表面から約 4,800 マイル上空を飛行し、この矮星の詳細な写真を撮影できるほどに接近した。これらの画像から、冥王星の氷殻に長い断層が発見され、冥王星の歴史に関する手がかりが得られる可能性がある。

「この研究の主な目的は、現在私たちが地表で見ている地質から冥王星がどのように形成されたかについて何がわかるかを探ることです」と、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の惑星科学者で、今回の研究結果の共著者であるカーバー・ビアソン氏は言う。「私たちは、冥王星がどのように始まったかによって、太陽系の歴史の中での冥王星の進化がどのように異なっていたかを考えたのです。」

彼と彼の同僚は、2つの異なるシナリオで冥王星の海が時間の経過とともにどのように変化したかをコンピューターシミュレーションで調べた。一般的に、研究者は冥王星が岩と氷の凍った混合物として始まったと想定している。時間の経過とともに、この準惑星の核にある元素の放射性崩壊による熱によって、表面の氷の下に液体の海が形成されるようになったと考えられる。

「氷が溶けるにつれ、冥王星は収縮し、圧縮されていたはずだ」とビアソン氏は言う。しかし、冥王星がもともと冷たかったなら、こうした力でニューホライズンズの写真に写っているような表面の特徴が生まれることはなかっただろう、と同氏は言う。「冥王星には、地面が引き裂かれているように見える非常に広い亀裂がたくさん見られます。」

ビアソン氏と彼のチームが推測するもっとありそうなシナリオは、冥王星がわずか3万年で形成されたというシナリオだ。幅がわずか数インチの岩石が、自身の重力によって冥王星に引き寄せられ、誕生したばかりの惑星の表面に激突したのだ。「衝突は一般的に爆発のようなもので、大量のエネルギーを放出し、その付近の地域を暖めることになります」とビアソン氏は言う。「冥王星が急速に形成されたとしたら、衝突が次から次へと起こり、氷が溶け始めるまで同じ地域が何度も何度も暖められ続けるでしょう」

研究者らは、この水の温度はおそらく氷点よりわずかに高い温度に保たれていただろうと推測している。これは、一年中氷に覆われている地球上の南極の氷底湖に少し似ている。やがて冥王星が冷えると、氷冠の下の水の一部が凍っただろう。凍るにつれて水は膨張しただろう。これは、水のボトルを冷凍庫に長時間入れておくと膨張し、ひび割れるのと似ている。

「このホットスタートのほうがより可能性の高いシナリオです。冥王星は太陽系の歴史を通じて膨張してきたようです」とビアソン氏は言う。しかし、ニューホライズンズが通過した際に詳細に捉えることができたのは冥王星表面の約4分の1に過ぎないと同氏は付け加えた。そのため、科学者が見た地殻構造は、この矮小惑星の表面全体を代表しているわけではないかもしれない。

しかし、冥王星が高温で始まったとすれば、カイパーベルト（海王星の軌道の外側にある氷の天体の輪）にある他の多くの天体も同様に形成され、かなり急速に液体の海が発達した可能性がある。このプロセスは、これらの天体が生命にとって居住可能であったかどうかに影響を与えただろう。時間の経過とともに、液体の海はその下の岩石と化学的に反応しただろう。しかし、これが生命にとって適切な化学成分を作り出したかどうかは未解決の問題だ。

「[冥王星の歴史]は、生命が存在する可能性のある環境の種類について考える新たな機会を与えてくれます」とビアソン氏は言う。「しかし、冥王星に生命が存在した可能性がどれほどあったかを本当に言うには、生命が発達し維持するために実際に何が必要なのかをもっと知る必要があります。」