宇宙望遠鏡が揺さぶる「大気境界」理論——太陽系外惑星の観測から新しい分類モデルが提案される
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）による太陽系外惑星の観測が、惑星の大気がどのように失われるのかを説明してきた従来の理論に異議を唱えている。スタンフォード大学ドーア・サステナビリティ・スクールの大学院生バロン・グエン氏が率いる研究チームは、『アストロフィジカル・ジャーナル・レターズ』に発表した新しい研究で、大気逃逸の理論を根本から組み直す必要があることを示唆している。
従来の「宇宙的短線」を揺さぶる観測
惑星科学者たちが長年用いてきた「宇宙的短線（cosmic shoreline）」という概念がある。これは星からの放射エネルギー量である日射量と、惑星の脱出速度という二つの要因に基づいて、大気を保持する惑星と失う惑星の境界を示すものだ。地球や金星のような厚い大気を持つ世界がこの線の一方にあり、水星や月のような大気をほぼ持たない天体がもう一方にある。
しかしJWSTが観測した新しいデータは、この単純な二分法が現実を捉え切れていないことを明かにした。グエン氏らが指摘するのは、最も熱い火山惑星（マグマオーシャンを持つ灼熱の近距離軌道惑星）において、大気が逃逸するはずの極端な放射条件下でもなお、厚い揮発性大気が存在しているという矛盾である。
「乾いた谷」を隔てる二つの逃逸境界
研究チームが提案する新しいモデルでは、大気の保持と逃逸を制御するのは単一の境界ではなく、二つの異なる境界だという。一つは高温領域における「ガス放出調整型の宇宙的砂州（cosmic sandbar）」で、もう一つはより低温の領域における「逃逸調整型の宇宙的短線」である。これら二つの境界に挟まれた領域を研究チームは「乾いた谷（airless valley）」と名付けている。
グエン氏は、「これらの火山惑星が大気を保持できるメカニズムについて、従来の宇宙的短線では説明できない部分があった。私たちは新しい体制を提案することで、このパラドックスを解決する道を見つけた」とコメントしている。
この三段階の大気損失・保持体制の発見は、岩石質惑星が恒星に近い軌道上でどのように進化するのかについて、より包括的な理解をもたらす可能性を持つ。グエン氏らが大気・内部進化を組み合わせたモデルで分析した結果、従来の理論では説明できなかった太陽系外惑星の特性が、この新しい枠組みの中で一貫性を持つようになるという。
出典: Universe Today
