地球と火星は異なる道のりで形成された—化学組成の分析で解明
地球と火星は同じ太陽系内で並んで生まれたにもかかわらず、全く異なるプロセスを経て形成されたという研究結果が発表された。コペンハーゲン大学のグローブ研究所付属星惑星形成センターの助教授ハイヤン・S・ワン氏とアンダース・ヨハンセン教授が率いた国際研究チームが明かにした発見で、この成果は学術誌『ネイチャー・アストロノミー』に掲載されている。
太陽系は約45億年前、太陽の周囲を公転する巨大なガスと塵の集積円盤（原始惑星系円盤）から形成されたとされる。ただし、岩石惑星がどのように生まれたかについては、科学者の間で議論が分かれていた。大きな岩塊（微惑星）の衝突を通じて形成されたのか、それとも微惑星が徐々に小石（ペブル）を集積して成長したのか—この二つの可能性が考えられてきた。
揮発性元素から読み解く惑星の出生地
研究チームは従来と異なるアプローチを採用した。地球と火星の地殻とマントルに含まれる揮発性元素、具体的にはナトリウム、亜鉛、カリウムといった元素に注目したのである。これらの元素は融点が低く、高温で蒸発する特性を持つ。各元素の存在量を分析することで、惑星が形成される際にどのようなプロセスを経たかが判明するという仕組みだ。
ヨハンセン教授は研究成果の発表資料で、「45億年前に何が起きたのかを解き明かすのは大きな推理の仕事だ。証拠のほとんどが失われた遠い過去の謎を追うわけだが、地球と火星のマントルの組成は45億年後の今でもそのまま残っている。それは形成プロセスの刻印のようなものと考えられる」と述べている。
研究チームは揮発性元素の豊富さを分析し、高度な統計モデリングを組み合わせて、両惑星の最も可能性の高い形成シナリオを計算した。結果は衝撃的だった。ペブルが惑星の表面に移動する際に揮発性元素が失われるというプロセスを考慮すると、地球と火silon星は異なる方法で形成されたことが明らかになったのだ。
地球と火星の形成メカニズムの大きな違い
火星の質量のおよそ4分の3は微惑星の衝突から生まれ、残る4分の1がペブル集積に由来するという結果が導き出された。一方の地球では、質量の少なくとも75パーセントは若い二つの原始惑星（プロトプラネット）がペブルを集積して成長したことに起源し、微惑星は最大25パーセント程度を占めるにとどまる。
ワン氏は研究成果をこう要約している。「最も驚くべき結果は、地球と火星が異なる方法で形成されたように見えることだ。同じ太陽系内で肩を並べて形成された二つの惑星が、より似た形成史を共有していると予想するのが自然だろう。それが異なっていたというのは興味深い」。
研究チームは、結果が統計モデリングに基づいており、不確定性が含まれていることを強調している。若き太陽系の集積円盤の化学組成に関する仮定や、火星の微惑星の構成成分がVesta小惑星に似ていると仮定していることがその一例だ。さらに、揮火性元素は巨大衝突中よりもペブル集積の最中により効率的に失われるという従来の仮定も影響する。
だが、これらの仮定を調整した後でも結論は変わらないとワン氏は指摘する。「正確なパーセンテージは多少変動する可能性があるが、我々の分析は一貫して地球と火星が二つの異なる方法で形成されたことを示している。この手法は広く使われている同位体ベースのアプローチよりも、惑星形成をより直接的かつ正確に理解する方法を提供している」。
この研究成果は、系外惑星の中から居住可能な世界を探索する取り組みにも示唆をもたらす可能性がある。岩石惑星がどのような形成経路をたどるかをより深く理解することで、他の星系の惑星の性質をより正確に予測できるようになるかもしれない。
出典: Universe Today
