水星の謎を解くにはランダーが必須――軌道周回機だけでは限界
太陽系の最内惑星・水星は、これまで想像以上に謎に包まれている。地上の光学観測施設が水星を観測することは難しい。太陽の強い眩しさで機器が損傷する恐れがあるためだ。そのため水星は太陽系内惑星の中でも最も探査が進んでおらず、理解が不十分な天体となっている。
水星への探査は長年にわたって限定的だ。NASAのマリナー10号は1974年から1975年にかけて3回の接近観測を実施した。その後、2011年にNASAのメッセンジャー(MESSENGER)ミッションが水星の軌道上に進入し、約4年間にわたって周回観測を続けた。しかし欧州宇宙機関(ESA)と宇宙航空研究開発機構(JAXA)が共同で取り組むベピコロンボ(BepiColombo)ミッションが間もなく軌道周回機としての運用を開始しても、水星の謎を本当に解くには軌道周回機だけでなく、表面に着陸してデータを取得できるランダー(着陸機)が必要とされている。
ベピコロンボは今月末に軌道周回を開始する予定で、2027年4月から本格的な科学観測を始める見込みだ。ワシントン大学セントルイス校の惑星科学者ポール・バーン氏は筆者に対し、「ベピコロンボの後は計画段階にある新しいミッションがない」と述べた。バーン氏は同時に、「ランダーは水星探査の次の自然な段階だが、技術的にも予算的にも高い難易度がある」とも指摘している。
謎の大きな鉄核――惑星形成理論に挑む
水星が持つ最大の謎の一つが、異常なほど大きな鉄質コア(核)である。水星の半径の約85%を占めるとみられている。カーネギー研究所ワシントン地球物理学研究室の高圧実験科学者アン・ポミエール氏は、巨大な鉄質コアを持つ岩石系系外惑星が次々と発見されていると指摘する。これは水星が単なる異質な存在なのか、それとも惑星形成プロセスにおいてより一般的な結果なのかという問いを生じさせる。
この大きなコアの起源については、二つの仮説が提唱されている。第一の仮説は、水星が地球などと比べてより金属に富んだ構成物質から集積したというもの。第二の仮説は、水星が本来はより大きな惑星だったが、地球に近い地殻とマントルの比率を持っていながらも、大規模な衝突によってマントルの大部分が削り取られ、異常に大きな鉄質コアが残されたというものである。ポミエール氏は「大きな金属質コアの存在は説明が難しく、水星は惑星形成の理解に対して根本的な課題を突きつけている」と述べている。
磁場と大気の謎――地球と異なる進化
地球を除けば、水星は太陽系内でただ一つ全球磁場を持つ岩石惑星である。2024年に『Earth and Planetary Science Letters』誌に発表された論文によれば、水星の磁場は表面で地球の磁場の約100分の1程度の強さであり、主に双極子型である。磁場は液体状のコアで生じる電流によって発生し、数十億年にわたって維持されると考えられている。
興味深いことに、水星の磁場が過去に生成されていたことを示す証拠も存在する。3.7から3.9億年前の年代を持つ残留磁化が検出されており、水星のダイナモ(磁場発電機)が初期の歴史で機能していたことを示唆している。
しかし謎は残る。なぜ水星は磁場を持ちながら、実質的な大気を保持できないのか。バーン氏は「磁場があるだけでは足りない。大気を補給できるほど十分な質量と、恒星からのプラズマ風を受けない距離が必要だ」と述べている。水星は太陽に極めて近く、太陽風による激しい圧力にさらされているのだ。水星の大気圏(外気圏)は酸素、水素、ナトリウム、ヘリウムという極めて限定的な成分からなる希薄なものに過ぎない。
水星の表面がしぼんでいるという証拠も報告されている。ポミエール氏によれば、この縮小はコアの冷却に起因している可能性があるが、メカニズムはまだ十分に理解されていない。加えて、水星の表面の広い領域を覆う低反射率の謎の物質が存在する。グラファイトのような内生炭素を含んでいる可能性があり、クレーター内には堆積物の層の下に隠れているものもあるとされている。
出典: Universe Today
