圧縮方向で変わる惑星内部の鉱物構造——12年の謎に迫る新実験
惑星内部に存在する酸化マグネシウム（MgO）の結晶が、圧縮される方向によって異なる反応を示す。ローレンス・リバモア国立研究所（LLNL）とジョンズ・ホプキンス大学の研究チームが明らかにしたこの発見は、12年に及ぶ惑星地球化学の謎に一つの答えをもたらした。2026年10月30日に科学雑誌『Physical Review X』で発表された論文は、2015年の『Physical Review Letters』掲載論文と2024年の『Science Advances』掲載論文に続く、シリーズ第3弾である。
レーザーで再現した惑星中心部の極限環境
研究チームが実施した実験は、MgOの立方晶結晶にレーザーを照射し、惑星内部の極端な温度と圧力を再現するというものだ。実験条件は地球中心部の環境をはるかに超えていた。地球の中心付近が約360ギガパスカル（GPa）と約6,000ケルビン（K）（摂氏5,727度）であるのに対し、研究チームは最大572 GPa、13,000 K（摂氏12,927度）という条件下でMgOを圧縮した。
圧縮する方向は3パターンに分けられた。立方体の面の対角線に沿う方向、面に垂直な方向、そして面を通る対角線に沿う方向である。これまでの科学理論では、極端な温度と圧力下では圧縮方向の違いは無関係とされてきた。しかし実験結果はこの通説を覆すものとなった。
圧縮方向で分かれた結晶の応答
結果として、MgOの立方体は圧縮される方向によって異なる振る舞いを示した。面を通る対角線方向での圧縮では一種の変態が起こったのに対し、他の2方向では圧縮衝撃波の後方で不規則で不揃いな結晶成長が生じた。
同時に、572 GPa、13,000 Kの条件下ではMgOの立方体が融解することも確認された。この融点は既知の実験記録における圧力と温度の上限を更新する成果となっている。ジョンズ・ホプキンス大学地球惑星科学部の教授で、本研究の共著者でもあるジューン・ウィックス博士は、「酸化マグネシウムは惑星内部の理解において重要な物質です。これらの実験により、固体でいられる環境と液体になる環境がどこなのかを特定できます。これは惑星が熱をどのように運ぶか、そして進化の過程に関わってきます」とコメントしている。
超地球とガス巨星で異なる役割
マグネシウムとケイ素は惑星内部で最も豊富な元素であり、その化合物であるMgOが各惑星内部の温度と圧力を示す指標となる。岩石惑星では地殻、マントル、核という3つの主要な地質層があり、地球ではマントルの最下部、核・マントル境界付近でMgOが形成されている。
しかし他の惑星ではこのプロセスが異なる意味を持つ。スーパーアース（Super-Earth）と呼ばれる大型岩石系外惑星では、MgOはマントル内で導電性を持つ液体へと変化する。地球では導電性は外核に限定されているが、スーパーアースではこの性質がマントルで発現するため、地球より著しく強い磁場が生成される可能性がある。木星や土星といったガス巨星では、MgOはその内部の温度に応じて固体にも液体にもなり得る。今回の研究により、これら多様な惑星環境における鉱物挙動の理解がさらに深まることになる。
出典: Universe Today
