冥王星の驚異に焦点が当たる

Aug 03, 2023

NASAのニューホライズンズミッションは準惑星からデータの宝庫を届けた

昨年7月、NASAのニューホライズンズ探査機は、古典太陽系の未訪問の最後の世界である冥王星のそばを飛行した。 カイパーベルトの既知の最大のメンバーである冥王星は、太陽から遠く離れた、ほとんど研究されていない原始氷天体の集合体であり、内側の岩石の領域に続く太陽系の「第3ゾーン」を構成する、新たなフロンティアへの玄関口でもある。惑星と外側の巨大ガス惑星。

ほとんどの新境地を初めて垣間見たのと同様に、冥王星はニューホライズンズにとって非常に多くの驚きをもたらしたので、探査機の小型無線送信機が収集したデータを本国に送信するにつれて、過去 8 か月間、このミッションから次々と発見が続いています。 最大の驚きは冥王星の表面と大気で、平均気温が絶対零度よりわずか数十度しかないにもかかわらず、休むことなく活動的で多様性に富んでいる。 一部の科学者は、ニューホライズンズでは冥王星が不活性で太陽光に飢えた球体に過ぎないと判断するだろうと予想していた。 その代わりに、宇宙船は窒素氷河がそびえ立つ水氷の山から凍ったメタンの平原に流れ落ちる世界に遭遇した。 太陽のない半分凍った海が水面下深くに潜み、日の出と日没には青みがかる炭化水素で霞んだ赤い空の中を複数の月が頭上を転がっています。

しかし、冥王星が通過すること自体の本能的なスリルや、異質で遠く離れた場所をフルカラーでクローズアップして見つめる知的な高揚感を称賛する以上に、ニューホライズンズで発見されたこれらの発見のほとんどは、これまでのところ一般大衆の反応は静かだ。 これまでの話は、私たちが冥王星に行って驚異を目撃したというだけです。 冥王星の理解、惑星の進化、そして太陽系の広範な歴史にとって、これらの驚異が実際に何を意味するのかは、ミッション科学者自身がまだ解明中です。 彼らは科学誌今週号に最新の考えをまとめており、冥王星に関する現在の理解を総合した五重奏の論文が掲載されている。

この奇妙で凍った世界の新たなポートレートから得られる 3 つの重要な点は次のとおりです。

ニュー・ホライズンズは、冥王星が旋回しながら通過する冥王星の半球を詳しく観察することしかできず、山々やクレーターの多い地形に囲まれた、窒素、一酸化炭素、メタンの氷が混合した広大なハート型の平原を明らかにした。 スプートニク平原と呼ばれる、幅 1,000 キロメートルにわたる心臓の西葉は、クリーミーなオートミールやギネス ビール 1 パイントの泡状の泡が入った鍋をかき回しているように、ほとんど泡立っているように見えます。

スプートニク高原にはクレーターがなく、おそらく 1,000 万年未満の歴史があり、おそらく近くの険しい高地から滑り落ちた新雪と氷河によって形成されました。 その泡は、地下深くから厚い氷を通して上昇する熱によって駆動される対流セルです。 スプートニク高原の北西端にある小さな「山脈」は、実際には水の氷の塊であり、グラスの中の立方体のように高密度の氷の中で揺れているように見えます。 これらのブロックはおそらく地殻変動によって地殻が破壊され、ひっくり返ったものと考えられます。 ニューホライズンズの科学者らは、その南側で、ライト山とピカール山という2つの若い氷火山と思われるものを偵察した。これらは比較的傷のない数キロメートルの高さの丘で、少なくとも同じ深さの中央の穴を取り囲んでいる。

これらの特徴を総合すると、冥王星は形成から 40 億年以上経った今でも、活動的な地質を維持するのに十分な内部熱を何らかの形で保持しており、ところどころに、極氷火山活動や季節ごとの揮発性氷の昇華と堆積によって補充された非常に若々しい表面が存在していることがわかります。 。 世界の深部では、冥王星の熱は、水と氷の岩盤の厚い屋根の下にアンモニアを豊富に含む水の海を維持するのに十分である可能性がある。 冥王星の表面の一部にある長い線状の縞模様は、地下の海洋がゆっくりと凍り、地面を変形させ、氷になる際にさらなる潜熱を放出している可能性を示唆しています。

スプートニク平原の滑らかな顔立ちの若者は格別だ。 冥王星の残りの外部のほとんどは、はるかにゴツゴツとした古代のもので、数億年または数十億年にわたって広範囲に変化しています。 冥王星の地殻を構成する窒素、水、一酸化炭素、メタンのさまざまな混合物や組み合わせによって、さまざまな種類の氷や地形が生み出されます。これは、地球上の岩石が柔らかい白亜の崖や硬い花崗岩の山を形成するのと同じです。 これらのさまざまな基質は、氷の昇華、氷河の浸食、霜の降下によって生成される穴、溝、水路でテクスチャー加工することができます。これらの効果は、数十年にわたる季節で変動する冥王星の天候によって引き起こされます。

結果は通常奇妙で、解読するのが困難です。 スプートニク平原の北東、穴だらけの平原が広がるエリアを過ぎると、表面にはしわが寄っており、密集した尾根が 0.5 キロメートル空中に鋭くナイフのようにそびえ立っています。 この「刃のような地形」は、かつて埋もれていた耐久性の高い物質の古い層が、灼熱の氷、渦巻く風、まぶしい太陽光などの組み合わせによって掘り出され、風化した痕跡である可能性があります。 あるいは、それはより新しいもので、空中に浮遊するメタンのフロストグレーズで覆われた水の氷の硬い頂上から形成されたものである可能性があります。 明らかなことは、冥王星の風景は、その天気、つまり大気も詳しく調べなければ理解できないということです。

ニューホライズンズは、冥王星の窒素ガスとメタンの希薄な大気は、これまで考えられていたよりも冷たくて緻密で、紫外線や宇宙線によって生成された煤のような炭化水素粒子の霞が層になっていることが明らかになった。 粒子は赤みがかっていますが、日の出と日没時に太陽光が最も濃いもやを通過すると、粒子が光を散乱させて冥王星の空に青い色合いを与えます。 この粒子は粘着性もあり、何万年もかけて雪の結晶のように成長し、最終的には落下するほど重くなり、世界で最も古い地形に深紅のヘドロとして蓄積します。

冥王星の表面の最も原始的な部分は、クトゥルフ領域と呼ばれる半球に広がる赤いしぶきである可能性があり、この領域はクレーターによって徹底的に粉砕されており、約40億年前のものと考えられている。 興味深いことに、それは冥王星の最も若い地形である可能性のあるスプートニク高原の新鮮なクリーム色の氷の西端に直接隣接しています。 スプートニク平原ですら、驚くほど古いルーツを持っていることが判明した。その若い氷は、冥王星に現存する最古にして最大の衝突クレーターである可能性がある深い盆地を満たしている。

クトゥルフ レギオのほかに、冥王星の最も注目すべきもう 1 つの古くて赤みがかった、衝突によって生成された地物は、実際には準惑星上にはまったくありません。それは冥王星の最大の衛星であるカロンです。 カロンの暴力的な起源は、地球の月を作ったのと同じ種類の大災害の産物であると長い間考えられていたが、ニューホライズンズによってほぼ確認された。 カロンの表面の大部分は実際には灰色がかった明るい水の氷であり、クレーターはそれが 40 億年以上前のものであることを示しており、これは冥王星の水氷地殻の粉砕されて放出された破片から合体したことを示す強い示唆です。 しかし、冥王星とのつながりは完全に切れたわけではない。北極にある暗赤色の炭化水素のキャップであるモルドール黄斑は、冥王星の重力から離れてカロンに凍結した上層大気の断片と反応する紫外線によって生成された可能性が高い。何十億年にもわたって赤いワニスの層のように積み重なっていきます。

冥王星と同じように、カロンにも地下に海があるようです、あるいは少なくともかつては海があったようです。 ニューホライズンズは、月の表面約1,800キロメートルにわたって蛇行する深い溝を発見した。これは、テキサス州とほぼ同じ大きさの月に、グランドキャニオンの4倍の長さの溝がある。 この切り傷は、カロンの内海が凍り、氷になるにつれて膨らみ、月の地殻を内側から破壊したときのものと思われる。

カロンに加えて、冥王星には、ステュクス、ニクス、ケルベロス、ヒドラという4つのはるかに小さな衛星があります。 ニューホライズンズは、ほとんどの研究者が予想していたよりもはるかに明るく、小さいことを発見しました。 それらはすべて急速に回転しており、極度の軸の傾きが冥王星やカロンの傾きとはあまりにもずれているため、簡単に説明することができません。 これらの小さな衛星も、おそらくカロン形成の大衝突によって生成されたと考えられます。 カロンと同様に、それらは40億年前の水の氷のクレーターでボロボロの表面を持っているようで、球形ではなく長方形で、あたかもそれらがすべて衛星ではなく、かろうじて結合した瓦礫の山であるかのようです。 そのうちの少なくとも 1 つであるケルベロスはダンベルのような形をしており、大災害の衝撃後に 2 つの小さな天体が合体して形成されたことを示しています。

驚くべき地質学的に豊かなこれらすべての奇妙な世界は、次に何が起こるのでしょうか? すぐにわかります。 ニューホライズンズが取得したデータの半分は船内に残り、送信を待っています。 一方、探査機はミッションを継続しており、2019年にもっと遠くにある小型のカイパーベルト天体とのランデブーに向けて巡航している。最高の状態はまだ来ていないかもしれない。

リー・ビリングスは、Scientific American の宇宙と物理学の上級編集者です。 クレジット: ニック・ヒギンズ

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