冥王星以外の準惑星に海が存在する可能性がある理由

ケイスネスのダンカンスビーの山塊を含む地球の北海沿岸。(© George / Adobe Stock)

地球は長い間、太陽系で海を持つ唯一の惑星だと考えられてきましたが、最も驚くべき氷の天体の中にも地下の海があるように見え始めています。

実際、太陽系の外縁にある氷の衛星や準惑星には、厚い氷の層の下に液体の海があるようです。最近の研究では、冥王星以外の天体の内部にも海がある可能性が示唆されています。これらの天体の表面温度は -200°C をはるかに下回っているので、これは驚くべきことです。

70年前、金星の蒸気の大気が地球全体の海を私たちの視界から隠している可能性が高かった。この考えは、1962年に宇宙船マリナー2号が金星を通過し、その表面が液体の水には熱すぎることが判明したことにより、否定された。

金星や火星にかつてあったかもしれない海は、気候の大きな変化により数十億年前に消滅したことに気づくまで、そう時間はかかりませんでした。

潮汐加熱
太陽系の海に関する新たな見解の道を開いた思考の革命は、天体物理学者スタン・ピールの 1979 年の論文に遡ることができます。この論文では、木星の最も内側にある大きな衛星イオの内部は非常に高温で、火山活動が起こる可能性があると予測されていました。

これを可能にする熱源は重力効果、つまりイオと木星の次の衛星であるエウロパの間の繰り返し起こる潮汐力です。エウロパはイオの 2 周に対してちょうど 1 周します。そのため、イオは 2 周するごとにエウロパを追い越し、エウロパから定期的に繰り返される潮汐力を受け、イオの軌道が円形になるのを防いでいます。

これは、イオと木星の距離が絶えず変化しており、したがって木星からのはるかに強い潮汐力の強さも変化し、実際にイオの形状を歪めていることを示しています。

イオ内部の繰り返しの潮汐変形により、内部摩擦によってイオは温められます。これは、硬い針金を数回曲げて、曲げた部分を唇に当てると（コートハンガーやペーパークリップで試してください）、暖かさを感じることができるのと同じです。

ピールの潮汐加熱の予測は、発表からわずか1週間後、木星への初の高性能フライバイ探査機ボイジャー1号がイオの火山噴火の画像を送信したことで、その正しさが証明された。

イオは岩石の世界であり、いかなる形でも水が存在しないため、これは海とは関係がないように見えるかもしれません。しかし、木星、イオ、エウロパの潮汐力は双方向に作用します。エウロパも潮汐力によって加熱されており、イオだけでなく、次の衛星であるガニメデによっても加熱されています。

海洋惑星。液体の水は青で示されています。左上から時計回りに、エウロパ、ガニメデ、カリスト、エンケラドゥス。(画像: NASA)

現在、エウロパの氷の殻と岩石の内部の間には、深さ 100 キロメートルの海があるという確かな証拠があります。ガニメデには、氷の層に挟まれた 3 層または 4 層の液体層がある可能性があります。この場合、液体の水が凍らないようにする熱は、主に潮汐力によるものと考えられます。

木星の最も外側にある大きな衛星カリスト内には、塩分を含んだ液体の水域が存在するという証拠もある。これは潮汐加熱によるものではなく、放射性元素の崩壊によって放出される熱によるものと考えられる。

土星には、エンケラドゥスと呼ばれる比較的小さな（半径 504 km）氷の衛星があり、ディオネと呼ばれるより大きな衛星との相互作用による潮汐加熱により、内部に海があります。エンケラドゥスの氷の殻が、固体の内部に固定されていないためにのみ可能な方法で揺れているため、この海が存在することは間違いありません。

さらに、この内部の海から水と微量成分がカッシーニ宇宙船によって採取された。その測定結果から、エンケラドゥスの海水は海底下の温かい岩石と反応したに違いなく、その下の化学組成は微生物の生命を維持するのに適していると思われることが示唆された。

その他の海
不思議なことに、潮汐加熱がないはずの衛星や、衛星ではない天体でさえ、内部海の存在を示す証拠は増え続けている。内部海を持つ、またはかつて持っていた可能性のある惑星のリストには、アリエル、トリトン、海王星最大の衛星、冥王星など、天王星のいくつかの衛星が含まれている。

アリエルの最も優れた画像のひとつ。(画像: NASA/JPL)

太陽に最も近い内部海は準惑星ケレス内部にあるかもしれないが、おそらく今ごろは大部分が凍結しているか、あるいは単に塩辛いヘドロでできているだけかもしれない。

私にとって特に驚くべきは、冥王星のはるか彼方に海の世界が存在する兆候です。これは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が最近発表した、冥王星より少し小さく、かなり遠い2つの準惑星、エリスおよびマケマケを覆う凍ったメタン中のさまざまな同位体（核内に中性子と呼ばれる粒子を多くまたは少なく含む原子）の比率を調べた結果です。

著者らは、自分たちの観察は海底の岩と内部の海水との化学反応の証拠であり、またかなり若い、おそらくは現代の水柱の証拠でもあると主張している。著者らは、岩石中の放射性元素の崩壊から生じる熱は、これらの内部の海が凍結しないほど十分に暖かく保たれてきた理由を説明するのに十分であると示唆している。

エリスおよびマケマケにおける現在の状況の可能性のある範囲の推定。(画像: サウスウェスト研究所)

これらすべてが地球外生命体発見の可能性を高めるのではないかと疑問に思う人もいるかもしれない。残念なお知らせだが、今年のヒューストンで開催された月惑星科学会議（3月11日～15日）では、エウロパの海底下の岩石は断層で割れるほど強固で、海底に初期の地球の微生物の栄養源となった温泉（熱水噴出孔）のようなものを作ることはできないだろうという論文がいくつか発表された。

他の地下海も同様に生命が住めない環境である可能性はある。しかし、今のところはまだ希望はある。

著者
デイビッド・ロザリー、オープン大学惑星地球科学教授

（出典：The Conversation）