冥王星、探査から1年でわかった5つの事実

地質活動は存在する、大気は予想外、衛星は奇妙

2016.07.20
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小さな冥王星には大きなハートマークがついている。ニューホライズンズが撮影した高解像度カラー画像(PHOTOGRAPH BY NASA/JHUAPL/SWRI)
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 1930年の発見以来、人類は数十億キロのかなたにある冥王星に魅せられてきた。

 そして1年前の2015年7月14日、NASAの無人探査機ニューホライズンズが冥王星への接近通過に成功し、私たちはその姿を初めて間近から見ることになった。

 小さな冥王星の横を探査機が通過するのに要した時間はわずか3分だったが、冥王星と、その巨大な衛星カロン、4つの小さな衛星ステュクス、ニクス、ヒドラ、ケルベロスを擁する冥王星系全体は、もっと長く、じっくりと観察することができた。(参考記事:「冥王星“接近通過”をめぐる10の疑問に答える」

 その際に収集されたデータは、今でも科学者を驚かせ、当惑させているが、冥王星は巷ではすっかり人気者となり、1991年に米国でつくられた「冥王星は未探査」とタイトルを打った記念切手が、「冥王星は探査済み」と修正されて発行されたほどだ。

 ニューホライズンズからのデータ送信はまだ続いているが、科学者たちがこれまでに明らかにした、驚きの事実のほんの一部をご紹介しよう。(参考記事:「冥王星に信じがたい5つの新事実発覚」

【フォトギャラリー】冥王星の写真の変遷を見てみよう、15点

冥王星は生きている

 冥王星には、メタンの氷がヘビの鱗状に覆った広大な平原をはじめ、太陽系屈指の奇妙な地形が見られる。しかし、その地下ではさらに、氷の天体の概念を根底から覆すような、地質活動が起こっているのだ。

 それまで科学者たちは、太陽系の端にあるこの極寒の天体に、ほとんど地質活動はないと考えてきた。

 地球からの観測によって、冥王星の表面で季節ごとに氷が移動している可能性は指摘されてはいたが、今回ニューホライズンズのデータからは、想定外の事実が明らかになった。冥王星は今も(あるいはつい最近まで)地質学的に“生きている”のだ。内部の熱の作用で、その表面の物質に動きが起きているという。

 米サウスウエスト研究所のキャシー・オルキン氏は、スプートニク平原と呼ばれる直径1200キロほどの広大な氷原に言及し、「太陽からこんなに離れた冥王星に地質活動があるとは、本当に驚きでした」と言う。

 なめらかなその平原は多角形のパターンに分割されている。それはすなわち、新しい氷が下からゆっくりわき上がってくることを示している。その表面の氷は地質学的に驚くほど新しいもので、50万~100万年ほどで置き換わるという。(参考記事:「冥王星、氷が絶えずわき上がる意外な地質運動が判明」

 米航空宇宙局(NASA)エイムズ研究センターのオリバー・ホワイト氏は、「冥王星が太陽の周りを公転する際、表面と大気の相互作用に関連した活動があるのではと思っていましたが、こんなに広範囲にわたって窒素の氷の塊が対流していたとは!」と驚く。

窒素の氷河と漂う氷山

 スプートニク平原には窒素が凍った氷からなる氷河が流れ込んでいて、その動きは地球の氷河に似ている。平原には水が凍ってできた巨大な氷山が漂っているが、窒素の氷河はその水の氷山の傍らを流れることで氷のかけらを運び、冥王星の表面に溝を刻んでいる。

 液体が表面の溝を刻んでいる可能性もあるが、米ローウェル天文台のウィル・グランディ氏は、まだわからないと言う。冥王星の地下に海などがあるかどうかは、謎のままだ。

 もう1つの謎は、頂上にくぼみがあるライト山とピカール山だ。2つとも巨大な氷の火山で、灼熱の溶岩ではなく、窒素、一酸化炭素、あるいは水の氷が混ざったものを噴き出していると、考えられている。

 「何かを初めて間近に見るときには、答えよりはるかに多くの謎が見つかるものです」とグランディ氏は言う。「少なくとも、今回はそのようです」

カロンは死んでいない

 冥王星の成果だけでもミッションは大成功だったといえそうだが、ニューホライズンズが見てきたのは冥王星だけではない。

 冥王星の巨大な衛星カロンも、素晴らしく奇妙な天体であることが判明した。衛星というよりも、冥王星との二重天体と考えられるほどの大きさをもつカロンは、多くの科学者が予想していたようなクレーターだらけの死んだ天体ではなかった。

「私はカロンのことを、土星の衛星レアのような、クレーターだらけの退屈な灰色の天体だと思っていましたが、読みが甘すぎました」と、サウスウエスト研究所のカーリー・ハウェット氏は言う。

 確かにカロンにもクレーターはあり、その数は冥王星より多かったが、予想を下回るものだった。カロンは冥王星に比べて全体的に黒っぽく、その極地方には謎めいた暗赤色の領域があり、「モルドール・マキュラ」と呼ばれている(モルドールは、トールキンの小説『指輪物語』に登場する冥王サウロンの王国で、『黒の国』という意味)。この領域は、冥王星から飛んできた分子が堆積して色がついたと考えられている。(参考記事:「冥王星の衛星カロンに謎の黒い領域」

 カロンには深いひび割れも走っている。科学者たちはその理由をまだ説明できていないが、地下の海が凍結して膨張し、表面を引き裂いた可能性がある。冥王星と同じく、カロンの表面にも、驚くほどなめらかで、地質学的にまだ新しいと見られる部分がある。

「おそらく、カロンが形成されてから冷却されるまでに、私たちが予想したより長い時間がかかったのでしょう」と、ハウェット氏は語る。「あるいは、カロンに衝突した天体に関する私たちの理解が間違っていて、その表面は、私たちが最初に考えたほど新しくないのかもしれません」

奇妙な軌道を回る衛星

 科学者たちはカロンの謎に頭を悩ませながら、二重天体系の成り立ちを理解するためのヒントも探している。現時点では、地球の月と同じように、巨大な天体の衝突によって形成されたのではと考えられている。この衝突に関する手がかりは、冥王星とカロンだけでなく、小さな衛星ステュクス、ニクス、ケルベロス、ヒドラにも隠されている。

 サウスウエスト研究所のサイモン・ポーター氏の説明によると、4つの小さな衛星は、カロンを形成した衝突の際に宇宙空間に放り出された破片だったとする説が、今のところ有力だという。

 問題は、4つの衛星の動きが、衝突仮説ときれいに合わないことだ。

 サウスウエスト研究所のケルシー・シンガー氏は、「これらの衛星の軌道は、私たちが考えていた以上に奇妙なのです」と言う。

 一部の衛星は同期せずに高速で回転し、傾いた軌道に沿って動いている。色もおかしく、カロンより明るい色をしている。ニクスには赤っぽい色のクレーターがあり、ヒドラは2つの破片が衝突してくっついたような形をしている。

 冥王星の小さな衛星は、雑多な天体の寄せ集めのようにしか見えないのだ。

 サウスウエスト研究所のアレックス・パーカー氏は、「これらの衛星の起源は、ニューホライズンズの接近通過の前から謎でしたが、私たちが収集した観測データはその謎を深めたにすぎません」と言う。

仮説を覆した冥王星の大気

 ニューホライズンズは、冥王星系を猛スピードで通過した後、振り返って冥王星とカロンのシルエットを撮影した。冥王星の輪郭の画像を受け取った地上の科学者たちは目を見張った。太陽を背にした冥王星は、不気味な青い光の輪に包まれていたのだ。

 さらにその光のもやは何層にも分かれており、科学者たちは現在、その解明に取り組んでいるところだ。

 冥王星が窒素の分厚い大気をもつことは、その中を通ってくる遠方の星の光の分析により、1988年に明らかになっていた。だが、その大気が地球の何倍もあることは、20年以上にわたり科学者たちを悩ませてきた。それまでは、冥王星が太陽から遠ざかった際、大気が凍結して表面に降り積もったのではないかという仮説が立てられていた。

 だが、そうではなかった。地球から見る限り、大気はどんどん分厚くなっていったからだ。

 地球からの数十年間の観測による結果は、大量の分子が冥王星の重力を振り切って宇宙空間に出ていくことを示唆していた。

 ところがニューホライズンズの接近通過により、冥王星の大気は予想ほど厚くなかっただけでなく、分子はほとんど出ていっていないことが明らかになった。シンガー氏によると、科学者たちは現在、冥王星の大気は「未知の予想外の原因」により低温に保たれ、比較的安定していると考えているそうだ。

 わずか数分間の接近観測で、数十年間積み上げてきた観測データに疑問が投げかけられてしまうのは理不尽に思われるかもしれないが、科学者たちはそれをむしろ喜んでいる。

 パーカー氏は、「今回の接近通過で、冥王星の大気のもやの多層構造や、スプートニク平原の多角形のパターンなどが観察されたことで、冥王星がダイナミックに変化する天体であることがよくわかりました」と言う。ただ、冥王星がどの程度の時間スケールで変化していくのかは明らかになっていない。「瞬間を切り取ったスナップショットしかないなか、そこから冥王星の変化を詳細に推測しなければならないのです」

冥王星研究の未来

 ニューホライズンズは現在、次のターゲットであるカイパーベルト天体(暫定的に2014 MU69と呼ばれている)に向かって飛行しながら、冥王星の観測データを地球に送信し続けている。

 こうしたデータにより、冥王星の残りの謎のいくつかは、今後数年で明らかになるかもしれない。それでも、科学者たちが冥王星に探査機をもう1機送り込みたい、できれば軌道を周回させたいと願うほどの謎が残ることだろう。

 ニューホライズンズは冥王星に接近しながら素晴らしい眺めを見せてくれたが、高解像度で記録できたのは片方の半球だけで、残りの半球はまだ謎に包まれている。

 将来のミッションにより、冥王星の活動の歴史が解明され、太陽系が誕生した当初の、冥王星が太陽にもっと近い軌道を回っていた頃の様子なども明らかになるかもしれない。

「その頃の冥王星は、どんな天体だったのでしょうか?」と、米ワシントン大学のマッキノン氏は言う。「冥王星の表面には、こうした『昔』の記録が保存されているのでしょうか? そうでないなら、異常に活発な地質活動があった過去の証拠をどのように説明すればよいのでしょうか?」

 冥王星は再び独りぼっちになったが、もはや得体の知れない天体ではない。冥王星をめぐって今後も論争が続くだろうが、惑星と呼ぶにせよ準惑星と呼ぶにせよ、冥王星は予想よりはるかに面白い天体であることが明らかになったからだ。

文=Nadia Drake/訳=三枝小夜子

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