内部は灼熱の氷!?『海王星』ー予言された最果ての惑星 (3/4)

海王星の内部にある「灼熱の氷」

水は固体の状態では「氷」、液体の状態では「水」、気体では「水蒸気」として存在することが知られています。

ところが、海王星の内部では高い圧力と高温のために、固体でも液体でも気体でもない「超イオン氷」という状態になっているといいます。

超イオン氷はその特異な性質によって海王星の磁場にも影響を与えていると考えられています。

超イオン氷とはいったいどのようなものなのでしょうか？

海王星に存在する超イオン氷は、通常の水の氷のように透明ではなく、光を吸収するため黒く見えます。この見た目からも特殊な氷であることが分かります。

超イオン氷は固体・液体・気体のいずれにも属さない特殊な環境でのみ存在する水(H₂O)の状態です。超イオン氷は、圧力100万気圧～400万気圧の圧力と3,000度近くの温度という極限環境でのみ生成されます。

氷と言っても、とてつもなく熱い氷なのです。

シカゴ大学の研究チームは、水(H₂O)に上記のような極度の圧力と熱を加え、海王星内部の状況を実験で再現しました。

その結果、超イオン氷と呼ばれる特殊な状態になることを発見しました。

超イオン氷の状態では、酸素イオン(O₂^–)が格子状に並んで結晶を構成します。水素イオン(H⁺)は酸素イオンの間を自由に動き回るようになります。この構造は鉄などの金属に似ています。金属の結晶ではプラスの電荷をもった金属イオンの間を自由電子が動き回っています。

電気を帯びた水素イオンが自由に動き回れるため、超イオン氷には金属と同じように電気を通すという性質があります。海王星の磁場は海王星内部に電気を通す性質を持つ超イオン氷が存在することによって発生していると考えられます。

地球の磁場の原因は地球内部で発生している電流が原因と考えられています。この考え方をダイナモ理論といいます。

地球の場合、ダイナモ理論によると、外核で液体状態の鉄が対流することで磁場が生成されます。内核近くで熱せられた液体の鉄が上昇し、マントル付近で冷やされて降下するという対流が常に発生していて、この動きが磁場を生み出しているのです。

同様のメカニズムで、海王星で超イオン氷が磁場を発生させる理由を説明することができます。

超イオン氷は「氷」という名の通り固体結晶構造ですが、同時に液体の特性も持っています。温度と圧力によっては液体のような挙動を示すことがあります。

海王星の内部では、電気を通す性質がある超イオン氷が対流することで磁場を形成している可能性があります。

海王星の磁場は自転軸に対して47°も傾いており、この磁場の傾きは海王星内部の伝導性の液体によるものと考えられています。

この液体部分に超イオン氷が存在し、この超イオン水の層が対流することで、電流が発生し、電磁石のように磁場を形成する可能性が示唆されています。