極寒な冥王星の「海」が凍らない理由が明らかに 氷河と地下海の間に「ガス層」

space 2019/05/21
Credit:depositphotos

Point

■2015年に、冥王星で氷地殻の下に海があることが発見されていた

■極寒の地で海が凍らない理由として、氷と海の間にガスハイドレート層が存在することを示唆

■ガス層により断熱・保熱が可能となって海と氷の共存が可能になり、また冥王星に窒素が多い理由も説明できた

冥王星の凍った地表の下には海がある。

しかしギンギンに冷えた極寒の冥王星で、なぜ海が凍らないのかという疑問が上がっていた。

ところが今回、北海道大学・カリフォルニア大学・神戸大学などの共同研究によって、「氷でできた地殻」と「地下にある海」との間にガスハイドレートなるメタンガス層が存在すると示唆された。

シミュレーションによって、ガス層による断熱および保熱のおかげで、氷と海が共存可能になると証明されたのだ。

研究の詳細は、5月20日付けで「Nature Geoscience」上に掲載されている。

Pluto’s ocean is capped and insulated by gas hydrates
https://www.nature.com/articles/s41561-019-0369-8

保熱・断熱を可能にする「ガスハイドレート層」

冥王星は太陽系の端っこにある準惑星で、地表温度はマイナス220度にも達する極寒の地だ。

2015年に冥王星を訪れたNASAの探査機「ニュー・ホライズンズ」が内部海を発見したのは、現在「スプートニク・プラニシア」と名付けられている赤道付近の場所である。

スプートニク・プラニシアは窒素氷河に覆われた巨大盆地になっており、その形から「白いハート」と呼ばれている。大気に窒素が豊富に含まれているのも冥王星の大きな特徴である。

この「白いハート」の下にあるので「内部海」なのだが、専門家によるとこれは「おかしな現象」だという。

冥王星の「白いハート」/Credit:ja.wikipedia

というのも、液状の海が存在可能な温度を考慮すると表面の氷は絶対に溶ける。反対に、冥王星ほどの極低温なら内部海は必ず凍りつくはずである。そこで研究チームは保温・断熱を可能にする「ガスハイドレート層」の存在を仮説として立ててみた。

「ガスハイドレート層」を含む冥王星の内部構造がこれだ。

Credit:kobe-u.ac.jp

「ガスハイドレート(包接水和物)」は、水分子から成る格子状の「かご」の中に、ガスのような気体分子を閉じ込めた氷の層を指す。これによって断熱と保熱を同時に行うことが出来るという仕組みだ。

メタンハイドレート / Credit: kisc.meiji

研究チームはこの仮説をもとに、冥王星の誕生および形成のシミュレーションを行なった。

ガス層がメタンを閉じ込め、窒素を露出させる

シミュレーションは太陽系の年齢である46億年前から始めて、「ガスハイドレート層」がある場合とない場合との違いを実験した。

するとガス層がない場合、冥王星の内部海は今からおよそ8億年前にはすでに凍っていることが判明し、反対にガス層がある場合では、保熱・断熱の効果により海が固体化を免れるという結果が算出された。

そしてガス層がない場合、惑星表面はわずか100万年ほどで完全に氷河化し、ガス層を導入すると、氷河化にはさらに10億年以上かかることが明らかとなっている。

Credit:kobe-u.ac.jp

チームによると、ガスハイドレート層の主な構成物は惑星内部の岩石核から生じたメタンガスであるとのこと。メタンガスはガス層に取り込まれやすいのだが、同じく内部核にあった窒素は格子状をすり抜けて地表に露出する。

これで冥王星の大気や氷河に窒素が豊富に含まれていることも説明がつくというわけだ。

 

今後、ガスハイドレート層が実際に観測されれば、冥王星以外の氷天体にも同じ理論が当てはまるという。すると太陽系の果ては、従来考えられているより、海や窒素が豊富なのかもしれない。

 

とすれば、生命が存在する可能性もグンと高くなる。極寒の地に生きる生命体なんて…ロマンしかない。

 

reference: sciencealertkobe-u.ac.jp / written & text by くらのすけ

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