夕暮れに「鉄の雨」が降る惑星が見つかる

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鉄の雨が降る、太陽系外惑星WASP-76bの想像図。/Credit:ESO/M. Kornmesser
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  • 超大型望遠鏡VLTは、地球から640光年の位置にある惑星が、鉄の雨を降らせる特殊な環境であることを発見した
  • この惑星は温度が2,400℃を超えており、日中は金属を蒸発させるほど熱い
  • 強風が吹き荒れ、鉄蒸気が冷えた夜側に運ばれることで夕暮れの地域では鉄が液滴に変わる

鉄の雨が降る惑星なんて言われると、「古い海外のSF小説の設定ですか?」と思ってしまいますが、そんな惑星が実際に発見されたようです。

地球からうお座方向に640光年の距離で見つかったこの惑星は、2016年に発見され「Wasp-76b」と名付けられています。

最新の観測では、この惑星が非常に高温なため金属さえ蒸発させており、昼側で蒸気に変えられた金属が、強風に運ばれて夕暮れの空に鉄の雨を降らせていると報告しています。

地獄なのかロマンチックなのかよくわからなくなってきますが、一体どのようにして鉄の雨が降るのでしょうか。

この惑星の研究は、スイスのジュネーブ大学教授David Ehrenreich氏を筆頭とした研究チームより論文発表され、3月11日付けで科学雑誌『nature』に掲載されています。

Nightside condensation of iron in an ultrahot giant exoplanet
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2107-1

極端な高温環境の理由

ホット・ジュピターのイメージイラスト。/Credit:ESO/L. Calçada

「Wasp-76b」は天文学で「ホット・ジュピター」に分類される惑星です。

ホット・ジュピターとは、太陽に非常に近い位置を回る木星のような巨大ガス惑星のことで、「Wasp-76b」も主星に近いために1年がたったの43時間しかありません。

しかもこの惑星は、自転周期と公転周期が一致していて、太陽に対して常に同じ面を向けています。こうした状態を潮汐ロックといい、地球に対する月と同じような状態になっています。

月の潮汐ロックのイメージ(左)。右は月が全く自転しなかった場合のイメージ。/Credit:Stigmatella aurantiaca,en Wikipedia

太陽に対して潮汐ロックを起こしている「Wasp-76b」は、地域によって昼と夜が常に固定された状態です。そのため、昼側は地球の数千倍という放射を主星から受け続け、昼の温度は2400℃を超えています。

一方夜側は、1000℃近く温度が下がり1500℃程度となります。この温度差が、惑星上に昼から夜に向かって激しい強風が発生させているのです。

超大型望遠鏡が明らかにした不思議な天候

通常惑星は暗くて詳しいことがよくわかりませんが、太陽に近いこの惑星では、外層大気を透過した光が惑星外縁の状態を明らかにしてくれます。

今回の研究では、ヨーロッパ南天天文台(ESO)が運営するチリの超大型望遠鏡VLTが利用されました。

VLTは口径8.2メートルの大型望遠鏡4台の総称です。この4つの望遠鏡が捉えた光を統合することで、VLTは実質口径130メートルという超大型望遠鏡として機能します。

その光の統合を行っているのが、ESPRESSO(エスプレッソ)分光計で、今回「Wasp-76b」の化学的性質を捉えることに成功しました。

ESPRESSO分光計を単純化したイメージ図。/Credit:ESO/L. Calçada

それによると、「Wasp-76b」は昼と夜で化学的な性質が異なっているというのです。

この惑星では夕暮れの領域に強い鉄の蒸気が確認されますが、朝方の領域には鉄の蒸気は確認できなかったのです。

この原因を研究者たちは次のように考えています。

この惑星では、昼側の「高温で蒸発した鉄」が、惑星の回転と大気の流動によって冷えた夜側に送り込まれます。そしてこれによる鉄の蒸気は夜側の領域で凝縮され、夕暮れの境界地域から夜の領域に鉄の雨を降らせます。

このため朝方の領域では、鉄の蒸気が確認できないのです。

ロマンあふれる地獄

夕暮れの地域は一年中ずっと夕暮れのままで、しかも鉄の雨が降ってくる…という光景は、かなりロマンにあふれています。

今回の研究者Ehrenreich氏は、グラフィクノベルの大ファンで、スイスの作家にこの発見のイラストレーションを依頼しました。

スイスのグラフィクノベル作家フレデリック・ピーターズが描いたWASP-76bの夜の境界のイラスト。/Credit:ESO,Frederik Peeters

すっかりSF小説の表紙のようになった惑星のイメージは、なんだか見ているだけでワクワクさせられます。

VLTのESPRESSO分光計は、本来は地球のような環境の惑星を探すために作られたシステムでしたが、今回の研究は、こんな地獄のように極端な環境の調査にも利用できることを示したのだそうです。

ただ、大気の深い層は現在の技術ではどうなっているかわからないため、降り注いだ鉄の雨がその後どうなるかは不明です。

研究者の予想では、この惑星はガス惑星のため、夜の領域で降り注いだ鉄の雨は、熱い惑星中心に落ちることで再度加熱され、昼の領域へ蒸発していき循環しているのでは無いかと考えられています。

この鉄雨がホット・ジュピターではよくある天候なのかどうかは、昼と夜の温度差や惑星を巡る風速に依存するだろうと研究者は語っています。

SF作品には飛んでもない環境の惑星が登場しますが、実際の宇宙を見るとあながち間違ってもいないようです。

「3つの太陽」を持つ惑星が見つかる

reference: ESO,newscientist,BBC / written by KAIN
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