ニューホライズンズが冥王星を探査し、カイパーベルトの「宇宙雪だるま」誕生の謎を解明

この新たな研究は、太陽系でこれまでに撮影された中で最も遠い天体であり、太陽系の端にある小惑星のような天体であるカイパーベルト天体の形成に関する新たな手がかりを提供し、太陽系の形成の初期段階を理解するのに役立つ。ネイチャー誌に掲載された新たな研究は、NASAのニューホライズンズ宇宙探査機によって昨年初めて撮影された物体、アロコスのユニークな特徴を説明している。物語は2006年、ニューホライズンズ宇宙船が冥王星の初のクローズアップ画像を撮影し、その特徴と地形を調査するために送られたときに始まる。

打ち上げ後、ニューホライズンズは冥王星への軌道を確保し、9年間の旅が始まった。燃料と資源を無駄にしないために、探査機のシステムのほとんどは、目標の冥王星に近づくまで休止モードに置かれた。また、2006年に国際天文学連合は冥王星を惑星から準惑星に格下げすることを決定した。つまり、ニューホライズンズ宇宙船は惑星を調査するために送られ、眠りに落ち、目覚めたときに、かつて太陽系の9つの惑星の1つであった冥王星が、もはや惑星とはみなされていないことを発見したのです。

冥王星への旅

しかし、このことは、冥王星とその衛星カロンの素晴らしい画像を提供し、現在も研究が続けられ、おそらく今後何年も研究が続けられるであろう貴重な科学的情報をもたらしたこのミッションの重要性を損なうものではない。これらの研究は、太陽系の形成、特にカイパーベルトの形成を理解するための重要な情報を提供します。しかし、ニューホライズンズの冒険はそれだけではありません。冥王星は太陽系で最大かつ最も遠い天体ですが、唯一の天体ではありません。海王星の向こう側にはカイパーベルトと呼ばれる領域があり、そこには直径数フィートから数千マイルまでの大きさの無数の小惑星のような物体が存在します。

この地域の状況は、太陽系内部の「姉妹」小惑星帯の状況とは異なり（特にはるかに寒い）、カイパーベルトの天体は、通常、より氷の多い物質で構成されています。ニューホライズンズ宇宙船には、もしそのような天体が発見され、宇宙船の本来の軌道からそれほど離れていない場合、別のカイパーベルト天体を観測するのに十分なリソースが搭載されています。 2014 年 6 月 26 日、ハッブル宇宙望遠鏡は、このタイプの天体について広範囲にわたる観測を行った後、これらの天体の 1 つを発見しました。その確認を受けて、ニューホライズンズのチームは、冥王星の地図を作成するというミッションを完了した後、新たに発見された天体の隣を通過するように探査機の軌道を設計した。

発見の旅

ニューホライズンズは5年後（2015年の冥王星との遭遇から4年後）にこの天体を通過し、2019年1月1日には、ニューホライズンズ宇宙船が3,500マイル離れた場所を通過するこの小さなカイパーベルト天体を初めて間近で撮影した。最初の画像が到着した後、2014-69として知られるカイパーベルト天体は、そのユニークな外観から「スノーマン」というニックネームが付けられました。ニューホライズンズの研究者たちは、太陽系の端という遠隔地にあることから、当初この衛星をウルティマ・トゥーレ（ラテン語で「世界の端」の意味）と呼んでいた。

しかし、この天体は最終的に、現在は絶滅したポウハタン族のネイティブアメリカンの言語で「空」または「雲」を意味する「アロコス 486958」と改名された。ニューホライズンズはイエティに関する豊富な情報を収集した。イエティは、細い首で互いにつながった異なる大きさの2つの塊からなる長さ30キロメートルの接触連星であり、2つの小さなカイパーベルト天体が衝突してアロコスを形成した産物であると思われる。アロコスの形成と特異な性質を説明するためにさまざまなモデルが提案されているが、これらのモデルは大きな課題に直面しており、イエティの重要な特徴、特にその遅い自転速度と大きな傾斜をうまく説明できない。

研究者らは、アロコスの形成と特徴を説明する新しい分析計算と詳細なシミュレーションを提示している。この研究は、博士課程の学生であるエフゲニー・グリシン、ポスドクのウリ・マラマド博士、そして彼らの指導者であるハガイ・ペレツ教授が主導し、ドイツのテュービンゲンの研究グループと共同で行われた。カイパーベルトにある 2 つの無作為の物体が単純に高速で衝突すると、それらはほとんどが柔らかい氷で構成されている可能性が高いため、粉砕されるでしょう。一方、2 つの天体が円軌道（地球の周りを回る月の軌道に類似）を描いていた場合。

雪だるまを解剖する

測定された速度は、アロコスが非常に高速で回転し、その後ゆっくりと回転を落とし、より穏やかに接近して接触した場合に予想される速度と比較すると、実際にはかなり低いものです。アロコスの完全な回転には 15.92 時間かかります。さらに、その傾斜角（太陽の周りの軌道面に対する相対角度）は 98 度と非常に大きいため、ほぼ横向きになっています。研究モデルによれば、2つの天体は互いの周りを回っているが、一緒に太陽の周りを回っているため、基本的には三重系を形成している。

このような三重星系のダイナミクスは複雑であり、三体問題として知られています。重力三重星系のダイナミクスは非常に混沌としていることが知られており、この研究では、この系が単純かつ秩序だった動きをしているわけではなく、完全に混沌とした動きをしているわけでもないことが研究者によって発見された。ゆっくりとした（世俗的な）進化を経て、広くて比較的円形の軌道から、太陽の周りを回るアロコスの公転周期よりもはるかに遅い、非常に偏心した楕円軌道へと変化しました。このような軌道は最終的に非常にゆっくりとした衝突につながることが示されています。

しかし一方で、ゆっくりと回転し、大きく傾いた物体が生成される可能性があり、これはアロコスの特性と一致しています。詳細なシミュレーションによりこれが確認され、アロコス イエティの外観、回転、傾きに非常によく似たモデルが作成されました。また、このようなプロセスの安定性と可能性を調査し、カイパーベルト連星全体の最大 20% でこのようなプロセスがかなり一般的であり、同様の方法で進化する可能性が高いことがわかりました。これまで、直感に反する結果を示す Arrokoth のユニークな特徴を説明することは不可能でした。

衝突の確率は、初期の連星分離が大きく、初期の傾斜角が 90 度に近づくほど実際に増加します。新しいモデルは、衝突の確率の高さと今日の統一システムのユニークなデータの両方を説明し、実際にカイパーベルトにはさらに多くの物体が存在すると予測しています。実際、冥王星とカロンの衛星のシステムも同様のプロセスを経て形成された可能性があり、太陽系の連星系と月系の進化に重要な役割を果たしているようです。

ボコパーク |調査/出典: アメリカ工科大学

参考ジャーナルNature

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