広大な宇宙にはなぜこんなにたくさんの岩が浮かんでいるのでしょうか？岩石でできた惑星はいくつありますか？

この記事は、ネットユーザーからの質問に答えるものです。宇宙のほとんどの惑星は石でできていますが、問題は、これらの石はどこから来るのかということです。

この質問に対する議論自体が間違っているので、いわゆる「すると疑問が生じる」というのは、前の議論とは何の関係もありません。

「それでは質問です」は、「ほとんどの惑星は岩石でできている」という認識に基づいています。根拠なく導き出された結論だけなので、その後の「問題」が不明瞭です。

そういった誤解を解くために、ここで基本的な常識についてお話ししましょう。

まず、ほとんどの惑星は岩石ではありません。

太陽系を例に挙げてみましょう。主な惑星は 8 つあり、そのうち 4 つは地球型惑星、つまり固い岩石の殻を持つ惑星です。太陽に近いものから遠いものの順に、水星、金星、地球、火星の順で並んでいます。これらの岩石殻を持つ惑星に加えて、主にガスで構成された惑星である木星型惑星が 4 つあります。これらはすべて火星の軌道の外側にあり、近いものから遠いものの順に、木星、土星、天王星、海王星の順になっています。

これは、太陽系であっても、すべての惑星が岩石でできているわけではないことを示しています。数で言うと4対4の同点です。しかし、品質はどうでしょうか?岩石惑星は巨星に比べると小さく見えます。 4 つの地球型惑星の総質量は、これらのガス惑星の中で最も小さいものほど大きくはありません。

最も小さい木星系惑星は天王星で、質量は 8.681*10^25 kg です。 4つの地球型惑星の質量は、水星が約3.3011*10^23 kg、金星が約4.8675*10^24 kg、地球が約5.97237*10^24 kg、火星が約6.4171*10^23 kgです。地球を最大とする 4 つの地球型惑星の総質量はわずか約 1.18*10^25kg で、これは天王星の質量の約 13.6% にすぎません。

4つの木星系惑星の総質量は約2.65576*10^27kgで、これは4つの地球型惑星の総質量の225倍です。その中で、木星は太陽系最大の惑星であり、質量は地球の318倍、すべての惑星を合わせた質量の2.5倍です。太陽系では、プラズマガス惑星である太陽が全質量の 99.86% を占め、木星は太陽系全質量の 0.1% を占め、地球は太陽系全体の質量のわずか 0.0003% を占めるに過ぎません。

木星系惑星の中に岩石はありますか？

もちろんですが、多くはありません。

木星系惑星、またはガス惑星は、固体表面を持たず、中心に岩石の核を持つ惑星です。しかし、この核は比較的小さく、一般的には地球の直径の約1〜3倍であり、ガス惑星の質量のごく一部を占めるだけです。ガス惑星は質量と体積が非常に大きいため、大気から内核まで完全にガス状態ではありません。大気が中心核の奥深くまで浸透し続けると、圧力はますます大きくなり、温度もますます高くなります。この高温高圧下では、ガスも液体または金属状態に変化します。

木星の半径は約7万キロメートルです。木星の核の上には、数万キロメートルの厚さの金属水素があり、その上には数万キロメートルの厚さの液体水素があります。その中心温度は30,000℃にも達します。土星の内部は木星のそれに似ています。天王星と海王星の大気圏深部には、メタン水氷海とダイヤモンド海が存在します。これらの物質は、高圧下では液体の状態であっても、非常に密度が高く、高温です。

したがって、宇宙において、岩石惑星はごく少数にすぎません。

太陽から遠く離れた木星系惑星の衛星やカイパーベルトには、極度の低温のため氷の状態にある惑星が多くあります。たとえば、エウロパ、テティス、冥王星などはすべて、厚い氷の層で覆われた氷の球です。しかし、これらの氷は必ずしもすべて水の氷というわけではありません。たとえば、冥王星の表面平原は 98% 以上が窒素の氷で覆われており、微量のメタンと一酸化炭素が含まれています。

したがって、惑星だけでなく、衛星や小惑星も非常に少量の岩石で構成されています。これは宇宙における元素の豊富さと関係しています。宇宙全体では、水素とヘリウムが98%以上を占め、その他の重元素はわずか1%強しか占​​めていません。これにより、宇宙の天体の構成は重元素によって非常に小さくなることがわかります。

星はすべての元素の母である

すべての物質は元素で構成されているので、宇宙の元素がどこから来るのかについて話す必要があります。現在、宇宙には 118 種類の元素があり、それらはすべて恒星の進化のプロセスによって生成されたことがわかっています。

ビッグバンが始まった瞬間には、エネルギーだけが存在し、元素は存在しませんでした。現在、すべての要素は、アインシュタインの質量エネルギー方程式の記述と計算に厳密に従って、エネルギーから変換されています。ビッグバンが始まるとすぐに物質が形成され始めましたが、非常に高い温度と非常に高い密度のため、いくつかの基本粒子が徐々に生成されるだけで、原子は形成されませんでした。

ビッグバンから38万年後に、宇宙は膨張して冷え、温度は3000K以下に下がりました。その後、電磁波（または「光」）は高温高密度の宇宙から切り離され、宇宙は透明になり観測可能になり始めました。現在観測されている宇宙マイクロ波背景放射は、この時に放射されたものです。

このとき、すべての物質の基礎である中性原子がようやく形成され始めました。しかし当時は、最も軽くて単純な元素、つまり周期表の1番と2番の元素である水素とヘリウム、そしてごく少量の3番の元素であるリチウムしか生成できませんでした。これらの元素で構成された粒子は宇宙を漂い、重力の影響を受けて互いに近づき、徐々に元の星雲を形成します。

これらの星雲は重力の影響を受けて縮小し続け、最初の星が星雲の中で誕生しました。その後、宇宙では星が次々と誕生し、宇宙は星で満たされました。星々が集まって銀河（宇宙の島と呼ぶ人もいます）が形成され、宇宙は徐々に現在私たちが目にしている形になりました。

星は光と熱を放出するプラズマの球体です。その巨大な質量によって巨大な求心圧が生じ、その結果中心部の圧力と温度が高くなり、水素の核融合が促進されます。星は、水素からヘリウム、ベリリウム、ホウ素、炭素など、核融合によって継続的に重い元素を形成します。小質量星と中質量星の温度と圧力は、ここでしか終わりません。

大質量星の中心部の温度と圧力は極めて高く、その過程でより重い元素の核融合が促進され、窒素、酸素、フッ素、ネオン、ナトリウム、マグネシウム、ケイ素、リン、硫黄、カルシウムなどのより重い元素が、26番目の元素である鉄に至るまで、次々に生成されます。

星がどんなに大きくても、その中心核での核融合では最も重い元素である鉄しか生成できません。その理由については、これまで何度も説明してきた長い話なので、ここでは詳しくは述べません。

鉄より重い元素はどこから来るのでしょうか？

もし宇宙でこれ以上の大きな出来事が起こらなかったら、私たちの世界に存在する元素は 26 個だけになります。当時から石を作るための元素であるカルシウムやケイ素は存在していましたが、地球上の生物はすべて数十、数百の元素で構成されています。その後の重元素の生成がなければ、生命は存在できなかったでしょうし、宇宙を観察してコメントする私たちのような人間も存在しなかったでしょう。

幸いなことに、宇宙では超新星爆発や高密度の巨大な天体の衝突などの現象が起こります。これらのイベントにより、圧力と温度がさらに高くなる可能性があります。このように、鉄より上の 92 個の元素が、これらの極端な宇宙現象の中で誕生します。

これらの極端な出来事によって生成された元素は、宇宙で互いに引き合い、衝突し、凝縮して、岩石、氷、鉄、金などを含むさまざまな宇宙物体を形成します。もちろん、多くの場合、これらの物質は純粋な単一物質ではなく、混合物または化合物です。

これが宇宙の石の起源であり、地球の起源です。

太陽系は純粋な原始星雲から生まれたわけではない

前回の紹介から、宇宙の原始星雲の元素は水素とヘリウム、そしてごく少量のリチウムだけであることがわかっています。太陽系は宇宙の118元素すべてを含む複雑な構成をしており、このように純粋で清らかな星雲から誕生することは不可能です。

星雲は恒星の母であり、すべての恒星系は光年単位の巨大な星雲団に凝縮されています。宇宙元素の形成と起源から、太陽系は水素とヘリウムだけを含む原始星雲から生まれたのではないことが推測できます。もし水素とヘリウムの元素しかなかったら、生命はおろか地球も存在しなかったでしょう。

そのため、科学では、太陽系は超新星爆発や巨大天体の衝突などの極端な出来事によって宇宙空間に漂った基本粒子が再凝縮して形成された再生星雲から誕生したと推測されています。さらに、この種の爆発現象は、太陽系が誕生する前に複数回発生した可能性が高い。

あらゆる恒星系の形成初期には、星が形成されるときに巨大な放射圧、つまり恒星風が生成されます。これらの強力な恒星風は近くの星間物質を吹き飛ばします。軽い物質はより遠くまで吹き飛ばされますが、重い物質は十分に遠くまで吹き飛ばされません。

したがって、太陽系内の太陽に近いいくつかの惑星（内惑星とも呼ばれる）は、太陽風によって吹き飛ばされない重い物質で構成されており、岩石惑星のように見えます。より外側の惑星は主に軽い元素で構成されており、太陽風によって吹き飛ばされてガス惑星のように見えます。

ここまで述べてきましたが、これらの疑問を抱いている人たちの疑問は解消されたのでしょうか?ご質問がございましたら、メッセージを残してご相談ください。読んでいただきありがとうございます。

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