メインベルト彗星が生命の源と衝突したのか？ 1つの記事で詳細を見る

地球上の水はどこから来るのでしょうか?最近、ネイチャー誌に、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（以下、ウェッブ望遠鏡）の検出データにより、太陽系メインベルトのリード彗星の周囲に水蒸気が存在することが初めて示されたという記事が掲載されました。

「メインベルト彗星は火星と木星の軌道の間の小惑星帯に存在します。」マカオ科技大学の助教授、于良良氏はサイエンスタイムズの記者に対し、メインベルト彗星は過去30年間に天文学者によって発見された活動的な小天体の一種であると語った。これらはメインベルトの小天体であり、内部に水の氷が含まれていると考えられているが、これまでは強力な直接的な証拠が欠けていた。ウェッブ望遠鏡による新たな発見により、この見解が裏付けられた。

水を豊富に含む彗星が新たな証拠をもたらす

太陽系における地球の位置は、もともと沸点が極めて低く、比重が極めて軽い水が存在するべき場所ではありませんでした。これは、高い「体温」を持つ太陽が定めたルールです。意外なことに、地球は「釘の家」ですが、水だけは例外で、地球の表面積の 71% を占めています。

そこで疑問なのは、地球が形成された太陽の原始惑星系円盤の温度は非常に高く、水蒸気が原始地球上に凝縮することはできなかったはずだということです。かつては、地球上の水は彗星やいくつかの小惑星によってもたらされたというのが主流の見解でした。彗星は氷、塵、岩石物質で構成されており、水の氷を豊富に含む小さな天体です。彗星が太陽に近づくと、その氷が昇華し始め、ガスが発生して外側に噴出し、表面の小さな塵の粒子を吹き飛ばします。その結果、「コマ」と呼ばれるかすんだ、または曇ったリングと、「彗星の尾」と呼ばれる長い尾が形成されます。

于良良氏は、リード彗星のコマ内の水分子は、メインベルト内に内部に氷粒子を持つ小天体が多数存在するはずであることを証明していると考えている。これらの氷は主に地下深くに埋もれており、通常はガスの生成量が少ない。衝突が起こり、局所的に地下の水氷が露出すると、彗星のような尾が形成され、メインベルト彗星に変化します。 「メインベルトの小天体は、周期彗星よりも地球の軌道付近に移動する可能性が高い。これは、メインベルトの氷の小天体が地球に『水を届ける』ことができる可能性をある程度裏付けている。」

メインベルトの氷の小天体も「水の配達人」かもしれない

メインベルトの氷の小天体から地球への「水の供給」もまた不確実性に満ちており、課題は水素同位体から生じている。

これまで、科学者らは地球の水と、ハレー彗星、百武彗星、ヘール・ボップ彗星という3つの有名な彗星の重水素比（D/H）を計算し、彗星の水の重水素比は地球の水の2倍以上であることを発見した。もし地球上の水がすべて彗星によって運ばれたのであれば、重水素と水素の比率は同じであるはずです。 「これは、地球の水がすべて彗星から来ているわけではないことを意味する」とユー・リャンリャン氏は語った。

研究により、小惑星コンドライトの重水素と水素の比率は地球のそれよりも低いことがわかっています。 「地球の水の重水素比は、小惑星と彗星の中間です。原始惑星系円盤内の小惑星は水雪線（凝結点線）の内側で形成され、水が不足していますが、彗星は雪線の外側で形成され、水が豊富です。」于良良氏は、一定の割合の小惑星と彗星が地球に衝突した後、それらがもたらした水が混ざり合ったと分析し、地球の水の重水素比が小惑星と彗星の比の中間にあるという問題を説明できるとした。

Yu Liangliang氏はまた別の可能性も提案した。 「雪線付近には、小惑星と彗星の中間の物質組成を持つ小さな天体があるかもしれない。それらは地球に水をもたらしたので、重水素と水素の比率も小惑星と彗星の中間だ。」

太陽系では、水雪線はメインベルトの中央に位置します。 「メインベルト彗星の発見とウェッブ望遠鏡による水分子の存在の証明は、雪線付近に小惑星と彗星の中間の物質組成を持つ小さな氷天体が実際に存在することを証明した。それらが初期の地球に水をもたらした可能性がある」とユー・リャンリャン氏は語った。

二酸化炭素が存在しないことは驚くべきことではない

この水はウェッブ望遠鏡の近赤外線分光計を使用して検出されました。しかし、新たな謎も浮上している。他の彗星とは異なり、リード彗星の周囲では二酸化炭素が検出されていないのだ。通常、彗星の揮発性物質の約 10% は二酸化炭素です。

Yu Liangliang氏は、これは驚くべきことではないと考えています。 「熱力学モデルによれば、メインベルト領域の温度では、太陽系の年齢よりも長い時間しか水を内部に保存できません。二酸化炭素は水よりも昇華しやすいため、長期間保存することはできません。」周期彗星は、温度が低く二酸化炭素が保存されるカイパーベルトまたはオールトの雲からやって来ます。

メリーランド大学の天文学者で論文の筆頭著者であるマイケル・ケリー氏は、リード彗星は形成時には二酸化炭素を含んでいたが、後に高温のためにそれを失った可能性もあると説明した。あるいは、リード彗星は、二酸化炭素が恒星に凝縮できない太陽系のより暖かい部分で形成された可能性もあります。

将来的には、メインベルト彗星が私たちにさらに多くのことを教えてくれるかもしれません。