冥王星の心臓を作った宇宙衝突

秘密の方法 冥王星 最後に、その表面にある巨大なハート型の特徴が、以下が率いる天体物理学者の国際チームによって解明されました。 ベルン大学 および国立研究能力センター (NCCR) PlanetS のメンバー。 研究チームはデジタルシミュレーションを使ってこの異常な形状の再現に初めて成功し、これは巨大で遅い傾斜角の効果によるものだと考えている。

カメラ以来 NASAニュー ホライズンズのミッションは、2015 年に準惑星冥王星の表面で大きなハート型の構造を発見しました。この「ハート」は、その独特の形状、地質学的組成、高さのために科学者を困惑させました。 スイスのベルン大学とアリゾナ大学の科学者たちは、数値シミュレーションを使用して、冥王星の核の表面特徴の涙型の西部分であるスプートニク平原の起源を調査した。

彼らの研究によると、冥王星の初期の歴史は、スプートニク平原の形成につながる大災害によって特徴づけられました。直径がわずか400マイル強、アリゾナ州の北から南までの大きさとほぼ同じ大きさの惑星体との衝突です。 チームの調査結果は、 自然天文学また、冥王星の内部構造がこれまで想定されていたものとは異なることも示されており、地下に海が存在しないことを示唆している。

「スプートニク平原の形成は、冥王星の歴史の初期を知る重要な手がかりとなる」と、論文の共著者であるアリゾナ州月惑星研究所の惑星科学者アデニー・デントン氏は述べた。 「より珍しい形成シナリオを含めて調査を拡大することで、冥王星の進化に関するまったく新しい可能性がいくつか分かりました。これは他の天体にも適用できる可能性があります。」 カイパーベルト オブジェクトも同様に。」

2015 年 7 月 14 日に NASA の宇宙探査機ニュー ホライズンズによって撮影された冥王星の眺め。画像出典: NASA/ジョンズ ホプキンス大学応用物理研究所/サウスウェスタン研究所

分裂した心

トンボ・レジオとしても知られるこの「心臓」は、発見直後に人々の注目を集めました。 しかし、周囲の環境からより多くの光を反射してより白い色を生み出す高アルベド材料で覆われているため、すぐに科学者の注目を集めました。 しかし、心は単一の要素で構成されているわけではありません。 スプートニク平原の面積は約750×1,250マイルで、ヨーロッパや米国の約4分の1の広さです。 しかし、驚くべきことは、この地域の標高が冥王星の表面の大部分よりも約4.5マイル低いことです。

「冥王星の表面の大部分は水氷の地殻を覆うメタン氷とその派生物質で構成されているが、平原石は大部分が窒素氷で満たされており、高度が低いため衝突後に急速に蓄積した可能性が高い」と筆頭著者は述べた。 この研究に参加したのはベルンの研究員ハリー・バランタイン氏だ。 核の東側も同様ではあるが非常に薄い窒素氷の層で覆われており、その起源は科学者らにはまだ明らかになっていないが、スプートニク平原に関連している可能性が高い。

傾斜効果

この研究を開始したベルン大学のマルティン・ゲッツェ氏によると、スプートニク平原の細長い形状と赤道上の位置は、衝突が直接衝突ではなく、斜め衝突であったことを強く示唆しているという。 世界中の他の多くのチームと同様に、チームは滑らかな粒子流体力学シミュレーション ソフトウェアを使用して、冥王星とその衝突体の構成、衝突体の速度と角度を変化させながら、そのような衝突をデジタル的に再現しました。 これらのシミュレーションは、斜めの衝突角度に関する科学者の疑念を裏付け、衝突物の形状を決定しました。

「冥王星の核は非常に冷たいため、衝突の熱にもかかわらず岩石は非常に堅固なままで溶けず、衝突角度と低速のおかげで衝突核は冥王星の核に沈むことなく、むしろ打撃として無傷のまま残った」 「これが基本的な力と低速でした。」とバランタイン氏は言いました。「相対性理論がこれらのシミュレーションの成功の鍵です。低い力により、NASA の New が観測した涙滴の形状とはまったく似ていない、非常に対称的な表面の特徴が得られます。」 2015 年の冥王星の接近中のホライゾンズ探査機。

「私たちは惑星の衝突を、エネルギー、運動量、密度などを除いて詳細を無視できる信じられないほど激しい出来事だと考えることに慣れています」と、月惑星研究所の教授でこの研究の共著者であるエリック・アスフォー氏は言う。チームは研究チームと協力しました。 2011年以来、スイスの同僚らは、たとえば地球の月の裏側の特徴を説明するために、惑星の「爆発」というアイデアを研究してきた。 「遠く離れた太陽系では、太陽に近い太陽系よりも速度がはるかに遅く、固い氷は強いので、より正確に計算する必要があります。そこからが楽しいところです。」

冥王星には地下海はない

今回の研究は、冥王星の内部構造にも新たな光を当てている。 実際、シミュレーションされたような巨大な衝突は、冥王星の歴史の中で現代よりもずっと早い時期に起きた可能性が高い。 しかし、これには問題が生じます。スプートニク平原のような巨大な窪地は、周囲よりも質量が小さいため、物理法則により、時間の経過とともに準惑星の極に向かってゆっくりと漂流すると予想されています。 しかし、それは赤道に近いままでした。 以前の理論的説明は、太陽系外縁部の他の多くの惑星体と同様に、地球の表面の下に液体の水の海の存在に基づいていました。 この仮説によると、スプートニク平原地域では冥王星の氷の地殻が薄くなり、海が上方に隆起し、液体の水は氷よりも密度が高いため質量余剰が生じ、赤道に向かって移動すると考えられる。

著者らによると、新しい研究は別の見解を提供しており、冥王星の原始マントルが衝突によって完全に掘削され、衝突体の核物質が冥王星の核に落ちると、移動を説明できる局所的な質量余剰が生じるというシミュレーションを指摘しているという。地下の海、あるいはせいぜい非常に薄い海がない赤道に向かって。

すでにこの移動の速度を推定する研究プロジェクトに着手しているデントン氏は、冥王星のハート型の特徴に関する新しく革新的な起源仮説は、準惑星の起源のより良い理解につながる可能性があると述べた。

参考文献：「衝突残骸としてのスプートニク平原は、海のない冥王星の古代の岩塊を示している」ハリー A. バランタイン、エリック・アスフ、C. アデン・デントン、アレクサンダー・エムセンフーバー、マルティン・ゲッツェ、2024 年 4 月 15 日、 自然天文学。
土井: 10.1038/s41550-024-02248-1