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惑星は材料と形成過程で運命が決まる!?

惑星

惑星といえば太陽系の惑星を思い浮かべる方が多いとは思いますが、最近になって太陽系外惑星の存在まで確認されるようになりましたね。

想像していたとはいえこうした系外惑星の発見が、宇宙には無数の惑星が存在することが改めて再認識されるようになりました。

中でも赤色矮星という質量の小さな恒星の周りを公転している惑星に地球とよく似た惑星も数多く発見されているようで、今後の観測に注目が集まっています。

太陽系の惑星を始め宇宙ではこうした惑星がいたるところで作られていますが、その姿はどれも特徴があるようになぜ、全く違う姿になったのか・・・

今回は惑星の姿がどのようにして形成されたのか調べてみました。

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惑星の材料は太陽からの距離で違ってくる

地球の内部構造

太陽系外で発見された惑星もその姿は様々とされているようですが、私たちは基本的に太陽系の8個の惑星から知識のほとんどを得ていますよね。

太陽系の惑星は大きく分けて

地球型惑星
木星型惑星

に分かれ、地球型惑星は、岩石でできた惑星で、太陽から近い順に、水星金星地球火星がこれに当てはまります。

一方木星型惑星は主にガスや氷からできた惑星で、質量も岩石惑星に対して非常に大きく、木星土星天王星海王星がこれに当てはまります。

今から46億年前に太陽系が誕生したと考えられていますが、その時に存在していたと考えらているのが、水素、ヘリウム、メタンや水蒸気などのガス、ケイ酸塩鉱物といった細かい塵が混ざった雲から惑星は形成されたと考えられています。

地球型惑星や木星型惑星に分かれたのは太陽からの距離で決まったとされ、太陽の近くでは高温でも変化しないとされる岩石や金属で形成されたのが岩石惑星と考えられています。

そして次第に冷えて温度が下がると凝固し、それが合体を繰り返すことで微惑星に成長します。

合体を繰り返してある程度大きくなった原始惑星に残りの微惑星が衝突すると温度が上がり岩石は溶けて比重の軽い岩石は表面に浮かんで地殻となり、比重の大きな金属は沈んで中心核が形成されます。

岩石惑星は激しい衝突で生き残った

ジャイアントインパクト

太陽系の岩石惑星は最終的には、水星金星地球火星の4惑星となったわけですが、成長の過程で原始惑星同士が激しく衝突したと考えられています。

その証拠というのは、

1.水星は高密度にも関わらず地殻が薄いのは、本来水星はもっと大きな惑星だったのが、他の天体と衝突したことにより地殻がはぎ取られて核を残した姿。

2.地球は火星クラスの天体と衝突(ジャイアントインパクト)したことでマントルが飛び散り月が形成された。

3.火星の地殻が北半球で薄いのは衝突ではぎ取られた。

現在の4個の岩石惑星はこうした生死を分けた生存競争で生き残った“強い惑星”なのかもしれません。

中でも地球は中心にある核の構造は内核は高温の鉄の塊、外核は鉄が液体状になっていて、それをマントルが覆い、さらにその外側を地殻が覆っています。

この構造は水星、金星、火星には見られないと考えられ、地球だけが生命を誕生できた要因となっています。

磁場によって守られている惑星

太陽は強力な磁場があって、太陽風により超高温のプラズマが宇宙空間に放出され、地球にも降り注いでいます。

その恐ろしさは、宇宙飛行士が猛烈な太陽風にさらされると命の危険もあるほどです。

しかし地球には磁気圏という“バリア”に守られていているので太陽風に直接晒されることなく地球上の生命は生きていけるのです。

こうした磁気圏は、地球の中心部にある外核を形成している液体の鉄の層が対流することにより作られているとされています。

もしこの磁気圏が無かったらどのようなことになるのかというと、お隣の火星にその姿を観ることができます。

当ブログ記事の火星に過去、海があったって知ってましたか?でも書いていますが、NASAの探査機により火星には過去に水が存在していたことが確認されています。

ところが現在は水は枯れ果てて、僅かしか残っていない大気も過去にはもっと濃かったかもしれないと考えられています。

これは過去の火星には中心部での対流が活発で磁気圏が存在していたと考えられているからです。

ところが火星は地球よりも小さいために内部が冷えるペースが速く対流が無くなったために磁場も消えてしまいバリアの無くなった火星の水や大気が太陽風により吹き飛ばされてしまったのだろうと考えられています。

いまだに火星に生命体が発見されていないところを見ると火星も月と同様「死の世界」なのかもしれません。

 

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水素とヘリウム、メタンから構成されている巨大ガス惑星

高温でも変化しないとされる岩石や金属で形成された地球型惑星とは違い、木星土星天王星海王星といった巨大惑星は、水素とヘリウム、メタンから構成されているとされています。

これは太陽系ができた初期には太陽から離れた領域は温度も低く、ガスや氷の粒が豊富に存在し、これが材料となって地球の10倍もの核にまで成長し、その強い重力にガスが引き寄せられて現在の巨大ガス惑星と成長したものと考えられています。

ガス惑星の内部は猛烈な嵐

ガス惑星は地球型惑星のように表面の地殻がないので探査機を着陸させることができないために、いまだに内部はどのような構造になっているのか分かっていないようです。

分かっているのは過去に木星探査機「ガリレオ」が放出したプローブ(大気圏突入観測機)が木星の大気圏に突入した際に観測データです。

それは大気圏に突入し、200km降下した時点で大気圧によりつぶされるまでの57分間に、雲の合間を稲妻が走り、秒速200mを超える暴風、地球の23倍もの気圧と150度を超える気温です。

これまでの観測により木星の磁場は地球の2万倍あることから考えられるのが、木星の中心部に個体の核があるのか液体のままなのかは専門家の間でも意見の分かれるところのようです。

木星のオーロラのスケールが桁違いに大きいのはこうした磁場の巨大さが理由のようです。

冥王星が惑星の定義から外れた理由

私が子供のころ習ったのは太陽系は9個の惑星があり、太陽に近い順に、

水星
金星
地球
火星
木星
土星
天王星
海王星
冥王星

でした。

ところが観測技術が発達したことにより冥王星が「惑星の定義」から外れることになったからです。

惑星の定義とは次のような条件となっています。

1.太陽の周りを公転している
2.自らの重力により球形が維持できるいくらいの大きさがある
3.軌道上に他の天体を一掃している

1と2は良いとして、3の条件を満たさないのではないかとなってしまったのです。

というのは、観測により海王星以遠に次々と似たような天体が1000個以上も公転していることが確認され、しかも冥王星よりも大きな天体が確認されたのです。

結局冥王星もその天体の一つと判断され「準惑星」と決定されたのです。

まとめ

惑星は母天体である太陽からの距離やその領域に漂っている材料によって全く違った性質の惑星になることがわかったと思います。

私たちのような知的生命体が進化してきた地球がいかに好条件だった環境だったのかもしれません。

ひょっとして宇宙には地球のような惑星はそう多くなく、しかも人類のような知的生命体まで進化できる環境の惑星は地球以外にないのかもしれません。

 

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