月のない地球は、チーズのないマカロニ、アーニーのいないバート、ロビンのいないバットマンのようなものです。月は何千年もの間、計時の中心にありました。それは私たちの月 (以前の「月」) の起源であり、一部のカレンダーはまだ月に基づいています。さらに、月は地球に対して強い引力を持っています。海の潮の満ち引きは主に月によるものです。また、季節を司る地球の自転軸の傾きは、月によって安定しています。つまり、これは大したことです。私たちの月と同じくらい大きな月がなければ、生命が発達し進化するのに理想的な環境が地球にない可能性があります。
ここ地球では、私たちはしばしば月を当然のことと思っています。私たちの月は、太陽系のどの惑星よりも親惑星に比べて最も重い月です (地球と月の質量比は約 80:1 です)。火星には 2 つの月がありますが、それぞれがちっぽけです。巨大ガス惑星の中には、木星の衛星ガニメデや土星の衛星タイタンのように、より質量の大きな衛星を持っているものもありますが、ホスト惑星と比較すると質量は数百分の 1 です。はい、冥王星には質量の 1/8 の月 (カロン) がありますが、それは惑星ですか?
月の起源は、惑星科学において盛んに研究されているテーマです。 1879 年、チャールズの息子であるジョージ ダーウィンが核分裂説を提唱しました。月は、地球の歴史の初期に自転が非常に高速だったために剥ぎ取られた地球の塊であるというものです。その理論は、アポロ計画による分析で消滅しました。競合する理論では、月は太陽の周りに浮かぶ小さな惑星であると主張していましたが、いたずら好きな若い地球によって軌道に取り込まれました。その理論が完全になくなったわけではありませんが、捕獲メカニズムがスムーズに機能する方法を見つけた人はいません。 (対照的に、天王星の大きな衛星トリトンは確かに捕獲されたと考えられていますが、太陽の周りの天王星の軌道速度がはるかに遅いため、捕獲がより効率的になります)。
現在有力な理論は、巨大な衝突の副産物として月が形成されたというものです。地球型惑星の形成の後期段階は、およそ火星サイズの岩石惑星胚の 1 ～ 20 ダースのロービング バンド間の衝突によって特徴付けられました。地球への最後の巨大な衝突は、残骸と蒸発した岩石の円盤を作成し、その中で月が合体したと考えられています。最終的な衝突がどれほどのエネルギーであったか、原始地球と衝突体がどれほど巨大であったか、それらが何でできていたか、月を形成する円盤がどのように見えたかなど、すべてが正確にどのように崩壊したかについては、まだ議論があります。それにもかかわらず、ジャイアント・インパクト仮説は月形成のパラダイムになりました (ただし、別のモデルでは一連のより小さいインパクトが提案されています)。
惑星が私たちのような大きな月を持つ確率は?この問題への対処は、 Nature Communications に掲載された新しい研究の主題です。 ロチェスター大学の惑星科学者であるミキ・ナカジマが率いる。研究者たちは、巨大な衝突の一連のコンピューター シミュレーションを使用して、大きな衛星が形成される確率を評価しました。彼らは、岩石惑星と氷に富んだ惑星を対比させて、異なるサイズと 2 つの異なる組成の惑星をテストしました。
研究者たちは、生き残った惑星の周りに円盤を作成するシナリオに焦点を当てて、2 つの巨大な原始惑星の高エネルギーの影響をシミュレートしました。円盤は蒸気と液体で構成されていました。岩石の多い (地球に似た) 惑星の場合は岩石の蒸気とマグマの液滴、氷が豊富な惑星の場合は蒸気とマグマまたは液体の水滴です。分析の重要な部分は、さまざまな影響における液体に対する蒸気の相対的な量を把握することでした。これは、形成される月のサイズの中心となるためです。蒸気が支配する円盤では、液体は蒸気からの強い向かい風を感じ、固化して成長する機会を得る前に、らせん状に巻き込んで惑星に落下します。液滴は本質的に月の種であるため、これは最終的に小さな月を形成します。蒸気がほとんどない円盤では、向かい風の影響がはるかに弱く、円盤内の液体の大部分が生き残り、凝固し、大きな衛星に成長します。
この研究の主な結果は、大きな月が大きな惑星の周りに形成される可能性が低いということです。衝撃が強すぎると、円盤は常に蒸気に富んだ状態になります。研究者らのシミュレーションでは、地球の質量の 6 倍を超える質量の岩石惑星や、地球の質量を超える氷に富む惑星の周囲では、巨大な月は形成されませんでした。岩石惑星と氷に富む惑星の違いは、主に、岩石よりも水を蒸発させるのに必要な熱が少ない (したがって衝撃エネルギーが少ない) という単純な事実に由来します。
太陽系外惑星の周りの月、つまり「エキソムーン」の探索が本格化しています。巨大惑星が主星の前を通過するときの詳細な形状と明るさの変化のタイミングの分析から、2 つの外衛星の候補である Kepler-1625b I と Kepler-1708b I が現在までに特定されています (詳細については、こちらを参照してください)。それぞれの候補は、ガス巨人を周回する潜在的な氷の巨人サイズの月を表しており、中島らの衝突シミュレーションで研究されたものとは根本的に異なるシナリオです。
研究者は、サイズが地球に近い (ただし、地球が太陽に近いよりも星に近い) 約 100 の惑星の衛星を検索しました。適切なエキソムーンの候補は見つかりませんでした。この明らかな外衛星の欠如の理由は不明です。 1つの可能性は、星に近い惑星が感じる強い潮汐が、大きな月の軌道を不安定にするように作用することです.大きな月が私たちが期待するほど容易に形成されない可能性もあり、地球の月形成の影響の条件を外挿しても、系外惑星形成の典型的な結果を捉えることはできません。
哲学的な観点から言えば、興味深いのは、候補となる 2 つの太陽系外衛星が、太陽系で見つかったどの太陽系外衛星とも大きく異なっていることです。微弱な信号を検索する場合、最初に飛び出すのは、見つけやすい外れ値であることがよくあります。最初に発見された太陽系外惑星は、星のすぐ近くを周回する巨大ガス惑星である「ホット ジュピター」でしたが、今では太陽系外惑星の中では珍しいことがわかっています。同様に、太陽系外木星の周りの海王星のような衛星は、惑星形成の異常な結果かもしれませんが、私たちが見ることができるものです.
今後 10 年間で、私たちのエクソムーンにもっと似たエクソモンを選別するための新しいデータが山積みになるはずです。ナジャキマと同僚によると、小さな惑星の周りにある大きな月だけが見つかると考えるべきです。より大きな惑星に住んでいる人は、月を追跡する別の方法を見つける必要があります.
Sean Raymond はで働くアメリカの天体物理学者です。 ボルドー天体物理研究所 フランスで。彼はまた、サイエンスとフィクションのインターフェースでブログを書いています ( planetplanet.net ) および最近公開された 天文詩集 .
参考文献
1. Rufu, R.、Aharonson, O.、および Perets, H.B.月のマルチインパクトオリジン。 自然地球科学 10 、89-94 (2017)。
2. Nakajima, M., Genda, H., Asphaug, E., &Ida, S. 大きな惑星は、部分的に大きな月を形成しないかもしれません。 自然 コミュニケーション 13 、568 (2022)。
3. Teachey, A. &Kipping, D.M.ケプラー 1625b を周回する大きな外衛星の証拠。 科学の進歩 4 (2018).
4. キッピング、D.、他 70個のクールな巨大太陽系外惑星と新しい候補ケプラー-1708b-1の外月調査。 自然天文学 (2022).
