地球はどのようにして、鉄、酸素、その他の生命のためのすべての成分で満たされるようになったのでしょうか?天文学者のジェームズ・ジーンズが予測したように、塵の雲が重力下で崩壊するのに十分な質量を集めたときにすべてが始まりました.
Rebel Star:Our Quest to Solve the Great Mysteries of the Sun からの抜粋 (£16.99、Michael O'Mara Books)、Colin Stuart が、ガスと塵の雲を私たちが知っている太陽系に変えた驚くべきプロセスについて説明しています。
ここまでの道のり
今日、太陽を形成した基本的なステップについて、天文学者の間で広く合意されています。約 46 億年前、差し渡し約 65 光年 (620 兆キロメートル) の空間にガスとちりの雲がありました。ジェームズ・ジーンズが不可逆的な崩壊は避けられないと私たちに語った臨界点に達するまで、それは収縮し始めました.
それが縮小し、より速く回転し続けるにつれて、雲は多くの部分に断片化されました.それらの破片の 1 つは差し渡しが約 3 光年あり、太陽とその周回する世界のファミリーになります。その中には、現代の太陽系のすべての成分が含まれていました.
すべてが現在の形であったわけではありませんが、土星の輪と火星の月のために原子の構成要素がそこにありました。これまでに書かれたすべての本のすべてのインクの行と、すべての戦いでこぼれた血のすべての滴のために。ブンブンと鳴くすべてのミツバチ、成長する花、歌う鳥のために。ピカソの絵の具とチャーチルの葉巻。髪、目、歯。
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雲が完全に崩壊するのに約 100,000 年 (天文学的な心拍数) かかりました。その時、それは 2,000 分の 1 に小さくなりました。ガス分子は規則性を増しながら互いに衝突し、温度と圧力を等しく上昇させました。
原始太陽と呼ばれる高密度で高温の球体 クラウドの中心に現れました。人間の胎児のように、まだ完全には形成されていません。コンパクトになると、角運動量を維持するために回転速度が上がります。原始星に向かって落下する物質は、その周りの軌道に飛び出し、現在の地球と太陽の距離の 1,000 倍に広がる原始惑星系円盤を形成することに気づきました。
若い原始太陽が成熟して、今日の太陽系を照らす星になるには、さらに 5,000 万年かかります。この野生の子供の段階 (おそらく人間の 10 代に似ている) の間に、天文学者が T-Tauri 星と呼ぶものになりました。
現在の少なくとも 2 倍の速さで自転している思春期の太陽は、大量の高エネルギー放射線を宇宙に放出し、その顔には巨大な黒点がたくさんありました。猛烈な風がその表面からうなりを上げ、極から高速の物質のツイン ジェットが噴出した可能性があります。
これは、角運動量が原始星から周囲の円盤に伝達されると考えられる 1 つの方法であり、回転速度が遅くなり始めます。
一方、ディスク内の素材はすでに凝集し始めています。まず、静電気力が極小の塵粒を引き寄せて小さな小石を形成します。その後、重力が引き継ぎ、小石同士が何度も衝突し、最終的には直径数百メートルの巨大な岩になります。
それらは交互に衝突し、最大で幅 10 キロメートルにも及ぶ強力な微惑星を作り出します。これらの構成要素の構成は、それらが形成される場所によって異なります。原始太陽の近くでは非常に高温であるため、ほとんどの物質は単純に蒸発します。地獄を生き延びることができる元素は、鉄やニッケルなどの超高沸点元素だけです。
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最終的に、数百の重くて岩のような金属の原始世界が太陽系内を歩き回ります。さらに衝突すると、それらは月と小惑星が点在する 4 つの地球型惑星 (天文学的な断片) に変わります。
さらに、気温が氷点下に急落する熱から、水の分子、メタン、およびアンモニアの氷が形成され、衝突して、凍結した物質のコアが構築されます。数百万年以内に、原始太陽から 10 億キロメートル以上離れた地球の質量の 4 倍の氷の物体が存在しました。
それらも衝突し、元の星雲から残っていたガスの一部を引き寄せ、外側の太陽系の 4 つの巨大な惑星になりました。 2019 年、国立天文台の有松浩氏が率いる天文学者のチームは、海王星の軌道を越えて、幅 1 km の微惑星がまだ無傷であることを発見しました。
残った小さな氷のブロックは、現在、私たちの近所の極寒の郊外をパトロールする彗星です.若い太陽の強風は、残りのガスと塵のほとんどを一掃し、発生期の太陽系を後にしました。これらの突風は非常に激しいため、他の星が近くで形成されるのを妨げる可能性があります。これは、天文学者が 2019 年に初めてオリオン星雲で発見したものです。
時間の経過とともに、新しい惑星は位置をめぐって競い合い、いくつかの原始惑星を太陽の重力クラッチを超えて放出しました。他の人はお互いにぶつかりました。地球が形成されてからわずか 1 億年後に、火星サイズの原始惑星によって不意打ちされました。結果として軌道に散らばった破片は、最終的に合体して月を形成しました。
なぜそうなったのですか?
素晴らしい話ですが、重要なプロット ポイントが 1 つ欠けています:そもそも何が星雲の崩壊を引き起こしたのでしょうか?
最近の小惑星物質の分析のおかげで、その答えを見つけたのかもしれません。これらの岩石と金属の塊は微惑星の残りの塊であり、惑星自体よりも前のものです。隕石の形で地球に落下することもあり、科学者が太陽系の過去について学ぶことができる貴重なタイム カプセルを提供します。
天文学者にとって小惑星は、古生物学者にとって化石のようなものです。それには歴史の秘密が含まれています。これらの小惑星や隕石の内部にある最も古い物質は 46 億年前のものであり、天文学者は太陽系を形成した星雲が凝集し始めたのはどれくらい前かを見積もることができます。
また、短寿命の放射性同位体の証拠も含まれています – アルミニウムや鉄など、おなじみの化学元素の珍しいバージョン。鉄60を取る。通常の鉄原子 (鉄-56) は、原子核に 26 個の陽子と 30 個の中性子を含み、合計で 56 個になります。
鉄 60 には 26 個の陽子と 34 個の中性子があるため、重くて不安定です。状況を安定させようとして、その中性子の 1 つが陽子に形を変え、鉄 60 の原子をニッケル 60 の原子に変えます。鉄 60 の塊を 260 万年放置すると、その原子の半分がこの変化を受けます。
2100 万年後、99% 以上がそうしているでしょう。太陽系の誕生から 50 億年近くが経過しているため、鉄 60 は小惑星から姿を消して久しい。ただし、崩壊して安定したニッケル 60 は残っています。
2017 年、ワシントン DC のカーネギー科学研究所の天文学者チームが、炭素質コンドライトとして知られる隕石のファミリーを分析しました。彼らは、隕石の親小惑星が形成されたときにかなりの量の鉄 60 が存在していたことを示唆するのに十分な量のニッケル 60 を発見しました。
宇宙が大量の鉄60を製造できる方法は多くありません。大質量星が超新星と呼ばれる壊滅的な爆発で死ぬときに生成されることが知られています .
そのため、カーネギー チームの調査結果は、1 つまたは複数の超新星が太陽のすぐ近くで爆発していることを示唆しています。これは、太陽がすでに形成され、既存の円盤に鉄 60 が注入されたときに起こった可能性があります。
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しかし、太陽が形成される前に起こった場合、衝撃波が雲を圧縮し、ジーンズの不安定性の端を越えて、最も近い星を作成するための確実な経路に設定したでしょう.
これが意味することは、私たちは皆つながっているということです。宇宙は大きなリサイクル ステーションの 1 つです。また、この太陽系に生命が存在するようになった理由も説明できるかもしれません。
超新星爆発を起こすことができるのは、最も重い星だけです。彼らの人生の最後の部分では、彼らの核心には熱狂的な要素構築活動があります。炭素は窒素になり、酸素に変化します。最終的に、シリコンは鉄に砕かれ、星が自重で座屈するときに超新星を引き起こします。
爆発によってこれらの元素が宇宙空間に飛び出し、周囲の物質と混ざり合って巨大な星間雲、つまり星雲が形成されます。あなたが呼吸している酸素と、現在その酸素を体中に運んでいる赤血球中の鉄は、星の中で作られました。
太陽系星雲には恒星爆発の破片が散らばっており、それらの重元素が豊富に含まれていました。最終的に、太陽の原始惑星系円盤内の物質が重力下で一緒になったときに、その一部が地球の一部になりました。
私たちの惑星が形成された直後、まだ知られていないいくつかのプロセスによって、これらの要素のスープが最初の生命体に変わりました.超新星がなければ、私たちはここにいません。炭素も酸素も鉄もありません。
アメリカの天文学者カール・セーガンがかつて言ったように、「私たちは皆、星からできている」。 1 つの星の死は、別の星の誕生につながります。
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