私は悪いニュースを先導することを固く信じています。私たちのアンカーであり、敵対的な宇宙の孤独な避難所である地球は、不安定な状況にあります。私たちの周りの太陽系は不安定に満ちています。
ロシアのチェリャビンスクの住民は、現地時間の昨年 2 月 15 日の午前 9 時 20 分に、幅 50 フィートの小惑星が地球の大気圏に激突し、町の上空で爆発し、窓を粉々にし、地元の亜鉛工場の屋根を崩壊させたときに、このことを直接経験しました。 、ガラスの切り傷やその他の怪我で千人以上の人々を病院に送りました。何百万人もの人々が、感謝祭の日に白鳥が太陽を通り過ぎたときに、別の、しかし関連する大変動の運命に遭遇したアイソン彗星のビデオを見ました。数時間のうちに、45 億年前の彗星は飛び散る瓦礫の雲になりました。
しかし、これらの出来事は、私たちの太陽系がどのように形成され、進化したかについての最新の理論から明らかになる全体像の単なるピクセルです.衝突と転位は、偶発的な異常ではありません。それらは基本的な宇宙条件です。
フランスのニース天文台の惑星力学の専門家であるアレッサンドロ・モルビデリは、「惑星は永遠に静かなままであり、物事は想定されていたほど単純ではありません。 「惑星が形成されるとき、何十億年もの間安定しているためには、良い軌道で形成しなければならないことを彼らは知りません!したがって、それらは一時的に安定していますが、星の存続期間中は安定していません。」
翻訳:地球は混沌の中で造られ、混沌の中で生き、混沌の中で終わるかもしれません.
モルビデリが陽気なイタリア訛りでこれらすべてを私に説明している間、私は彼の名字の厳しい意味合いに固執せずにはいられません。彼と彼の科学的同胞は、私たちの天の故郷についての最近の認識を増幅しています:不安定性は私たちの自然な状態です.何世紀にもわたって、アイザック・ニュートンと彼の追随者たちは、神の時計仕掛けのように動く太陽系を思い描いていました。高精度の数学的シミュレーションによって、彼がいかに間違っていたかが示されたのは、ここ 10 年のことです。カール・セーガンが「私たちは星でできている」と宣言したことは有名です。モルビデリも同様に深遠なメッセージを持っています:私たちは宇宙の混沌でできています.
「銀河を旅して 50 億年後に戻ってきて、水星はもう存在せず、地球は生命にとって壊滅的な偏心軌道に乗っていると言うかもしれません」とモルビデリは音楽的な声で続けます。生きている人が経験することのない出来事について話すとき、陽気になるのは簡単だと思いますが、彼の口調は少しも変わりません。彼が太陽系の部分を流動的に刻み始めるときです.
「小惑星帯、カイパー ベルト、オールトの雲には不安定な個体群が存在します」と Morbidelli 氏は言います。これらの不安定性は、地球や他の惑星が形成された混沌の遺物です。チェリャビンスク流星は、おそらく約 30,000 年前に起こった衝突から、小惑星帯から出現しました。海王星のすぐ後ろにあるカイパー ベルトと、次の星の途中まで伸びている休眠中の彗星の巨大な巣であるオールトの雲も、天体を私たちの方向に運ぶことができます。それがISON彗星が来た場所です。
チェリャビンスクの惨事の後、モルビデリと同僚のグループは、その不安定さすべての意味を理解しようと集まった。隕石の衝突は、彼らのモデルが予測したよりもはるかに頻繁に起こっているようです.彼らが先月更新された結果を発表したとき、彼らは、チェリャビンスク規模のイベントの真の発生率は、以前に推定したよりもおそらく 10 倍高いと結論付けました。未解決の過去と現在の間に明確な分離はありません。
モルビデリの見解は、ニュートンの時計仕掛けを量子の不確実性に似たものに置き換え、すべてが生存確率によって定義される.時間が経つにつれて、できる太陽系のすべてのオブジェクト 破壊される、散らばる、または排出される意志 最終的には破壊されたり、散らばったり、排出されたりします。それが地球ができた方法です。それが今日の存在です。
地球と太陽系の残りの部分は、大部分が現在の形で誕生したという信念 - 惑星の配置と特徴はほとんど事前に定められていた - は、科学の歴史に深く根付いている。それはニュートンよりもさらに広がり、13 世紀の修道士ヨハネス・デ・サクロボスコの影響力のある著述にまでさかのぼります。アリストテレスの完全な天球に至るまで、もっともらしい線を引くことができます。驚くべきことに、同じ基本哲学 (非常に異なる科学的基盤の上に構築された) が、宇宙時代まで存続しました。
振り返ってみると、そのシンプルで心地よい見方は、ほとんどの科学者が何が起こっているのかを認識するずっと前に解明され始めていました. 1970 年代にさかのぼると、太陽系の形成をシミュレートしようとする理論モデルは、望ましくない結果をもたらし続けました。惑星は、太陽に向かって、または太陽から遠ざかりながら、乱暴に移動し、その過程で王室の混乱を引き起こしました。コロラド州ボルダーにあるサウスウェスト研究所の太陽系ダイナミクスの主任研究者であるケビン・ウォルシュは、「それはペンと紙の理論研究から出てくるものでしたが、すぐに無視されました。」と述べています。 、しかし、惑星の移動が重要なプロセスであると真剣に提案した人は誰もいませんでした。」
このアイデアは、一連のシーンシフトの発見により理論家が再考を余儀なくされるまで、数十年間衰退しました。 1995 年、スイスの 2 人の天文学者がペガスス座 51 番星 b を検出しました。これはペガサス座で 50 光年離れた薄暗い黄色の星を周回する惑星です。それは、太陽に似た別の星を周回する最初の世界でした。この惑星は、ガスを含む木星サイズの巨星であり、理論的には親星から離れた低温領域でのみ形成される種類の世界です。しかし、51ペガススbがあり、灼熱の軌道に接近していました。天文学者が思いつくことができる唯一の賢明な説明は、惑星が遠くで形成され、その後何らかの形で急激に内側に移動したということでした.彼らはこの不可解な世界を「ホット ジュピター」と名付け、それがまぐれであるかどうかを確認しました。
そうではありませんでした。 1 年以内に、競合するアメリカのチームがさらに 2 つのホット ジュピターを発見しました。数十の同様の世界が現在カタログ化されています。天文学者は検索が上手になるにつれて、他の多くのありそうもない惑星を見つけ始めました。いくつかは非常に楕円形の軌道にありました。急な角度で星の周りを回転したり、逆向きに回転したりするものもありました。惑星がある時点で劇的に移動しない限り、そのような配置は物理的に可能ではないように思われました。そのプロセスが他の星の周りで起こった場合、ここでも同様に起こった可能性があります. 「そして、それが本当に始まりました」と Walsh 氏は言います。
2009 年、ウォルシュはニース天文台のポスドクとして、モルビデリと共同研究を行いました。ウォルシュはすでに太陽系の力学の専門家でした。現在、彼は移動する惑星の概念に魅了され、プロセスがどのように機能するかの詳細に没頭しました。彼は太陽系形成の初期段階に焦点を当て、モルビデリは後期の二次不安定性に取り組みました。
生まれたばかりの太陽系の数学モデルでは、惑星を動かすのは非常に簡単です。課題は、1970 年代のペンと紙の理論家が発見したように、そうではない惑星への道を見つけることでした。 移動します。ハッブル宇宙望遠鏡や他の偉大な天文台からのデータは、原始惑星状星雲として知られる、形成されたばかりの星の周りのガスと塵の渦巻く円盤から、幼惑星が全体像で出現することを示しています。最初の数百万年間、惑星は円盤の波に乗って揺れる破片にすぎません。
「その星雲は惑星の約 1000 分の 1 を上回っているため、ガスが惑星を劇的に押しのけることができます」と Walsh 氏は言います。その結果、彼は、初期の太陽系は時計仕掛けというよりバンパーカーのようなものだったに違いないことに気づきました。彼はまた、不安定性という考えを完全に受け入れ、その論理的な結論に導くことができれば、これまで簡単に説明できなかった太陽系の多くの側面を説明できることにも気付きました。なぜ火星はこんなに小さいのか?小惑星帯はどのように形成されたのですか？そして何よりも、地球の化学組成が元の地層モデルで予測されたものと大きく異なるのはなぜですか?
ウォルシュは自分の考えを彼が「グランド タック」と呼ぶ理論に編み込み、地球や他の惑星がどのように形成されたかについて驚くほど新しい物語を生み出しました。現在、木星の軌道は地球の 5.2 倍広い。また、メトロノームのように 11.8 年周期で公転しています。しかし、ウォルシュ氏によると、木星は実際にはかなり遠くで形成され、その後、太陽系の最初の 500 万年の間に、一連の劇的な急降下を実行しました。最初に、星雲内の高密度のガスが火星を太陽に向かって引きずりながら、火星が現在ある場所 (地球と太陽の距離の約 1.5 倍) に向かって渦巻き状に内側に移動しました。その後、新しく形成された惑星土星の重力の影響を受けて、現在の場所を過ぎて移動しました。全プロセスには約 50 万年かかりました。これは人類の言葉で言えば永遠ですが、46 億歳の太陽系にとっては驚くほどの速さです。
では、そのサイズの惑星が徘徊するとどうなるでしょうか? 「ああ、それは地獄を上げる！」ウォルシュは答える。 「それは本当に大きな惑星であり、あらゆる場所を移動しています。それは巨大な除雪車のように機能し、本質的にすべてを一掃します。」
私たちにとって幸いなことに、木星が動いていたとき、地球はまだ形成されていませんでした。もしそうなら、私たちの惑星は太陽に沈むか、スピンオフして暗い忘却に陥っていたかもしれません.私たちが住んでいる太陽系内部への巨大惑星の影響は、より間接的でした。ほとんどのアクションは、木星が氷のような彗星と小惑星の厚い群れを突き破ったアウトバウンド トラックで発生しました。その除雪車の効果により、地球が成長し始めたちょうどその時、水を豊富に含んだ物体が地球に降り注いだ。 「地球上で見られる水の大半は、木星の外向きの移動による散乱の結果です」とウォルシュは言います。泳いだり、飲み物を飲んだりするときはいつでも、太陽系の基本的な不安定性から恩恵を受けています.
木星の移動は、他の多くの方法で太陽系を再形成しました。途中で元の小惑星帯を一掃し、途中で新しいオブジェクトで埋めました。彗星の分布を再編成しました。それは火星の成長を阻害し、今日のように寒くほとんど空気のない世界になった。同時に、木星は地球の近くに十分な量の物質を堆積させたため、私たちの惑星は、残りの惑星コアの 1 つと衝突することになりました。月はその大変動の残骸から形成されたと考えられています.
木星が放浪を終えた後、太陽系は安定しているように見えましたが、その姿は表面的なものでした。代わりに、半世紀にわたって科学者を困惑させてきた 2 度目の大変動の舞台を整えたのです。
NASA のアポロ計画は多くの注目すべきことを達成しましたが、この物語の目的のために、彼らの最大の遺産は 842 ポンドの月の岩を持ち帰ったことです。地球上では、太陽系の手に負えない初期の歴史のほとんどすべての証拠が、侵食、生物活動、および大陸のゆっくりとしたダンスによってすり減っています。月では、消去はありません。月は決して忘れません。
1970 年代、NASA が雄大なアポロ ミッションからガタガタのスカイラブへと後退していたときでさえ、いくつかの研究者グループが宇宙飛行士によって持ち帰られた月のサンプルの解読に着手しました。月の表面には、何十年にもわたって月に衝突したすべての小惑星の完全な化学記録が含まれています。惑星科学者は、無秩序から秩序への着実な進行を見つけることを期待していました。太陽系の形成直後に多くの影響があり、その後、月 (地球や他の惑星のように) が最後の破片を一掃するにつれて急速に減少しました。それは岩に書かれた話ではありません。
3 人の地球化学者、Fouad Tera、Dimitri Papanastassiou、Gerald Wasserburg が月の物質を徹底的にふるいにかけたところ、衝突によって作成された物質のほとんどが約 39 億年前のものであることがわかりました。月は、太陽系が形成されてから 7 億年も経った当時、別の激しい小惑星の集中砲火を経験したようです。研究者たちはそれを「終末月の大変動」と呼んだ。今では後期重爆撃として知られています。いずれにせよ、それは太陽系の最大の謎の 1 つとして、何十年も本に残っていました.
2005 年頃、Morbidelli はこの問題を解決するための試みを行うことにしました。ウォルシュの隣人でサウスウェスト研究所の共同研究者であるハロルド・レヴィソンを含む他の 3 人の研究者と共に、ウォルシュは一連の論文を書き、太陽系の形成におけるこれまで知られていなかった遅ればせながらの不安定性に後期重爆撃を関連付けました。 .結果として得られた「ナイス モデル」 (モルビデリが働いているフランスの町のニース) は、現在、太陽系の壊滅的な影響の第 2 波について最も広く受け入れられている説明です。
このモデルによると、太陽系は、木星が元に戻り、太陽が誕生した星雲を吹き飛ばした後、その安定した溝をまったく見つけられませんでした。海王星を越えて太陽を周回する巨大な彗星の雲 (現在カイパー ベルトをマークしている領域) は、ゆっくりと、しかし容赦なく重力の害を及ぼしていました。
最初、海王星の軌道は木星の軌道と同期していました。これは共鳴と呼ばれるパターンです。木星は、おそらく海王星の 1 軌道につき、太陽を 3 周した。共鳴は物事を安定に保つ傾向があります。しかし、何億年もの間、その彗星雲が海王星を新しい軌道に引きずり込みました。 「海王星が木星との共鳴から外れると、システムは「ブーム」になり、完全に不安定になります。その後、激しい進化が始まります」と Morbidelli 氏は言います。海王星は外に出て、彗星を内側に飛ばしました。それらの彗星は木星に到達し、さらに遠くまで飛んだ。それに応じて、木星は内側に移動しました。
最終的に、土星と天王星、そして海王星はより遠い軌道に移動しました。木星は現在のより近いものに落ち着きました。 Morbidelli の同僚である Southwest Research Institute の David Nesvorny によって開発された理論の 1 つのバージョンでは、私たちの太陽系には元々、この騒ぎの間に完全に放出された 5 番目の巨大な惑星がありました。もしそうなら、それは現在、星の間を一人でさまよっています。ほとんどの彗星は、惑星をはるかに超えたオールトの雲に追放されました。他の多くの彗星や小惑星が太陽に近づき、その多くが月、地球、その他の内惑星に激突しました。
この地獄のような時代の痕跡はほとんど地球から消えてしまいましたが、つかの間の断片がいくつか残っています。 Oberlin College の Bruce Simonson は、彼らが残した最も特徴的な証拠から、非常に古い影響を追跡しています:BB のサイズのガラス球体 (小惑星または彗星によって溶けた岩石から作成された) と、イリジウム元素の濃度の上昇 (隕石でより一般的)地球の表面よりも）。地球上で最も古い 2 つの岩盤、1 つはオーストラリア西部、もう 1 つは南アフリカにあり、少なくとも 34 億年前の記録が保存されています。過去 20 年間、Simonson は後期重爆撃が私たちの惑星に何をしたかの兆候を求めてそこを調査してきました.
彼の最も興味深い結果の 1 つは、小惑星の雨が 25 億年前またはそれよりも最近まで、驚くほど長い間続いた可能性があるということです。 「より緩やかな減少だったという証拠があり、説得力のある証拠だと思いますが、もちろんそれは私たちのものです」とサイモンソンは言います。彼が正しければ、約 35 億年前に始まった地球上の生命の時代に至るまで、定期的な小惑星の衝突が発生していたことになります。彼はまた、彼が技術的に「巨大な影響」と呼んでいるものの兆候も見ています。これは、恐竜を殺すのに役立った影響よりも何倍も大きいものです.
驚いたことに、サイモンソンは、落石の中でも生命は問題なく生き続けたと考えています。 「私は衝突と絶滅の大ファンではありません」と彼は打ち明けます。 「影響と変化が明確に一致するのは、恐竜が絶滅した白亜紀の終わりだけです。」彼は、全体として、大規模な火山噴火と、大陸と海洋の構成の変化が絶滅の原因となった可能性が高いと考えています。少なくとも、彼が見ている地球上のあらゆる場所で、古代の小惑星爆発の証拠を見つけていることを考えると、これは少し安心です.
後期重爆撃の時代、小惑星は現在の少なくとも千倍の頻度で地球に衝突していました。そのようなことが再び起こる可能性はありますか？いいえ、モルビデリもウォルシュもためらうことなく答えます。最初の 2 回の惑星再編成により、小惑星帯とカイパー ベルトの 99.9% が一掃されました。 39 億年前に支配したような混沌を再現するのに十分な量は残っていません。
それで、私たちは家に自由ですか？いいえ。 「地球型惑星は完全に安定しているわけではありません」とモルビデリは言います。それはすぐに私の注意を引きます:地球は 4 つの地球型惑星の 1 つです。 「水星は不安定の瀬戸際にあり、おかしくなり、金星に遭遇し始め、金星と地球の軌道自体が不安定になる可能性があります。」そこから、金星が地球に衝突するか、地球がまったく新しい軌道に乗って、惑星を殺菌する可能性があります。可能性は高くありませんが、それほど小さいわけでもなく、今後数十億年で約 1% になります。
私はモルビデリに質問して、彼を正しく過小評価していることを確認します。 1% の災害の可能性は、宇宙終末のビジネスでは驚くほど高いオッズです。彼が電話を少し置くと、遠くで彼がオフィスで他の誰かと再確認しているのが聞こえます (「マーキュリーが夢中になる確率を知っていますか?」)。その後、彼は電話に出ました。「はい、1 パーセントです」。そして彼は、大変動全体を動かす微妙な相違は天気のようなものであり、混沌としており、はるか前もって予測することは不可能であると警告しています.
太陽系の確率論的な見方に戻ります。この見方では、自然がシステムに固有の不確実性を組み込みます。 「不安定性は、私たちの惑星系と同じくらい複雑な惑星系の生命の自然な部分にすぎないのかもしれません。カオスのために、私たちはそれを本当に理解することができません」とウォルシュは言います.
壊滅的ではなく、より理解しやすい形態の不安定性が現在働いていることは間違いありません。後期重爆撃の余韻が残るカイパーベルト周辺の地域からは、彗星がまだ漏れ出している。オールトの雲の中の彗星は、通過する星によって飛ばされます。惑星による重力の害に加えて、ヤルコフスキー効果として知られる太陽光によるわずかな圧力が小惑星の進路を変え続け、衝突のリスクがなくなることはありません。 1 年前、チェリャビンスクのようなイベントは 200 年または 300 年に 1 回発生するというのが標準的な考えでした。更新された見積もりは 1 世紀に数回、おそらくそれ以上です。
しかし、モルビデリは自分の作品について悲観的でも終末論的でもありません。彼と話せば話すほど、彼の視点を吸収していきます。不安定性とは、物事を一般的で退屈なものから特定的で興味深いものに変えるメカニズムです。それが人間であれ、惑星系であれ。 「人の世界的な進化を説明したいのなら、まあ、彼は生まれてから死ぬ.それだけです」とモルビデリは言います。 「特定の人物を詳細に説明したい場合、一般的なスキームではできません。一般的なスキームがありますが、あなたがあなたであるように駆り立てる特定の影響がたくさんあります.惑星系の場合も同じです。それはカオスです:小さな変化に対する極度の敏感さです。」
モルビデリにとって、私たちは敵対的な宇宙と戦っているわけではなく、その一部なのです。天文学者は明らかに、彼の仕事の個人的な意味を熟考するのに多くの時間を費やしました. 「惑星系は、最終的な平和を見つけるまで不安定なステップで進化します。それはほとんど仏教の宇宙観です」と彼はいつものように叙情的に締めくくります。 「すべては、大きな革命的な出来事を通じて、知恵と平和、そして安定へと進化します。」
Corey S. Powell は の編集者です。 雑誌、 の代理編集者を発見 アメリカの科学者であり、ブログ Out There のライター。
