火星と地球は接近して形成されなかったのかもしれません

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近年、天文学者たちは太陽系がどのように形成されたかについての理解を深めることを目指しています。一方では、太陽、惑星、および太陽系の他のすべてのオブジェクトが数十億年前の漠然とした物質から形成されたと主張する伝統的な星雲仮説があります。しかしながら、天文学者は伝統的に惑星が現在の軌道で形成されると仮定しました、それはその後疑問視されるようになりました。

これは、Grand Tackモデルのような理論に挑戦するようになりました。この理論は、木星が形成された後、元の軌道から移動し、それが内部の太陽系に大きな影響を与えたと述べています。さらに最近の研究では、科学者の国際チームがさらに一歩進んで、火星が実際に今日の小惑星帯で形成され、時間の経過とともに太陽に近づいたと提案しました。

「火星のクールで遠い形成」というタイトルの研究は、最近ジャーナルに掲載されました 地球と惑星科学の手紙。 この研究は、東京工業大学アースライフサイエンスインスティテュートのラモンブラッサーが主導し、コロラド大学、ハンガリー科学アカデミー、英国のダンディー大学のメンバーが参加しました。

彼らの研究のために、チームは太陽系形成の従来のモデルで最も重大な問題の1つに取り組みました。これは、火星、地球、および金星が密接に形成され、火星が現在の軌道に外向きに移動したという仮定です。さらに、この理論では、火星（地球の約53％と大規模でわずか15％の火星）は本質的に、完全な岩の惑星になったことのない惑星の胚であるとされています。

しかし、これは火星の隕石に対して行われたバルクの元素および同位体の研究と矛盾しており、火星と地球の間の組成の重要な違いに気づいています。ブラッサーと彼のチームが彼らの研究で指摘したように：

「これは、火星が一次降着中に陸上摂食ゾーンの外に形成されたことを示唆しています。したがって、火星は常に地球よりも太陽からかなり遠くにとどまったと考えられます。その成長は早い段階で妨げられ、その質量は比較的低いままでした。」

この仮説を検証するために、チームはGrand Tackモデルと一致する動的シミュレーションを実施しました。これらのシミュレーションでは、木星は大量の質量を太陽に向かって移動させ、内部の太陽系に向かって移動しました。これは、地球型惑星（水星、金星、地球、火星）の形成と軌道特性に大きな影響を及ぼしました。

理論はまた、この移動が火星から物質を引き離し、組成の違いと、金星や地球に比べて惑星のサイズと質量が小さいことを説明しています。彼らが発見したのは、シミュレーションのごく一部で、火星が太陽からより遠くに形成され、木星の重力の引力が火星を現在の軌道に押しやったことです。

このことから、チームは、科学者のいずれかが火星の形成を説明するために必要なメカニズムを欠いている、またはすべての可能性のメカニズムを欠いていると結論付けました。この統計的にまれなシナリオは確かに正しいものです。コロラド大学の地質学教授であり、この研究の共著者でもあるスティーブンモイジスは、 Astrobiology Magazine、 シナリオがまれであるという事実は、それをそれほど説得力のあるものにしません：

「十分な時間が与えられれば、これらのイベントを期待できます。たとえば、サイコロを十分に振ると、最終的に6倍になります。確率は1/36、または火星の形成のシミュレーションで得られるのとほぼ同じです。」

実際には、2％の確率（これはシミュレーションから得られたものです）は、宇宙論の観点から考えると、ほとんど不十分なオッズです。そして、そのような可能性が火星とその地球のいとこ（すなわち、地球と金星）の間の重要な違いを可能にするだろうと考えるとき、このわずかな確率はかなり可能であるように見えます。しかし、火星の歴史の中で火星が内側に移動したという考えは、いくつかの深刻な影響を伴います。

手始めに、研究者たちは、火星が表面に液体の水が存在することを可能にするであろう、より厚くて暖かい雰囲気をどのようにして持つことができたのかを説明するよう迫られました。火星が現代の小惑星帯で実際に形成された場合、それははるかに少ない太陽熱流束の影響を受け、表面温度はそれが現在の場所で形成された場合よりも大幅に低くなったでしょう。

しかし、彼らが指摘しているように、火星の初期大気に十分な二酸化炭素があった場合、後期重爆撃中の衝撃により、表面に液体の水が存在する可能性がある断続的な期間があった可能性があります。または彼らがそれを説明するように：

「私たちのモデルが示すように、本質的に揮発性の豊富な火星が強く持続可能な温室の雰囲気を持っていなかった場合を除いて、その平均表面温度は絶えず0°C未満でした。このような寒冷地の環境は、瀕死の水循環を再開させ、火星地殻の初期の生命の可能性を提供する初期の衝撃の影響を定期的に受けていたでしょう。」

基本的に、火星は初期の寿命の間に太陽エネルギーの影響を受けにくくなっていましたが、それでもその表面で液体の水を支えるのに十分なほど暖かい可能性があります。そして、モジシスが昨年彼が共同執筆した論文で述べたように、それが受けた多くの爆撃（その多くのクレーターによって証明されたように）は、表面の氷を溶かし、大気を厚くし、定期的な水循環を引き起こすのに十分だったでしょう。

この研究のもう1つの興味深い点は、金星の地球組成（地球の酸素同位体を含む）の組成が地球と同じである可能性が高いことを予測する方法です。彼らのシミュレーションによると、これは、金星と地球が常に同じビルディングブロックを共有したのに対し、地球と火星は共有しなかったという事実によるものです。これらの調査結果は、金星とその大気の最近の地上ベースの赤外線観測と一致していました。

しかし、もちろん、金星の地殻のサンプルが得られるまで、それについて決定的な結論を出すことはできません。これは、提案されたVenera-Dolgozhivuschaya（Venera-D）ミッション（NASAとRoscomosの共同による金星へのオービターと着陸船の派遣計画）が今後10年間に発足した場合に達成できます。それまでの間、Grand Tackモデルと星雲仮説には対処すべき他の未解決の問題があります。

Mojzsisによると、これらには現在の場所で太陽系のガス/氷の巨人がどのように形成されたかが含まれます。それらが小惑星帯を越えて現在の軌道で形成されたという考えは、太陽からそれほど遠くに必要な材料が十分になかったことを示す初期の太陽系のモデルと一致していないようです。代替案は、それらが太陽に近づいて形成され、外側にも移動したということです。

Mojzsisが説明したように、この可能性は、太陽系外惑星系に関する最近の研究によってさらに強化されています。そこでは、ガスジャイアントがその星（つまり、「ホットジュピター」）の非常に近く、さらに遠くを周回していることがわかっています。