月とその暗い斑点。画像クレジット：NASA。拡大するにはクリックしてください。
あらゆる文化の人々は、ウサギ、カエル、またはピエロの顔を構成しているように見える、月の暗い「スポット」に魅了されています。アポロ計画で、科学者たちはこれらの特徴が実際には固化した溶岩で溢れた巨大な衝突盆地であることを発見しました。 1つの驚きは、これらの盆地が初期の太陽系の歴史の比較的遅い時期に形成されたことです-地球と月の形成から約7億年。多くの科学者は現在、これらの月面衝突盆地が惑星の爆撃率の巨大なスパイクを目撃していると信じています-後期重爆撃（LHB）と呼ばれます。しかし、そのような激しい砲撃の原因は、太陽系史の最もよく保存された謎の1つであると多くの人が考えています。
惑星科学者の国際チームであるネイチャーの今週号に掲載された一連の3つの論文で、ロドニーゴメス（ブラジル国立天文台）、ハロルドレヴィソン（米国南西研究所）、アレッサンドロモルビデリ（オブザーバトアデラC）ニースのコートダジュール観測所で開催されたビジタープログラムによってもたらされた、フランスのtete d'Azur）とKleomenis Tsiganis（OCAとギリシャのテッサロニキ大学）は、自然に解決するだけではないモデルを提案しましたLHBの起源の謎だけでなく、観測された外惑星系の多くの特徴も説明しています。
この新しいモデルは、4つの巨大惑星、木星、土星、天王星、海王星が非常にコンパクトな軌道構成で形成され、氷と岩で作られた小さなオブジェクトのディスク（「惑星」として知られている）に囲まれていることを想定しています。ニースチームによる数値シミュレーションでは、これらの惑星のいくつかが、惑星の重力の影響によりディスクからゆっくりと漏れ出したことが示されています。惑星はこれらのより小さな物体を太陽系全体に、時には外側に、時には内側に散らしました。
「アイザックニュートンが教えてくれたように、すべての行動には対等で反対の反応があります」とTsiganisは言います。 「惑星が惑星系を太陽系から放り出した場合、惑星はその代償としてほんの少しだけ太陽に向かって移動します。一方、惑星が惑星を内側に散乱させると、惑星は太陽から少し離れてジャンプします。」
数値シミュレーションでは、平均して、木星が内側に移動する一方で、他の巨大惑星が外側に移動することを示しています。
当初、これは非常に遅いプロセスであり、惑星が少し移動するのに数百万年かかりました。そして、この新モデルによれば、7億年後、状況は一変しました。当時、土星はその軌道周期が木星の軌道周期のちょうど2倍になる地点を通過しました。この特別な軌道構成により、木星と土星の軌道は突然より楕円形になった。
「これにより天王星と海王星の軌道が狂ったようになりました」とゴメスは言います。 「彼らの軌道は非常に偏心しており、それらは重力によってお互いに分散し始めました–そして土星も。」
ニースのチームは、天王星と海王星の軌道のこの進化が月のLHBを引き起こしたと主張しています。彼らのコンピュータシミュレーションは、これらの惑星が惑星系の円盤を非常に速く貫通し、惑星系全体に物体を散乱させたことを示しています。これらの物体の多くは内部の太陽系に入り、そこで地球と月に衝撃を与えました。さらに、プロセス全体で小惑星の軌道が不安定になり、LHBにも寄与したと考えられます。最後に、微惑星円盤の重力効果により、天王星と海王星は現在の軌道に進化しました。
「非常に説得力があります」とLevison氏は言います。 「私たちはこのプロセスの数十のシミュレーションを行いました。そして統計的に、惑星は私たちが見ているものと非常によく似た軌道にあり、正しい分離、偏心、そして傾斜がありました。したがって、LHBに加えて、巨大惑星の軌道についても説明できます。他のどのモデルもこれまでにどちらも達成したことはありません。」
しかし、克服すべきもう1つのハードルがありました。太陽系には現在、本質的に木星と同じ軌道をたどる小惑星の個体群が含まれていますが、その惑星を約60度の角度距離だけ進んでいます。コンピュータシミュレーションは、「トロイの木馬の小惑星」として知られているこれらの天体が、巨大惑星の軌道が変化したために失われたことを示しています。
モルビデリ氏は、「この問題について何ヶ月も心配して座っていたが、モデルが無効になっているようだった」と語り、
ニースチームは、惑星の進化を推進し、LHBの原因となったオブジェクトの一部も、トロイの木馬の小惑星の軌道に捕捉されていたことを発見しました。シミュレーションでは、トラップされたトロイの木馬は、観測されたトロイの木馬の軌道分布を再現することが判明しましたが、これは今まで説明されていませんでした。トラップされたオブジェクトの予測される総質量も、観測された母集団と一致していました。
総合すると、ニースチームの新しいモデルは、巨大惑星、トロイの木馬の小惑星、LHBの軌道を前例のない精度で自然に説明しています。 「私たちのモデルは非常に多くのことを説明しているので、基本的に正しいに違いないと信じています」とMordibelli氏は言います。 「外側の太陽系の構造は、惑星形成プロセスが終了した後、惑星がおそらく揺れをよく経験したことを示しています。」
元のソース：SWRIニュースリリース
