地球に輪があった頃 – ノーチラス号

P惑星環は宇宙に数多くある光景の 1 つかもしれませんが、私たちの太陽系では、それらは 10 セントほどの小さなものです。土星の輪は最も明るく、最も広範囲に広がっていますが、木星、天王星、海王星にも輪があり、おそらく細断された小惑星または彗星の減少しつつある残骸です。さらに、巨大ガス惑星の間、またはそれを超えて周回する 4 つの氷の小惑星 (カリクロ、カイロン、クアオアール、ハウメア) も環系のホストとなっています。それでも、かつて地球に独自の環状システムがあったと想像するのは空想的ですよね。つまり、それは真実であるにはあまりにもクールすぎるように思えます。

それともそうですか？

環はおそらく、細断された小惑星や彗星の減りつつある残骸であり、約5億年前に地球が経験した乱気流を考えると、地球の周りにかつて存在した環系の現実は、それほど突飛なものではないように思えます。研究者らは、2016年に発表された新しい研究でそう主張している。 地球惑星科学レター。

地球が 1 つの環状段階を経た場合、複数の環状段階を経た可能性は十分にあります。

約 4 億 6,600 万年前 (恐竜が出現するずっと前)、クレーターを残すほどの大きさの物質が地球に落下する割合が急激に増加しました。研究者らは、このスパイクから直径数キロメートルから50キロメートルまでの大きさの21個の衝突クレーターを特定した。そして、この時代の堆積岩では、L コンドライトと呼ばれる特定の隕石グループに関連する元素の濃度が 100 から 1,000 倍に大幅に増加しています。オルドビス紀中期であるこの期間には、地球の気温が摂氏約 10 度という極端な低下も見られ、地震と津波の活動の増加と一致しました。また、大量絶滅により海洋生物の 85% が絶滅し、その後気温が回復しました。これを説明できるものは何でしょうか?

オーストラリアのモナシュ大学の地球科学者アンディ・トムキンスが率いるこの新しい研究の著者らは、もし地球が小惑星から捕らえた環系を持っていたなら、オルドビス紀の狂気を説明できると主張している。そして、それが 1 つのリングフェーズを通過した場合、複数のリングフェーズを通過した可能性が十分にあります。そして念のために言うと、他の岩石惑星も同じことをしたかもしれない。

「これは地球の歴史についての新しい考え方を開くものです」とトムキンス氏は電子メールで書いた。彼と彼の同僚は、オルドビス紀の衝突スパイク時の地球上のクレーターの分布に焦点を当てました。クレーターは地球の表面全体に広がっていますが、その動きによって大陸を押しのけるプレートの構造は、過去 4 億 5,000 万年の間に大きく変化しました。

研究者らは、地球の表面がどのように再配置されたかを示すコンピューターモデルを使用して、大陸の動きの「時計を巻き戻す」ことによって、衝突が実際にどこで起こったかを特定した。これは、クレーターを形成するすべての衝突が赤道を中心とした狭い帯内で起こったことを示した。彼らは、クレーターが今日どこにあるかに関するデータを収集しました（世界中で、特に氷がクレーターの形成を妨げる可能性があることを考えると、オルドビス紀には氷で覆われていなかった可能性が高い地域です）。クレーターが発見できなかった場所（南極大陸など、現在の氷に覆われているため）や、埋没や浸食などのプロセスによりクレーターが保存できなかった場所もあります。これらすべての要因を総合すると、トムキンスと彼の同僚は、衝突が地球の表面全体にランダムに分布することは非常にありそうもないこと、つまり 2,500 万分の 1 の確率であると計算しました。

なぜ衝突が赤道に集中するのかを説明するために、トムキンスと彼の同僚は、オルドビス紀の地球には環系が存在すると提案した。オルドビス紀の衝突は、リング内の物体が地球に衝突したことによるものです。土星の環は、土星の近くを通過した大きな氷の物体が潮汐破壊と呼ばれる過程で粉々に引き裂かれて形成されたと考えられている。彗星や小惑星が惑星のすぐ近くを通過すると、物体全体の重力の差が限界点まで引き伸ばされるほど大きくなります。

私たちは潮汐破壊が実際に起きているのを目撃してきました。1992 年にシューメーカー レヴィ 9 彗星が木星に非常に近づき、約 20 個の断片に引き裂かれました。これらのほとんどは、1994 年に木星に雨として降り注ぎました。土星の輪の場合、破壊された物体の破片が軌道上に捕らえられました。捕捉された破片の軌道は、最初は極端に引き伸ばされた、または偏心した状態で始まり、氷の母天体の初期軌道と一致していたと考えられます。やがて、環の破片は互いに衝突して小さな破片に粉砕され、物体の集合は土星の赤道面に沿った円形の環系に落ち着き、現在私たちが見ている場所となっています。

環を生成する小惑星は、通常の隕石の一種である L コンドライトであったに違いありません (「普通」というのは、私たちのコレクションで最も一般的な種類の隕石であるためです)。トムキンスと彼の同僚は、L コンドライト母天体が、大気の端を引っかきながら、地表からわずか数千キロメートル以内で地球の非常に近くを通過し、ちょうどバラバラになって土星の輪を形成した物体と同じように、潮汐力によって崩壊したのではないかと示唆している。 。その破片は地球の赤道面に沈み、リングからの塵がゆっくりと地球に降り注ぎ、時折、より大きな破片が主に赤道近くに衝突した。これは、オルドビス紀の堆積岩中に高濃度の L コンドライト隕石のような塵が存在すること、および世界中のクレーターの分布を説明します。

オルドビス紀の衝突スパイク後の気温の急激な低下（ヒルナンティアン地球氷室と呼ばれる）も、地球の環の影響である可能性があります。年輪の影は、当時冬だった半球のどちらかに落ち、正味の冷却効果をもたらしたであろうが、大気中の塵によってそれが増幅された可能性がある。この急激な寒冷化は、おそらくオルドビス紀後期の大量絶滅に役割を果たした。オルドビス紀の衝突スパイクが終わった後、地球の気温はおそらくリングの散逸により回復した。

「惑星が環の形成と消滅を複数回繰り返してきたことはもっともらしい」とトムキンス氏は電子メールで書いた。これらのサイクルは、彗星や小惑星がまれに非常に接近することによって引き起こされると考えられます。小惑星の接近頻度と惑星の特性に基づいて、一部の惑星は他の惑星よりもリングフェーズがある可能性が高くなります。木星、土星、天王星、海王星は、岩石惑星よりもはるかに頻繁に小惑星や彗星と相互作用するため、リングフェーズがより頻繁で、またはより長く続くようであり、そのため、小惑星や彗星を破壊し、その破片を捕捉する可能性がはるかに高いです。リングフェーズは通常、一度に数百万年続き、惑星の地質、気候、そして潜在的な生命に重大な影響を及ぼします。

トムキンス氏は、地球が以前の環状段階を経たことを示す他の潜在的な証拠の探索を進めている。オルドビス紀のスパイクは、これまでのところ最も明確な兆候です。 「クレーターの記録は、遡れば遡るほど弱くなっています」と彼は電子メールで書いた。 「地球が過去にこれや他の輪を持っていた可能性があることを示す他にどんな証拠を探すことができるでしょうか？」

良い質問ですね。そして、トムキンスのような人が答えを追い求めていると知って興奮しています。

リード画像: MarcelClemens / Shutterstock

• ショーン・レイモンド

  投稿日 2024 年 10 月 4 日

  ショーン・レイモンドは、フランスのボルドー天体物理研究所に勤務するアメリカ人の天体物理学者です。彼はまた、サイエンスとフィクションのインターフェイス (planetplanet.net) でブログを執筆し、天文学の詩の本を出版しています。

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