2020 年、ハバユサ 2 号のミッションにより、小惑星リュウグウから塵が地球に持ち帰られました。世界中の科学チーム間で共有されたこれら数グラムのサンプルは、私たちの青い惑星の水の起源を知る手がかりを与えてくれます。
太陽系の惑星の中で、表面に液体の水が大量に存在するのは地球だけです。海はその表面積の 70% 近くを占め、生物の出現と発展を可能にしてきました。しかし、このような水はどこから来るのでしょうか?そして、海洋の形成過程はどのようなものだったのでしょうか?
約45億7千万年前、太陽系は若い太陽の周りを回転するガスと塵の雲から誕生しました。時間が経つにつれて、重力と複数の衝突の影響を受けて、この物質は徐々に合体して、地球を含む惑星を形成しました。
後に青い惑星となる水の起源を説明するために、敵対的ではなく補完的ないくつかのシナリオが提案されています。そのうちの 1 つは、降着して私たちの惑星を形成した原始惑星系円盤に存在する物質そのものの中に水が存在することを示唆しています。この場合、水は鉱物中の小さな流体含有物の形で捕捉されているか、比較的均一に希釈されてこれらの鉱物の構造内に存在している可能性があります。
別の仮説は、地球への水の供給は、水が豊富な彗星や小惑星の落下によって、より遅れて行われたであろうというものです。小惑星は惑星と比べてサイズが比較的小さいため、化学変化を引き起こす可能性のある高温現象を経験していない。その結果、45億7,000万年前の形成以来、ほとんど進化していません。
小惑星リュウグウ表面でのはやぶさ２の操縦。重力が弱いため、探査機は小惑星と接触した直後に跳ね返ります。出典: SciNews および JAXA、東京大学、高知大学、立教大学、名古屋大学、千葉工業大学、明治大学、会津大学、産総研。
小惑星、太陽系の起源のマーカー
地球型惑星は太陽の近く (0.4 ～ 1.5 天文単位、1 天文単位は地球から太陽までの距離、約 1,500 億キロメートルを表します) で形成されましたが、小惑星は主に太陽からより離れた領域、特に「地球」に存在します。メインベルト」（2～4.5天文単位）。
これらのより寒い地域は、水の氷とケイ酸塩の塵の凝集を助長し、小惑星を生じさせます。特定の小惑星は形成後、太陽系内を移動します。 太陽に近い軌道に到達するために地球のものと似ています。これらは地球に近い小惑星です。そのうち、炭素質小惑星リュウグウ（直径1キロメートル）は宇宙ミッションの研究対象となった。 はやぶさ２ 2014 年から 2020 年にかけて宇宙開発事業団 (JAXA) によって実施されました。
ハバユサ２カプセルは、数グラムの貴重な小惑星の塵を積んでオーストラリアの砂漠に着陸する。
JAXA、 CCBY
はばゆさ２号のカプセル内で肉眼で確認できるリュウグウの塵。穴の直径は2センチです。 JAXA、著者提供
探査機はまずリュウグウを詳しく調査し、その後、地球に帰還する前に素晴らしい操縦でサンプルを収集しました。したがって、2020 年 12 月 6 日、この小惑星からの数グラムの塵 (5.4 グラム) がカプセルに乗ってオーストラリアに着陸しました。リール大学でこの宝物のほんの一部を受け取ったのはとても喜ばしいことでした。肉眼ではかろうじて見える粒子であり、おそらく地球上の海の形成を理解することを可能にする答えの要素を含んでいます。
電子顕微鏡によるナノメートルスケールの観察
研究には FEI Titan-Themis 300 透過型電子顕微鏡が使用されました。著者、著者提供
私たちの研究活動は、この天体を原子スケールまで解読し、わずかな手がかりを探すことです。このスケールを調べるために使用する機器は、 透過型電子顕微鏡。サンプルを通過する電子ビームを放出します。この物質と電子ビームの間の相互作用に従って収集された信号は、それを構成する鉱物集合体に関する構造的および化学的情報を提供します。この技術により、髪の毛の太さを10万で割ったのに相当するナノメートル、つまり10億分の1メートルまでの微細な観察が可能になります。
龍宮の“秘水”
小惑星リュウグウからのサンプルの研究により、サンプルは比較的乾燥している、つまり H20 分子水分がほとんど含まれていないことが明らかになりました。一方、これらのサンプルは主にマグネシウムと鉄が豊富な粘土で構成されています。 小惑星の体積の70%。これらの粘土は、層の積み重ね（潜在的に水分子を収容できる）からなる微細構造を持つ鉱物であり、したがって「層状ケイ酸塩」と呼ばれます。これらには、結晶構造の本質的な構成要素であるヒドロキシル基 (-OH) が豊富に含まれています。後者は酸素と水素、つまり水分子を構成する原子と同じ原子で構成されています。
リュウグウ粒子の薄片を透過型電子顕微鏡で観察（左）とその領域の化学分析（右）。層状ケイ酸塩は緑色/青色に見え、リュウグウサンプルの総体積の 70% 以上を占めます。著者、著者提供
小さな小惑星に層状ケイ酸塩が存在する理由の 1 つは、太陽系の始まりにまで遡ります。約 45 億 7 千万年前の後者の形成中、塵と氷は徐々に凝集し、惑星、小惑星、その他の天体 (彗星など) が誕生します。リュウグウのような小さな小惑星では、無水ケイ酸塩（水を含まない）からなる塵と水の氷が共存しています。小惑星の形成直後、放射性元素の自然崩壊に続いて加熱され、この水の氷が溶けます。以下は この水が周囲のケイ酸塩と相互作用して、今日リュウグウで見られる層状ケイ酸塩を形成する「水の変質」のエピソード。
地球の形成中および形成直後、リュウグウに似た小惑星の大規模な落下により、豊富な量の層状ケイ酸塩が運ばれた可能性があります。地球上の高温事象の後、ヒドロキシル基 (-OH) が粘土の鉱物構造から切り離され、水分子が形成されたと考えられます。
リュウグウのような小惑星の激しい衝突が地球の若い頃に受けた影響は、海洋の漸進的な形成に強く関与したと考えられる。
無限に大きいものと無限に小さいもの（10億分の1メートル）が肩を並べる我々の研究は、これらの炭素質小惑星が地球上の海洋の出現や生物の発達における役割を示唆している。ここで「創造の柱」（左）で表される分子雲は、星とその星系が誕生する領域です。 NASA (JWST); JAXA;著者、著者提供
水…しかしそれだけではありません！
したがって、小惑星リュウグウは 70% 以上が層状ケイ酸塩で構成されていますが、有機物も数パーセント (質量で約 5 ～ 7%) 含まれています。
炭素、水素、酸素、窒素からなるこの物質は、 生命の発達に不可欠な分子 地球上ではアミノ酸。これらの短い分子は、タンパク質の構造に関与する構成要素です。リュウグウには少量しかアミノ酸が存在しないが、このアミノ酸の存在は、炭素質小惑星がリュウグウに必要な成分を提供できたことを示唆している。 地球上の生命の発展 約38億年前。
#海水は宇宙から来たのでしょうか