はじめに
土星の衛星タイタンは、太陽系の中でも地球に最も似た世界のひとつとして、長年科学者を魅了してきました。濃い大気、川、湖、海を持つタイタンは、水ではなくメタンとエタンの世界です。今回、ハワイ大学マノア校の惑星科学者による新研究は、タイタンが厚さ9キロのメタン氷の層に保温されている可能性を示しています。この発見は、タイタンのクレーターがなぜ異常に浅いのか、そして太陽光によって破壊されるメタンがどのように大気中で補給されるのかという、長年の2つの謎を解くかもしれません。
タイタンのクレーターの謎
カッシーニ探査機がタイタン表面を地図化した際、極寒で硬い天体として予想されるよりもはるかに浅い衝突クレーターが見つかりました。ほとんどの氷衛星では、衝突によって深い盆地が形成され、それは何十億年も残ります。しかしタイタンのクレーターは、まるで表面がゆっくり流れているかのように、弛緩して見えます。科学者たちは、上部地殻が内部を断熱し、暖かく柔らかい状態に保つ物質でできているのではないかと仮説を立ててきました。新研究では、タイタンの地殻をメタンクラスレートとしてモデル化しました。これは、メタン分子が水氷の結晶構造の中に閉じ込められた固体の氷です。その結果、厚さ2キロから9キロのクラスレート地殻が、カッシーニの観測と一致するクレーター深さを生み出すことが示されました。ほかの物質では、この浅いクレーターを再現できませんでした。
メタンクラスレート: 優れた断熱材
メタンクラスレートは、通常の水氷よりも強く、はるかに断熱性に優れています。たとえば、単板ガラスと三重ガラスの違いのようなものです。クラスレート地殻はその下の熱を閉じ込め、下層の氷殻を長い時間をかけてゆっくり流れるのに十分なほど暖かく保ちます。このゆっくりした流れが、クレーターを弛緩させ、浅くします。こうした断熱効果は、タイタンの表面温度が摂氏マイナス179度という極低温にもかかわらず、その内部が地質学的に活動的なままである理由も説明します。クラスレートの毛布は熱の逃散を防ぎ、地下海と氷層を暖かく可動的に保ちます。
タイタンの大気を補給する仕組み
もう一つの長年の謎は、タイタンがどのようにメタン豊富な大気を維持しているのかという点です。太陽光は絶えずメタン分子を分解しますが、それでも大気は飽和したままです。科学者たちは、氷火山やメタンの滲出など、さまざまな供給源を提案してきました。新研究は、メタンクラスレートの地殻自体が供給源になりうると示唆しています。クラスレートが熱や衝突によってゆっくり分解すると、メタンガスを大気中へ放出します。これにより、光化学による損失を補う安定したメタン供給が可能になります。クラスレート地殻は、熱の毛布であると同時にメタンの貯蔵庫でもあり、2つの謎をひとつの解決策に結びつけます。
タイタンの居住可能性への示唆
この発見は、タイタンの潜在的な居住可能性に深い意味を持ちます。暖かく柔らかい内部は、生命に必要な重要な要素と考えられている地下の液体水海を支えられるかもしれません。タイタンのメタン循環は、メタンの雨、川、海を伴い、地球の水循環にも似ています。クラスレート地殻が実際にメタンを放出しているなら、複雑な有機化学が起こる環境を生み出す可能性があります。NASAのドラゴンフライ探査機のような将来のミッションは、タイタンの表面と大気を探査し、この仮説を検証するかもしれません。タイタンの地質と気候を理解することは、同様にメタン豊富な大気を持つ系外惑星の理解にも役立ちます。
結論
タイタンが厚さ9キロのメタン氷の毛布によって暖かく保たれているという考えは、あまりにも奇妙に聞こえますが、その証拠は説得力があります。ハワイ大学マノア校による新研究は、タイタンの浅いクレーターとメタン補給を見事に説明しています。そして、この異世界について私たちがまだ学ぶべきことが多いことも示しています。今後数年でドラゴンフライをタイタンへ送る準備を進める中、この発見は生命の兆候や、この驚くべき衛星を形作る過程を探す手がかりになるでしょう。
この記事はUniverse Todayの報道に基づいています。元記事を読む。
Originally published on universetoday.com