地球のような惑星では、岩と水がサイクルと変化を経て、融解と冷却と浸食と付加、広い谷間で剥がれ、そびえ立つ山々に積み重なると、過去の自然現象は地殻に痕跡を残します惑星の。 たとえば、古代の氷をコアリングすることにより、科学者は閉じ込められた粒子を研究し、数百万年前の大気条件について学ぶことができます。 古代の岩石に埋め込まれた磁性鉱物を研究することにより、地質学者は惑星の磁場が極を反転することを学びました-平均で約25万年に1回。
科学者は地殻の地質層から地球について多くのことを学ぶことができますが、岩盤の記録にはさらに多くの情報が隠されている可能性があります。 コロンビア大学の地質学者および古生物学者ポール・オルセンによると、私たちの惑星だけでなく、太陽系と銀河の歴史の鍵は私たちの足下にあるかもしれません。
国立科学アカデミー論文集で本日発表された研究で、オルセンと同僚は、惑星の天文学的なサイクルは地球の岩層で測定できると主張しています。 地面から抽出された岩の円柱状のコアは、数千フィート伸び、数百万年の歴史にまたがり、他の惑星の重力の影響の微妙な痕跡を含んでおり、科学者は数億年前の惑星の歴史的位置を推測することができます。
「これは、大規模な太陽系理論のテストを可能にする経験データの新しい世界です」とオルセンは言います。 彼は自分のモデルを地質学的オーレリーと呼び、18世紀の太陽系の機械モデルにちなんで名付けられました。 この作業は、惑星運動の既存のモデルをテストするための独立したデータセットを提供できるだけでなく、これまで測定されたことのない軌道サイクルを明らかにするためにも使用されています。 Geological Orreryは、アインシュタインの一般相対性理論、古代太陽系における追加惑星の存在、暗黒物質の重力の影響など、科学の最も基本的な理論をテストするための新しいツールとしても使用できます。天の川で、オルセンは言います。
アリゾナ州の化石の森国立公園の地質学者ポールオルセン。2億年前の岩石が、他の惑星の昔の動きを明らかにするのに役立っています。 （ケビンクラジック/コロンビア大学地球研究所） 「この論文は、太陽系の歴史に興味を持っている天文学者や地質学者、そしてそれが地球のシステムにどのように影響したか、気候、沈降など、非常に困難で困惑する問題を解決する試みです」とスペンサー・ルーカスは言いますニューメキシコ自然史科学博物館の地質学者および古生物学者。研究に関与していませんでした。 「これらの天文サイクルは数億年にわたって進化しており、その進化には一定量の混乱があります。そのため、地質学者や天文学者がこれらのサイクルに何が起こったかを理解しようとすることは常に大きな課題でした」
地球の地殻の層は過去の気候の記録を表しており、それらの気候はミランコビッチサイクルと呼ばれる天体の動きの影響を受けていました。 セルビアの地球物理学者および天文学者ミルティン・ミランコビッチにちなんで名付けられたこれらのサイクルは、太陽の周りの地球の軌道に影響を与える地球と他の惑星との重力相互作用の結果です。 （歳差運動）惑星の軸。
地球の軌道の変化は惑星の気候に影響を与えます。オルセンが科学の 1986年の論文で最初に論じたように、したがって、過去の気候の記録は他の惑星の位置と動きを推測するために使用できます。
しかし、なぜ他の惑星の軌道を確認するために、土のコアを掘るという苦労と費用を経験するのですか？ 科学者は、軌道力学の法則を使用して、数学モデルを作成して、宇宙にある小さな太陽の近所の歴史を研究できます。
しかし、そのようなモデルはある程度信頼できるだけであるとオルセンは言います。 空間内の3つ以上の移動体の動きを高い確実性で記述する単純な数学方程式はありません。 太陽系の何百万もの小さな天体は言うまでもなく、8つの惑星と太陽があるため、天文学者は遠い過去の惑星の正確な動きを説明する分析ソリューションを開発できません。 代わりに、研究者は惑星の以前の軌道を一度に1つずつ少しずつ計算します。 パリ天文台の研究部長であり、新しい論文の共著者でもあるジャック・ラスカルの研究によると、誤差は各時間間隔で蓄積するため、予測は約6, 000万年を超えると本質的に役に立たなくなります。太陽系の年の歴史。
ラスカーの初期の計算モデルは、内惑星（水星、金星、地球、火星）が無秩序に振る舞うかもしれないという証拠も提供しました。 言い換えれば、これらの4つの惑星の位置は、初期条件によって大きく決定され、今日見られる位置と方向だけに基づいて予測することはほとんど不可能になります。
「気候変動のこれらの岩石の記録は、太陽系が実際に何をしているかを把握するための鍵であることが判明しました」とオルセンは言います。
ニュージャージー州中央部のニューアーク盆地から抽出された湖底堆積物の岩石コア。 （ポール・オルセン） 彼のGeological Orreryの実行可能性を実証することは、Olsenに対する生涯にわたる愛の努力でした。 1986年の論文では、ニュージャージー州中部にある中生代ニューアークスーパーグループ（約2億から2億2700万年前に形成された岩の集合）のコアを分析しました。 岩には、熱帯モンスーンの雨の大きさと同期した湖の上昇と下降の記録が含まれていました。これは、地球の軌道とスピン軸によって決定される熱帯の太陽光の量に応じて変動します。
「コアで見られるのは、水深の変化の物理的な兆候です」とオルセンは電子メールで言います。 「湖が最も深く、おそらく深さ100メートルを超えると、黒く細かく積層された泥が堆積し、非常に浅く、季節的にさえ乾燥すると、乾燥亀裂が豊富な赤い泥が敷かれました。」
オルセンはフーリエ解析（単純な正弦波成分で複雑な波形を表す方法）を使用して、地質学的記録に閉じ込められた地球の気候の周期的変化が天体力学のミランコビッチサイクルと一致することを示しました。 しかし、奇妙な点が1つありました。
「サイクルの1つは、軌道サイクルで当時知られていたものに直接結び付けられていませんでした」とオルセンは言います。 「それは約200万年の長さであり、私はそれが何であるかを知りませんでした。」
1990年代に全米科学財団（NSF）の助成金を受けて、ニューアークスーパーグループ内の7つのサイトから22600フィート近くの連続したコアを掘り下げて分析した後、オルセンと彼の同僚は、不思議なサイクルが、火星と地球の相互作用。 この発見は「内惑星の混oticとした行動の最初の地質学的証拠を提供する」と、ラトガース大学の地質学の教授であり、新しい研究の共著者であるOlsenとDennis Kentは、王立協会が発行した1999年の論文で書いた。
ロックレコードでこれらのサイクルをさらに調査するために、オルセンと彼のチームは、別のNSF助成金で2013年にコロラド高原コアリングプロジェクトを開始しました。 彼らは、アリゾナの化石の森国立公園のチンレ層の三畳紀セクションに1, 640フィート以上の長さのコアを掘削しました。 シンレコアには、放射性年代測定が可能なジルコン鉱物を含む火山灰層が含まれています。
アリゾナ州化石の森国立公園のシンレ層からコアを抽出するためのインストール。 （ポール・オルセン） シンレフォーメーションサンプルコアの地球の磁場反転の痕跡をニューアークコアの痕跡と一致させることにより、研究者は他の惑星の重力によって引き起こされる気候サイクルの正確な日付を推測することができました。 彼らの分析により、木星と金星によって引き起こされた天体力学の405, 000年のサイクルが、今日とまったく同じように2億年にわたって存在していることが明らかになりました。
最近の論文で、オルセンと彼のチームはモデルに追加の測定値を追加しました。層序のカラースケールを使用してコアサンプルを研究し、コアホールの物理的測定（自然放射能、岩石密度、音速をすべて測定しました） ）。 また、チームはX線蛍光データのコアをスキャンして、ニューアーク層で見られるすべての天文サイクルを注意深く分析しました。
どの測定を使用したかに関係なく、同じ惑星の影響が岩で確認されました。 「これらのものがうまくいくのを見るのは本当にスリリングです。 それはあなたに現実感を与えます…非常に多くのありそうもないことがうまくいくとき」とオルセンは言います。 「本当にすごい。」
Geological Orreryには広範囲に及ぶ研究の可能性がありますが、Olsenの大胆なアイデアには懐疑的な見方があります。 彼のモデルは、岩の記録を地球の気候に対する他の惑星の影響（それ自体が複雑なシステム）に結びつけるために、非常に多くの要因を説明しようとしています。
ルーカスはこのプロジェクトを「健全な科学的基盤に基づいていない非常に複雑なカードの家」と呼んでいます。彼はニューアークの形成にギャップがあるため、オルセンの2500万年の完全な年表ではない、と言います。勉強したグループ。 （しかし、オルセンとケントは、昨年の研究でウラン鉛年代測定を使用し、ニューアーク系列の地質学的記録が関連するタイムスパンについて完全であることを発見しました。）チンカスの記録も不完全であるとルーカスは言います。河川と堆積速度は2つのセクション間で「大きく異なる」ため、ニューレ岩の日付を確実に校正するためにチンレを使用することは困難です。
チャールズ・ダーウィンでさえ地質記録の不完全さを嘆き、地質学者は記録にギャップ、または科学用語で「不適合」が含まれていることを広く受け入れています。根本的な問題は不完全な地質記録からどれだけの情報を確実に抽出できるかです。
「多くの地質学者は、何かを理解する前にすべてを見なければならないという観点から出発します」とオルセンは言います。 「私のやり方は、他の方法では得られないものを歴史から取り出すためにプッシュできる限り、ロックレコードや古生物学レコードで役立つものをプッシュすることです。」
ポール・オルセンによる、夜にニューヨークを東に見た宇宙から見た地球の想像図の絵。 下から上へ：木星、火星（赤みがかった）、金星、月をすべて一緒に。 （ポール・オルセン） 岩盤の記録にギャップがあっても、オルセンは何かに取り組んでいると考える科学者もいます。 「ポールオルセンが長年取り組んできたこれらのデータは、これまでに収集された最高のデータの一部です」と、この研究に関与しなかったバージニア州ジョージメイソン大学の地質学者、リンダヒンノフは述べています。
ヒンノフ氏は、今の課題は約5, 000〜2億年前のギャップを埋めることだと言います。 現在、地質データと天文モデルは、0〜約5, 000万年前、および約2億〜2億2, 500万年前に一致しています。 地質図を拡張するには、これら2つの期間のギャップを「少なくともここに示されているデータと同等のデータで埋める必要があります」とHinnov氏は言います。
彼はオルセンのチームの特定の調査結果のいくつかに懐疑的ですが、ルーカスは岩の記録を空の天体に結びつけるこのタイプの仕事が、今日の最大の科学的問題の1つを解決するために重要になるだろうことに同意します：地球の気候。 「これらの天文サイクル、過去の気候、時間の経過に伴うサイクルの変化の関係については十分に理解していません」と彼は言います。 「地球の気候システムの理解に貢献するこのようなものはすべて、将来の気候をよりよく理解するのに役立つ可能性があります。これは実際に予測について話していることです。」
地質学的オーレリーは不完全である可能性があり、惑星系の計算モデルのように、それはある点まで正確である可能性があります。 しかし、宇宙の驚異の中で、私たちは何百万マイルも離れた何百万年も前の天体の動きが、私たちが歩むまさにその世界をどのように形作ったかを学び始めています。
