宇宙の偉大な謎は、しばしば、遠くの目に見えない現象を中心に展開します。 科学者は、不可解な電波の爆発、重力のとらえどころのない性質、そして暗黒エネルギーが宇宙に浸透しているかどうかについて困惑しています。 しかし、他の謎は、銀河の私たち自身の隅で見つけることができ、地球を今日の惑星にしたように、私たちを正面から見つめています。
この質問は、地球がどのように形成され、なぜそれが生命をホストするのにとても適しているのかを理解しようとする研究者を魅了し続けています。 違った結果になった可能性があります。最も近い隣人で、ほぼ双子の金星を見てください。金星には液体の水がなく、表面は華氏870度です。 「金星と地球は一種の究極の制御ケースです」と、NASAのジェット推進研究所のスースマーカーは言います。 「地球がどのように住みやすく、金星が住みにくいのかを完全には理解していません。」
地球が宇宙で最もよく研究されている惑星であることを考えると、それは少し驚くべきことです。 しかし、プレートテクトニクスのような地質学的プロセスは常に過去の証拠をリサイクルしており、地球の構造に関する重要な情報の多くは、その広大でアクセスできない深さに隠されています。 「地表でしかサンプリングできない惑星を理解しようとしています」と、パリの地球物理学研究所の地球物理学者、ジェームズ・バドロは言います。 科学者たちは私たちの足元の地面を研究することで豊富な知識を集めてきましたが、地球の構造と進化の全容は不明のままです。
そのため、研究者は空に助けを求めてきました。 彼らは手がかりを探す他の星系を研究し、太陽系の残骸の中から地球の構成要素を探しました。 現在、計画および提案されている一連の宇宙ミッションにより、科学者は不足している部分をさらに埋めることができます。
原始惑星体の新しい側面の研究から、それらがどこから来たのか、それらがどのように混ざり合ったのかを探求するまで、研究者は地球を作成した惑星形成のプロセスを突き止めたいと考えています。 多くの人にとって、それは科学的な探求と同じくらい哲学的な探求です。 「それは私たちの起源の問題です」とバドロは言います。
プシュケ、完全に金属であると考えられている小惑星への提案された使命に対するアーティストの印象。 （NASA / JPL-Caltech） 現在、ほとんどの研究者は太陽系の一般的な歴史に同意しています。 宇宙に浮かぶガスと塵の巨大な雲がそれ自体の上に崩壊した46億年前に始まりました。おそらく近くの超新星の衝撃波によって引き起こされました。 平らになった雲は回転ディスクに渦巻き、約1億年後、太陽系は現在の状態で多かれ少なかれ出現しました。太陽は8つの惑星に囲まれ、無数の小さな物体が点在しています。
しかし、私たちの宇宙の近所がどのように形成されたのかという詳細は、論争を呼んでいます。 たとえば、科学者はまだ惑星が何でできているかを議論しています。 「ケーキの外観はわかっています」とアリゾナ州立大学のリンディ・エルキンス・タントン氏は言います。「しかし、これらの個々の材料もすべてどのように見えるか知りたいです」と彼女は言います。
科学者たちは、地球惑星は原始惑星系塵から蓄積した直径数十マイルまでの小さな惑星を食い荒らして成長したと考えています。 しかし、それらの微惑星の組成と構造を決定することは困難でした。 カリフォルニア大学サンタクルーズ校の惑星科学者であるフランシス・ニモは、of石のコレクション（地球に落ちた小惑星の断片）を研究するのが良い場所だと言います。 しかし、それだけでは十分ではありません。
これは、必ずしも惑星に入ってきたすべてのサンプルがあるわけではないためです。一部のコンポーネントが欠落している場合や、まったく存在しない場合があります。 いくつかのmet石は地球にかなり合っているように見えますが、科学者は地球の化学組成を完全に説明するmet石の種類の組み合わせを思い付くことができません。 「これは、地球がどのように組み立てられたかを私たちが本当に知らないことを意味するため、一種の不快感です」とニモは言います。
Elkins-Tantonは、NASAのディスカバリープログラムの5つのファイナリストの1つである将来のミッションの提案が役立つことを望んでいます。 エルキンス・タントン率いるプロジェクトは、火星と木星の間の小惑星帯にあるプシュケと呼ばれる物体を訪問するために無人宇宙船を送ります。 プシュケの幅は約150マイルで、その密度と表面組成の遠隔観測に基づくと、固体金属でできているようです。 また、地球の構成要素に似ている場合もあります。
「これは、地球の惑星形成領域で形成された体の小さなコアであり、他の多くの物にぶつかっただけで、岩のような外部が取り除かれた可能性があります」とエルキンズ・タントンは言います。 NASAのDawnミッションでは、科学者たちは小惑星ベスタを研究しました。これはおそらく地球の近くにも形成された原始惑星であり、その後小惑星帯に追い出されました。 しかし、エルキンス・タントンが興奮しているベスタのような物体の表面の下にあるものを見るのはユニークな機会です。
「Psycheは、太陽系で金属コアを直接観察できる唯一の体です」と彼女は言います。 「これは、この種の材料を見る唯一のチャンスかもしれません。」他のディスカバリーのファイナリストと一緒に、エルキンス・タントンと彼女の同僚は、ミッションがゴーであるかどうかを9月に発見します。
惑星形成の古典的なモデルによると、微惑星がプシュケのサイズに達すると（数十から数百マイル）、彼らは隣人を共食いし始めた、とコロラド州ボールダーのサウスウェスト研究所の惑星科学者ケビン・ウォルシュは言います。 「最大のものは非常に速く成長します」と彼は、重力の影響の増大のおかげで言います。
暴走降着のこのプロセスは、太陽系の体の数を、おそらく月から火星までの大きさの惑星の胚と、小さな破片のごみにふるい分けたでしょう。 時間が経つにつれて、これらの胚はゆっくりと結合して惑星を形成しました。
しかし、この説明は、地球惑星についてはうまく機能しますが、地質学的証拠は3, 000万から1億年の間に形成されたと示唆していますが、木星のようなガスの巨人にとっては問題です。 科学者は、これらの天体の核ははるかに速く成長しなければならないと考えています。初期の太陽系に存在するガスからわずか数百万年で消滅した巨大な大気を捕らえるのに十分な速さです。
過去10年間、研究者は小石降着として知られる成長する惑星のための代替メカニズムを開発しました。 これは、オブジェクトが結合して次第に大きくなる粒子を形成する従来の降着モデルからの明確な逸脱を表しています。 または、ウォルシュの同僚であるハル・レビソンは次のように述べています。ほぼ即座に、その後、質量を増やし続けます、と仮説を立てるのを手伝ったレビソンは言います。
このプロセスは、原始惑星系円盤が形成された直後に始まりました。若い太陽の周りを回っている塵の塊が衝突し、アイスリンクを旋回しながら手をつなぐスケーターのように、互いにくっつき始めました。 最終的には、空力と重力がこれらの小石の大きなクラスターを引き寄せて、微惑星を形成したでしょう。 その後、微惑星は周囲の小石を掃き出し、惑星を形成するまで急速に成長しました。
このモデルは、ガス巨人がどのように急速に成長したかという問題に対処することに加えて、1970年代に最初に概説されて以来、惑星降着のモデルを悩ませてきたメートルサイズの障壁と呼ばれるものを克服する方法も提供します。 それは、物体が直径約3フィートに達すると、周囲のガスによって発生した摩擦がそれらを太陽にらせん状に送ったという事実を指します。 小石の付着は、小さな粒子がしきい値を超えて衝突するのを助け、粒子を保持するのに十分な大きさにします。
科学者たちは、このプロセスが太陽系全体で起こったかどうか、内惑星と外惑星で同じように作用するかどうかを理解しようとしています。 （ガスの巨人には有効ですが、急速な成長の後期段階は、地球惑星形成について私たちが知っていることには適合しません）。 しかし、研究者たちは、先月木星に到達したNASAのJunoミッションが惑星の組成とコアに関する情報の収集を開始する今年の後半にいくつかの手がかりを見つけるかもしれません。
ウォルシュは、ガスの巨人の中心にある物質の量を理解することは、惑星の降着の異なるモデルを研究者が制約するのに役立つと言います。 木星のコアが小さい場合、古典的な降着は十分に速くそれを構築することができたかもしれません。 それが大きければ、代わりに小石降着のような何かが起こったことを暗示しているかもしれない、と彼は言う。
木星とその衛星イオ、エウロパ、ガニメデは、宇宙船がガス巨人の周りの軌道に入った直後にジュノミッションによって撮影されました。 （NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS） 木星の形成方法を理解することは、研究者が地球を含む他の惑星の起源を理解するのにも役立ちます。 それは木星が内側の岩の多い惑星の建設に干渉していると非難されているからです。少なくとも最近、ウォルシュと他の人によって開発された新しいアイデアによれば、最近牽引されています。
グランドタックモデルとして知られる仮説は、木星が形成を終えたときに、太陽の周りの経路にあるすべての物質を除去し、原始惑星系円盤にギャップを効果的に刻んだことを示唆しています。 しかし、ディスクにはまだ大量のガスとほこりが含まれており、ディスクが平らになって伸びると太陽に向かって押し付けられた、とウォルシュは言います。
木星の隙間がこの物質の流れを効果的にブロックし、惑星は「洪水に巻き込まれた」とウォルシュは言います。 それは、火星の軌道に移行し、土星がそのすぐ近くにありました。 しかし、土星が続いたとき、ディスクを再接続するのに十分な材料を追跡しました。 これにより、木星にかかる圧力が解放され、数十万年の間に両方の惑星が再び外に移動できるようになりました。 このモデルは、他の太陽系にある奇妙な順序の惑星の観測から着想を得たもので、そのような移動が一般的であることを示唆しています、とウォルシュは言います。
太陽系の他の部分では、これは宇宙の中国の店にいる一対の雄牛のようなものでした。 内側の太陽系からの破片が追い出され、外側の系からの散乱物が引き込まれていただろう、とウォルシュは言います。 このモデルは、火星の小サイズの寸法と、小惑星帯で現在見つかっている天体の数と多様性の説明に役立ちます。
また、地球惑星がどのようにして水を得たのかについての可能な説明を提供します。 Grand Tackによると、地球型惑星がまだ形成されている間にガス惑星の移動が行われ、外側の太陽系から混合物に水が豊富な物質を投げた可能性があります。 ウォルシュと他の多くの科学者は、木星を越えて形成された可能性のある炭素質の小惑星が、地球に水を運ぶための主要な手段であると考えています。
今年9月、NASAはBennuという名前の小惑星を訪問するミッションを開始します。 ウォルシュは、OSIRIS-RExと呼ばれるプロジェクトの共同研究者であり、地球に持ち帰るためにサンプルをつかむ前に、遠くから身体を研究します。 「はやぶさ2」と呼ばれる日本の宇宙機関による同様のミッションは、2018年に別の炭素質小惑星をサンプリングする予定です。
科学者は、これらの小惑星がどこから来たのか、そしてそれらが実際に炭素質コンドライトとして知られているclass石のクラスの源であるかどうかについてもっと学びたいと思っています。 彼らはまた、met石の破片ではなく、純粋なサンプルを研究することで、これらの物体が地球に水を届けただけでなく、生命の前駆体となる有機化合物を届けたかどうかを明らかにするのに役立つことを願っています。
OSIRIS-RExが地球に戻ると、Psycheと同様にディスカバリープログラムのファイナリストである別の提案されたミッションであるLucyと道を横断する可能性があります。 レヴィソン率いるルーシーは、私たちの太陽系を揺るがした最後の大変動を探求することを目指しています。これは、グランドタックの約5億年後に始まった惑星タンゴです。 そのとき、レヴィソンと他の仮説によると、Pl王星は不安定性を引き起こし、海王星は天王星の外で石蹴りを起こし、外側のガス巨人は太陽から現在の位置に移動しました。
ニースモデルとして知られているこの外乱は、内部太陽系に砕け散る破片の雨を送り、おそらく後期重爆撃として知られている期間中に形成された衝撃のクラスターを説明したでしょう。 地球のような地球型惑星はほとんどこの時点で形成されていたため、イベントはその組成に大きな影響を与えませんでした。 しかし、それは太陽系がどのように進化したかを理解しようとする科学者に曲線を投げたかもしれません。 破壊は、地球型惑星の大部分を構成する材料との接続がなかった内部太陽系に物体を投げ入れたかもしれない、とウォルシュは言います。
ルーシーは、科学者が実際に何が起こったのかを把握し、どこで混合されたものを解きほぐすのを助けることができました。 木星の軌道に閉じ込められた小惑星のグループを調査することでこれを達成します。 木星のトロイの木馬として知られているこれらのオブジェクトは、外側の太陽系全体に形成された移動体の間に集まった物体の混合物です。
2020年代半ば、ミッションが彼らに届くと、トロイの木馬は宇宙船が6体の壮大なツアーを行うのにちょうど良い構成になります。 「私はこれまでずっと、天体力学の神々を崇拝してきました」と、惑星力学者のレビソンは言います。 「惑星は文字通り整列しているので、彼らは私に返済することを決めました。」
Levisonによれば、トロイの木馬を間近で研究することで、研究者はニースモデルの混合がどのように発生したかをより明確に知ることができ、小石降着のテストも提供できるとのことです。 仮説では、直径約60マイルよりも小さいものは、実際には大きな体の断片であると予測しています。 これは、ルーシーがテストできるはずの予測です。
気温が華氏870度（華氏870度）である金星の表面に対するアーティストの印象。 （ESA / AOES Medialab） 一緒に、これらのミッションは、おそらく研究者がまだ想像することさえできない方法で、地球の起源をさらに科学者が理解する準備ができているように見えます。 結局のところ、惑星形成の堅牢な図を構築するには、多くの異なるソースからのデータを結合する必要があります、とカリフォルニア工科大学の惑星科学者デイビッド・スティーブンソンは言います。
しかし、地球と金星の違いを理解するまでにはまだ長い道のりがあります。 「ほとんど、ここにいるのは地球上にいるのは恥ずかしいことであり、私たちに最も近いこの大きな惑星があるので、私たちはあまり知らないのです」とスティーブンソンは言います。 「私たちがそれほど無知な理由は、それがすごく暑いからです！」
確かに、金星の表面の地獄のような状況は、惑星を詳細に研究する努力を妨げてきました。 ロシアは、1960年代から80年代にかけて一連の宇宙船を水面に着陸させました。 彼らは数時間しか生き延びず、熱に屈する前にデータの短いフラッシュを送信しました。 しかし、これらのミッションや、NASAのパイオニアやマゼランなど、遠くから惑星を研究したミッションは、惑星の働きを垣間見せてくれました。
たとえば、私たちは、金星はほぼ完全に二酸化炭素でできた強烈な温室効果大気を持ち、その表面水のほとんどを失ったように見えることを知っています。 これは、プレートテクトニクスがそこで発生するのを防ぐものかもしれません—水は沈み込むプレートの車輪に油をさすと考えられています。 また、なぜ金星には地球磁場がないのかを説明するかもしれません。多くの科学者は、地球を太陽風の破壊から保護するため、生命の必要性を考えています。 地磁気場は、体の中心部での対流によって生成され、熱を運び去るために、しばしばプレートテクトニクスに結びついたマントル循環に依存しています。
科学者が何よりも望んでいるのは、金星の表面の岩石のサンプルですが、それはまだ遠い目標です。 近い将来、研究者は、現在の日本のミッションからのもののような、より遠隔観測に落ち着かなければなりません。 今年の初め、あかつき宇宙船は、計画外の5年間の太陽の回り道を経て、ようやく金星の軌道からデータを中継し始めました。
さらに、NASAは、ディスカバリーファイナリストでもある独自の金星中心のミッションをさらに2つ検討しています。 VERITASと呼ばれる1つのプロジェクトは、Smrekarが主導し、惑星の地質を高解像度で研究できるオービターが関与します。 ゴダード宇宙飛行センターのロリ・グレーズが率いる2番目に提案されたミッションは、ダヴィンチと呼ばれるプローブを使用して金星のユニークな大気を分析します。
これらの努力により、金星が進化した理由を明らかにし、それが地球の違いを明らかにすることが期待されています。 現時点では、多くの研究者は、地球と金星はおそらくほぼ同じ物質から形成され、いくつかの要因のおかげで時間の経過とともに分岐したと考えています。 これらには、太陽との距離の違いや、地球の大部分を再溶解し、そのダイナミクスを変更する可能性があった、地球がその歴史の比較的後半に大きな衝突（月を形成した影響）を経験したという事実が含まれます。
しかし、私たちの太陽系の惑星がどのように形成され、どのプロセスが進化を形作ったかについてさらに知るまで、私たちは、もてなしの惑星を不毛の惑星と区別するものを知りません、とウォルシュは言います。 「宇宙には望遠鏡があり、他の星の周りに地球サイズの惑星を探していますが、惑星が金星に進化するのか、地球に進化するのかはわかりません」と彼は言います。 「そして、それはあるレベルでのボールゲーム全体です。」
