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ダイヤモンドの惑星 ~木星や土星には大量のダイヤが埋蔵されている~

ダイヤモンドの惑星 ~木星や土星には大量のダイヤが埋蔵されている~科学
ダイヤモンドの惑星 ~木星や土星には大量のダイヤが埋蔵されている~

 

地球上では、非常に希少価値の高いダイヤモンド。そんなダイヤモンドが、木星や土星には大量に埋蔵されている可能性があります。

また、地球から40万光年先にある惑星、蟹座55番星eに至っては ダイヤモンドが主な構成素になっている可能性すらあるそうです。

今回は、そういった太陽系の惑星に埋蔵されるダイヤモンドと、遠く離れた蟹座55番星eについてご紹介します。

 

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木星と土星のダイヤモンド

カリフォルニア・スペシャルティ・エンジニアリングの モナ・デリツキー氏とウィスコンシン大学マディソン校のケビン・ベインズ氏の二人の惑星科学者の研究により、木星と土星がダイヤモンド生成に適した環境を安定して維持していることが発表されました。

二人は、土星の嵐によって炭素粒子が活発に生成されていることを示す観測データと、新しいアプローチの実験により 解明された極限状況下での炭素の振る舞いを照らし合わせて、1000万トン以上という莫大な量が木星と土星に埋蔵されている可能性を導き出しました。

二人の研究では、ダイヤモンドの融解点が約7,700℃であることが解明されたこと、及び、木星や土星における内部圧力と温度構造が解析されたことをもとに分析が進められ、固体ダイヤモンドが両惑星の鉛直領域上に広く分布している可能性があると結論づけられています。

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この研究の発表以前は、太陽系に存在する惑星の内、ダイヤモンドが埋蔵されている惑星は、地球と天王星、そして海王星の3惑星といわれていました。

天王星や海王星では、大気中のメタンガスが、超高温高圧の環境下でダイヤモンドへの変換が行われ、惑星の内部へ蓄積されていっているとされています。

一方、木星や土星の場合は、天王星や冥王星と比較して気温は低く、大気中に含まれるメタン濃度も高くないことから、これまではダイヤモンドが埋蔵されているとは想定されていませんでした。

特に大気中に含まれるメタン濃度の差は大きく、木星が0.2%、土星が0.5%程度なのに対して、天王星や海王星は15%程度の濃度を有しています。

しかしながら、土星探査機カッシーニが観測した、土星の上層雲で度々発生する嵐により、ダイヤモンドの生成が発生している可能性が浮上してきました。

同じような嵐は、木星でも観測されているため、この研究結果に至ったということです。

 

なぜ、木星や土星でダイヤモンドが生成されるのか

今回の研究によれば、土星の嵐で分解され、生成された非晶質(ひしょうしつ)の炭素が惑星中心部へ向かい降下して、密度の近い地点に達すると、圧力上昇の影響によりグラファイトへ変換される可能性が確認されました。

さらにグラファイトが惑星中心部へ効果を続けると、高温高圧力環境の影響でダイヤモンドへの変換が起こります。

この現象により、土星では年間1000トンを上回るダイヤモンドが生成されており、3万キロメートルに及ぶ対象層内には、1000万トンを超える量が埋蔵されていると推測されています。

木星の場合は、大気最深部が極限的環境であるので、液体の状態でダイヤモンドが存在し、海を形作っていると想定されます。

その海よりさらに惑星深部では、水素の原子化やイオン化が行われ、ダイヤモンドはさらに別の物質に変換されている可能性が高いとされています。

天王星や海王星の内部温度は低く、その融解点に達していないため、この二つの惑星ではダイヤモンドは固体で存在するとされています。

一方、木星や土星のダイヤモンドは最終的には融解している可能性はあるものの、そこに行き着くまでの過程では固体を形成しています。

惑星嵐の雷によって最初に作られる「すす」は僅か1ミクロン程度ですが、雨粒のように惑星内部へ降り注ぐにつれ 大きくなっていき、一部は氷山を形作るまでに巨大化するとされています。

モナ・デリツキー氏によれば、将来的にはロボット探査機により、木星や土星に眠るダイヤモンドを採掘できる日がくるかもしれないということです。

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炭素惑星論

炭素やその化合物を主な構成素とする固体天体である炭素惑星は、アメリカ合衆国の天体物理学者であるマルク・クチナー氏によって提唱されていました。

しかしながら、2011年以前の段階では実際には確認されておらず、理論上の惑星でした。地球の場合は、酸素がその構成素の多くを占めており、炭素にあたっては たったの0.1%程度の構成比となっています。

そのために、地球上では化石燃料やダイヤモンドといった炭素がベースとなっている物質の希少価値が高くなっているのです。

マルク・クチナー氏の理論では、炭素を主な構成素とする惑星は銀河系の中心部分に存在すると推測されています。

炭素が主な構成素となっている惑星では、石油とタールの化合物で構成された海があり、地表はメタンの穴と黒いヘドロの泡で覆われていると考えられています。

また、惑星内に降り注ぐ雨は、ガソリンやアスファルトの様なものであり、見方を変えると惑星全体が油田のような状況であるといえます。

もちろん、炭素が豊富にあることから、ダイヤモンドも大量に埋蔵されている可能はありますが、たとえその惑星に到達できたとしても、その厳しい環境から採取は困難でしょう。

また、炭素惑星はその大気構成や安定的な高温環境、活発でない地質学的活動などから、生命は存在していないと考えられます。

 

蟹座55番星e

恒星周囲を公転する惑星の一つに、蟹座55番星eという星があります。蟹座55番星eはスーパーアースに分類される岩石惑星で、その直径は地球の2倍であり、質量は8倍に至ります。

蟹座55番星eが 主星の前を通過するのが初めて観測されたのは、2011年のことでした。この惑星の公転軌道は主星から非常に近い位置であるため、その公転周期はたったの18時間です。

そのような主星との位置関係のため、惑星表面の温度は2150℃に至り、あらゆる生物が生存できない環境となっています。一方で、ダイヤモンドの生成に関しては、理想的な環境条件であると言えます。

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ダイヤモンド惑星の発見がもたらすもの

アメリカ航空宇宙局が所有するスピッツァー宇宙望遠鏡により収集された、55番星eの質量と軌道距離データから 55番星eのコンピューターモデルが作成され、そこから 惑星の化学組成の推定が行われました。

その研究を主導した イェール大学の研究員であるニック・マドゥスダン氏は、長らくサイエンスフィクションの中で描かれてきたダイヤモンドで構成された惑星が見つかったことは 大発見であると述べています。

炭素を主な構成素とする惑星は 他には見られず、このことは惑星の化学組成に関する常識を根本から覆すものになるということです。

巨大な宝石ともいえるこの惑星が位置するのは、地球から40光年の地点であり、比較的近くの惑星といえます。

明かりの少ない夜空では、蟹座のなかに輝く55番星eの主星を 肉眼で確認することも可能です。今回の研究結果は、既存研究により 想定されている55番星eの主星の化学組成とも一致しています。

ニック・マドゥスダン氏は、主星とその回りに公転軌道を持つ惑星が、元々同じ原始円盤から発生したと仮定すれば、その惑星系内の主星と各惑星の化学組成が似通っていることも理解できるとしています。

プリンストン大学の天文学者である デイビッド・スパーゲル氏によれば、この55番星eの発見を、これまでに観測されたことのない化学組成を有する、新種の惑星が発見されたケースであると言うことです。

主な構成素が酸素及びケイ酸塩である太陽系とは異なり、55番星eを含む惑星系は 炭素が主な構成素となっています。

この研究結果が、惑星系の進化の過程を解き明かすために どのような影響を及ぼすのかは 現時点では測りかねますが、その解明のための大きな一歩であることは間違いないでしょう。

 

いかがでしたか?
今回は太陽系に存在するダイヤモンドと、蟹座55番星eの発見について紹介させていただきました。残念ながら、それらのダイヤモンドを地球にいる我々が採取できるのは遠い未来の話かもしれませんが、これらの研究はこれからの惑星系の研究に大きな影響を与えるでしょう。今回紹介させていただいた研究のように、これからも少しずつ宇宙の神秘は解明されていくのかもしれません。
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