エンジニアは居住不可能な世界を理解するために人工のエイリアン溶岩を作った

焼けつくような暑さ、黒ずんだ灰の柱、ほとばしる溶岩の泉。地球上の火山の噴火は生と死のパラドックスですが、そのような悪夢に包まれた惑星全体に比べれば、何でもありません。

溶岩世界やその他の火山活動が活発な天体は、天文学者がこれまでに発見した宇宙の目的地の中でも最も魅力的なものであり、科学的にはいまだに最も解明が困難なものでもある。ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡による最初の一連の発見は、すでに進行中の研究と組み合わせることで、それらの秘密をより詳細に明らかにする可能性がある。王立天文学会月報の次号では、コーネル大学の科学者チームが、既存の大気と表面の組成データを用いて、地球上でモデル化と合成を行い、16個の太陽系外惑星のマントル（内部）を解明した。彼らは、火山の噴火を必要とせず、宇宙の他の遠い場所からの人工溶岩を研究室で作り出し、冷却することができた。

太陽系外惑星は、私たちの最も遠くを旅する宇宙探査機でさえ到達するのが難しいため、こうした遠く離れた世界に関する実験研究はほとんど行われていないと、この研究の主著者で、地球化学と火山学を研究するコーネル大学の工学教授、エステバン・ガゼル氏は言う。彼のチームの新しい研究は、潜在的なエキゾチックな太陽系外惑星の表面の「組成ライブラリ」を提供する初めての研究であり、太陽系外惑星ハンターが遠くの惑星や燃える宇宙環境を探す際に参照できる構成要素のローロデックスである。ガゼル氏と彼の研究室では、酸化マグネシウム、酸化鉄、二酸化ケイ素などの開始化学物質をさまざまな測定値で使用して、恒星の金属量データ、熱力学モデリングアルゴリズム、物理実験を細心の注意を払って組み合わせ、合成溶岩バッチを急いで作り上げた。最終結果は、いくつかの多孔質の火成岩、ガラスを含む結晶化したマグマ、そして手足を火傷することなく触れることのできる鉱物であった。

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最終的には、天文学者たちは、溶岩実験から得たチームのデータを使って、さまざまな太陽系外惑星の内部構造を解釈できるようになるだろう。将来的には、この惑星間パンフレットを使って、地球の灼熱の始まりを解明することもできるかもしれない。「さまざまな進化段階にある太陽系外惑星が数多くあります」とガゼル氏は言う。「その組成を解明できれば、地球がどのように進化したかについて多くの情報が得られるでしょう。」

きらめく青い海とそびえ立つ緑の森が出現する前、地球も溶岩惑星であり、溶けて居住不可能な惑星でした。45億年の寿命のある時点で、地球は、約41光年離れた55かに座eのような、他の超大型の地球の地獄のような風景に似ていたかもしれません。今日、火山は生命の産卵と維持に不可欠であることがわかっています。これらの揮発性プロセスは、大気の冷却、土地の形成、そして死んだ土を再び肥沃な肉に変えるのに役立ちます。

他の惑星を使って地球の起源を調査するのは決して新しいアプローチではないが、地球外惑星には地球では再現できないような化合物や物質といった異質の要素があると考えるのは自然なことだ。しかし、この研究の共著者でコーネル大学カール・セーガン研究所所長、天文学准教授のリサ・カルテネッガー氏は、そうではないと言う。肉眼では違って見えるかもしれないが、私たちの天界の近隣にある多くの惑星や恒星は、実際には同じ天体成分を、単に異なる方法で配置しているだけだと彼女は説明する。

「他の恒星を見ると、その周囲に惑星を作る円盤が見えます」と彼女は言う。「そして、これまでのところ、その円盤には説明できないものは何も見つかっていません」。つまり、彼らのチームは地球上で簡単に見つかる化学物質を使って、16 の人工表面すべてを作ることができたということだ。カルテネッガーは、彼らの研究は宇宙の全体像を描くための始まりに過ぎず、今後も改善され続けるだろうと言う。彼らは、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡から太陽系外惑星のデータを取り込む予定で、これは時間の経過とともに精度が増すだろう。

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望遠鏡の最初のデータ公開以来、いくつかの調整問題があったにもかかわらず、宇宙望遠鏡科学研究所の天文学者カール・ゴードン氏は、このような小さな障害はどんなミッションでも想定内だと言う。今回の唯一の違いは、科学者がいかに早くデータに飛びついているかだ、と彼は言う。「調整を説明する最も良い方法は、それが指数関数的だということです」と彼は言う。「最初はあまり良くないのですが、その後急速に良くなっていきます。」

カルテネッガー氏は、較正問題は単なる「踏み石」であり、JWST のミッションが続くにつれて解決し始めるだろうことに同意している。

「データに費やす時間が長くなればなるほど、私たちがまだ気づいていないニュアンスをより正確に発見できるようになると思います」と彼女は言う。

訂正（2022年10月5日） ：当初記事内の情報では、新しい研究はJWSTのデータを使用していると示唆されていました。チームが将来の実験でJWSTデータを使用する予定であることを明確にするために文言を更新しました。この記事の以前のバージョンでは、エステバン・ガゼルの名前のスペルが間違っていました。この誤りをお詫び申し上げます。