謎のマグマ海が太陽系で最も火山活動が活発な世界を動かす可能性がある

私たちの太陽系には、氷の世界と火の世界があります。木星の衛星イオは、火山が点在し、溶岩の流出によってひび割れた火の世界の最良の例です。

この火の球の仕組みを説明するために、多くの競合する理論があります。惑星科学ジャーナルに掲載され、2022年のアメリカ地球物理学連合秋季会議で発表された新しい研究では、コンピューターシミュレーションを使用して火山の世界の内部で何が起こっているかを絞り込み、その表面の下には焼けつくようなマグマの海があることを示唆しています。

マグマの海は、太陽系の初期には岩石惑星や衛星によく見られたと考えられているが、時とともに冷却されたため現在ではほとんど存在しない。イオの焼けつくような海は唯一生き残った例である可能性があり、科学者らはこれを間近で観察する機会を得ている。

「マグマの海が存在するかどうかは、イオの活動の仕方を本質的に変え、イオのさまざまな観測の解釈に大きく影響します」と、新しい研究論文の主執筆者であるカリフォルニア工科大学の惑星科学者、宮崎義則氏は言う。

地球上の火山は、地球のプレート移動によって発生します。イオの火山は、潮汐加熱と呼ばれるまったく異なるメカニズムによって発生します。潮汐加熱では、大きな物体 (この場合は木星) が重力によって近くにある別の物体を押しつぶしたり伸ばしたりして、摩擦によって加熱します。粘土を手でこねて柔らかく暖かくするようなものです。この地質学的現象のおかげで、イオは多くの火山を維持するのに十分な暖かさを持っています。

「イオでは潮汐加熱が激しく、太陽系で最も火山活動が活発な惑星の一つを形成し、常時100以上の活火山が存在する」と、研究チームとは関係のないNASAジェット推進研究所の惑星科学者、ジェームズ・タトル・キーン氏は言う。「イオの潮汐加熱は非常に激しいため、このプロセスを理解するには最高の自然の実験室となっている」

イオの下に何があるのか​​については長年議論が続いてきた。この地獄のような月の表面を見る前から、科学者たちはイオの激しい潮汐加熱により岩石の地殻の下にマグマの海が荒れ狂っているのではないかと推測していた。しかし、ボイジャーが ガリレオがイオの険しい地形を明らかにした後、天文学者たちは地下のマグマの海がこれほど重い山々を支えられるのか疑問に思い始めました。

その後、科学者たちは方向転換し、内部はただの岩石で、内部に小さな溶解した粒子があるという説を提唱した。最近の仮説では、内部は純粋なマグマと純粋な岩石の中間、つまりマグマスポンジと呼ばれる部分的に溶解した塊である可能性があると提唱されている。「マグマスポンジは食器用スポンジやサンゴスポンジのようなもので、固体と液体が完全に相互につながっています」とタトル キーンは説明する。「つまり、液体、つまり石鹸水やマグマはスポンジを通り抜けることができますが、スポンジは構造的にある程度の完全性を維持しています。」

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しかし、この新しい研究では、コンピューターモデルを使用して、イオの内部がマグマスポンジである可能性は低いことを示し、ガリレオ衛星の既存の観測を考慮すると、マグマの海が存在すると考える方がはるかに理にかなっている。

イオ内部の状況に関する合理的な仮定に基づき、コンピューターシミュレーションでは、マグマスポンジがマグマと岩石の異なる層に急速に分離し、マグマの海が形成されると予測された。「しばらく放置するとスラッシュアイスの中の氷と水が分離するのと同じように、溶融物と岩石は急速に分離する傾向がある」と、この研究には関与していないカリフォルニア大学サンタクルーズ校の地質学者フランシス・ニモ氏は言う。

残念ながら、これらのモデルではイオにマグマの海があるかどうかを明確に証明することはできません。そのためには、この小さな火の衛星に探査機を送り返す必要があります。

宮崎氏は、2023年12月と2024年2月に予定されているジュノー探査機によるイオへの接近飛行を楽しみにしている。この飛行では天文学者がラブ数と呼ばれるイオの特性を測定する予定だ。この数値は、惑星の内部がどの程度硬いか、あるいは柔らかいかを示す指標である。「ラブ数が大きければ、イオの地下にマグマの海が存在することが確認されるでしょう」と宮崎氏は説明する。

たとえマグマの海が確認されたとしても、「イオの内部構造を理解するには、まだ多くの不確実性があります」とタトル・キーン氏は言う。「イオと木星系を探索するには、将来のミッションが必要です。この火山衛星を詳細に探査できるイオ専用のミッションが実施されるまで、多くの疑問は未解決のままです。」