本ページでは惑星システム研究室でなぜ天体衝突現象に注目して研究を行うのか?を解説します.

惑星科学, 宇宙生物学の「問い」と惑星システムの導入

地球はなぜ水と生命が溢れる惑星になったのでしょうか? そしてなぜ我々は知的生命体に進化することができたのでしょうか? これは人類が抱く究極の問いの一つでありましょう. 文系, 理系を問わずこれまでに様々な探究が行われてきました. 

世界は途方もなく複雑で, 現代のコンピュータをもってしても全てを第一原理に従って厳密に扱うことは不可能です. それでは上記の問いに科学的に取り組むにはどうしたらよいでしょうか ? 「惑星システム」という概念を導入すると見通しがよくなります. 「惑星システム」とは惑星を特徴的な構成要素に分け, それぞれが歯車のように連結, 連動する様態を指す言葉です. 構成要素をどれだけ粗く(あるいは細かく)分けるか, によって見えてくる現象は異なります. 本質を失わない範囲で惑星を歯車の集まりとみなすことで科学的な検討が可能になります(※1). 

地層には惑星システムの営みの結果が刻まれています. 平時は歯車は微調整を繰り返して回り続けることでしょう. 近代まで人類が抱いていた世界観は「今日起きたことは明日も起きるだろう.」というものです. このような日常の中で小さな小さな変化を繰り返して惑星システムが進化してきたという立場を「斉一漸近説」と呼びます. ところが1,980年にこの考え方とは大きく異なる「激変説」が受け入れられるようになりました. きっかけは白亜紀–第三紀境界層(K/Pg境界層)に地球外物質の濃集が確認されたことです. たった1発の天体衝突により歯車が乱され,  異なる形へ組み直されてしまったことが周知されたのです(※2). 激変説は一回の偶然による激変がその他の小さな必然の変化の蓄積を上回るという立場をとります.

天体衝突は過去の惑星惑星システムの「探針」

仮に1発の天体衝突で何が起こるのか?完全に理解できたならば, 過去の地球表層がどのような姿だったのか? 現在から過去に向けて遡って復元していくことができるかもしれません. ある時点で天体衝突による歯車が乱され, 組み直されたならば, 過去の地球システムの情報を引き出すことができるでしょう. なぜなら壊され方, 組み直され方自体も当時の地球の環境を反映しているはずだからです. 私たちは天体衝突現象を過去の惑星システムを調べるための「探針」と捉えています. 

脚注

※1

例えば2021年にノーベル物理学賞を受賞された真鍋淑郎先生は宇宙空間(外部境界条件), 大気(18層), 海洋(外部境界条件)と分割した鉛直1次元モデルを作成し, 地表面温度が変数(太陽光度, 二酸化炭素混合率など)にどのように変化するのか?を示しました.

※2

地質学者であったWalter Alvarez博士がK/Pg境界層中の地球外物質を発見しました. しかし, 論文が受け入れられるかわからなかったことから, 父でありノーベル物理学賞受賞者であったLuis W. Alvarez博士を筆頭著者として発表しています. 当時の世相ではそこまでしないと受け入れられないような世界観の激変をもたらす発見でした. 

※3

月は地球のHill圏内(地球以外の天体からの重力を無視できる領域)に存在しています. そのためHill圏の外からは地球と月は区別できません. Hill圏内に侵入した天体は地球と月の断面積の比の割合で地球か月に衝突するか, あるいは再びHill圏外に流出します. 地球と月の幾何学的な断面積比は~16ですが, 地球の重力による軌道収束効果を加味すると衝突断面積比は22–24です. つまり地球には月の~20倍の頻度で天体衝突が起こってきたことになります.