【ITニュース解説】Earth was born dry until a cosmic collision made it a blue planet

地球が「青い惑星」と呼ばれるのは、その表面の約7割が水に覆われているためだ。この豊かな水が生命を育み、多様な生態系を形成する基盤となっている。しかし、この地球上の膨大な水の起源については、長らく科学者たちの間で議論が続けられてきた大きな謎の一つだった。

従来の有力な説では、地球が形成された初期の段階で、彗星や小惑星のような地球外の天体が衝突し、それらが水やその他の揮発性物質を地球に運んできたと考えられてきた。これらの天体は氷や水を含んでおり、数えきれないほどの衝突を繰り返す中で、徐々に地球の水の総量が増えていったというシナリオである。しかし、この説だけでは説明しきれない点も存在し、地球の水がどこから、どのようにしてもたらされたのかという問いに対する決定的な答えはまだ見つかっていなかった。

最近の研究で、地球の水の起源に関して、全く新しい、かつ非常に説得力のあるシナリオが提唱された。この研究は、地球が誕生したばかりの頃は、現在の姿からは想像もできないほど乾燥した惑星だったという前提に立っている。私たちが住む地球は、はじめから水を豊富に持っていたわけではないというのだ。それでは、いつ、どのようにしてこれほど大量の水を得たのだろうか。

この新しい説の中心にあるのは、約45億年前、地球がまだ形成途上にあった頃に起こった、一度きりの巨大な宇宙衝突である。この衝突は、地球が現在の大きさの約9割に達した頃に発生したとされている。衝突相手は、冥王星とほぼ同じか、それよりもわずかに大きい原始惑星だったと考えられている。この原始惑星は、地球とは異なる場所、具体的には現在の小惑星帯のような、太陽から比較的離れた冷たい領域で形成された。そのため、この原始惑星は水や揮発性物質を内部に豊富に含んでいた可能性が高い。

この大規模な衝突が地球に水をもたらす主要なメカニズムだったという。衝突によって、原始惑星が持っていた水は地球内部に深く取り込まれ、その大部分はマントルと呼ばれる地球の深い層に閉じ込められた。そして、衝突の衝撃と、それに続く地球内部の活動によって、徐々に水蒸気として地表に放出され、やがて冷却されて雨となり、海を形成していったと考えられている。この説の重要な点は、地球の水の大部分が、彗星や小惑星による度重なる衝突ではなく、たった一度の、しかし壊滅的な規模の衝突によってもたらされたという点にある。

この説を裏付ける根拠の一つとして、地球のマントルに含まれる水素の同位体比が挙げられる。水素には重水素と呼ばれる少し重い同位体が存在し、その比率は天体の形成された場所や環境によって異なることが知られている。この研究では、地球のマントル中の水素同位体比が、太陽系外縁部で形成された可能性のある原始惑星のそれと一致することを示唆している。これは、地球の水の供給源が、太陽系内側の乾燥した領域ではなく、太陽系外縁部から来た天体であることを強く示唆する証拠となる。

また、月の形成についてもこの衝突が深く関わっていると考えられている。月は、地球に衝突した巨大な天体の破片が、地球の周囲を回る軌道に乗って集積し、形成されたというジャイアント・インパクト説が有力である。この新しい水の起源説は、月の形成と地球の水の起源という、太陽系における二つの重要な出来事を一つのシナリオで結びつけるものだ。衝突の際に飛び散った物質は月を形成し、同時に地球は水を得たというわけである。このシナリオは、地球と月の現在の化学組成の類似点や相違点も説明しやすくなる。

この研究成果は、地球の生命の起源を考える上でも非常に重要な意味を持つ。もし地球が初期に乾燥した状態であったなら、生命が誕生するのに必要な水がどこから来たのかという問題は、より複雑なものとなる。しかし、この一度の巨大衝突によって地球が大量の水を手に入れたという説は、生命の誕生に必要な環境が比較的早期に整った可能性を示唆する。これは、太陽系外の惑星における生命探査においても、水の供給源を考える上での新たな視点を提供するかもしれない。例えば、他の惑星系でも同様の巨大衝突によって水が供給された可能性を考慮に入れることで、生命が存在しうる惑星の探索範囲が広がる可能性も考えられる。

今回の研究は、地球の水の起源に関する私たちの理解を大きく前進させるものだ。地球が、はじめは乾燥した岩石惑星として誕生し、その後、たった一度の劇的な宇宙衝突を経て、現在の豊かな水を持つ青い惑星へと変貌を遂げたという、地球の成り立ちに関する重要な洞察を提供する。それは、地球の歴史が極めて動的で、特定の偶発的な出来事によって形成されてきたことを改めて示唆している。