【ITニュース解説】Isotopic analysis determines that water once flowed on asteroid Ryugu

日本の宇宙探査機「はやぶさ2」が小惑星リュウグウから持ち帰った貴重なサンプルを詳細に分析した結果、リュウグウに過去、水が流れていたことが科学的に証明された。この発見は、地球の水の起源や太陽系の初期の姿を解き明かす上で非常に重要な手がかりとなる。

まず、小惑星リュウグウについて簡単に説明する。リュウグウは太陽系の小惑星帯を公転する、炭素を多く含むC型小惑星だ。このような小惑星は、太陽系の形成初期に作られた天体の名残と考えられており、水や有機物といった生命の材料となる物質を豊富に含んでいる可能性がある。2014年に打ち上げられた「はやぶさ2」は、リュウグウに接近し、2019年に表面と地下の物質を採取し、2020年末に地球へ帰還カプセルを届けた。このカプセルに含まれていた砂粒のようなサンプルが、今回の研究の対象となった。

サンプル分析の鍵となったのは、「同位体分析」という手法だ。物質を構成する原子には、同じ種類の原子でありながら、中性子の数が異なるものが存在する。これらを「同位体」と呼ぶ。例えば、水分子を構成する水素原子には、通常の水素（軽水素）の他に、中性子を一つ持つ重水素という同位体がある。また、酸素原子にも、中性子の数が異なるいくつかの同位体が存在する。自然界に存在するこれらの同位体の比率は、その物質がどのような環境で、どのように形成されたかによって微妙に異なる。同位体比は、その物質がたどってきた歴史を物語るのだ。研究者たちは、リュウグウのサンプルに含まれるごく微量の水や水を含んだ鉱物（粘土鉱物など）を抽出し、精密な機器を使って水素や酸素の同位体比を測定した。

この同位体分析の結果、リュウグウのサンプルから見つかった水には、地球の水とは異なるが、過去に液体として存在したことを強く示唆する特徴的な同位体比が検出された。具体的には、サンプル中の水分子を構成する水素や酸素の同位体の比率が、単なる氷の状態では説明できない、水と岩石が反応した結果と解釈できるものだった。これは、リュウグウの内部でかつて液体の水が岩石と接触し、化学反応を起こした痕跡であることを意味する。

では、なぜリュウグウのような小さな天体で水が流れたのだろうか。その答えは、リュウグウが形成された初期の段階、つまり今から約45億年前の太陽系誕生直後にさかのぼる。リュウグウは、かつてもっと大きな「親天体」の一部だったと考えられている。この親天体の内部には、ウランやトリウムといった「放射性元素」が豊富に含まれていた。放射性元素は、不安定な原子核が崩壊する際に熱を放出する性質がある。この崩壊熱が親天体の内部を温め、それまで氷の状態だった水を溶かして液体の水に変えたのだ。液体となった水は、親天体の岩石の割れ目などをゆっくりと流れ、周囲の岩石と化学反応を起こした。その結果、元々の岩石の性質が変化し、「粘土鉱物」と呼ばれる水を含んだ新しい鉱物が形成された。リュウグウのサンプルから発見されたこれらの粘土鉱物こそが、かつて液体としての水が存在した確かな証拠となる。

この発見がもたらす意味は非常に大きい。地球上に存在する大量の水がどこから来たのか、という問いは長年の科学的な謎だった。かつては彗星によってもたらされたと考えられていたが、近年では、リュウグウのようなC型小惑星が、初期の地球に衝突することで水を運んできた可能性が指摘されている。今回のリュウグウでの液体の水の痕跡の発見は、この「小惑星起源説」を強力に裏付けるものとなる。また、液体の水が存在する環境は、生命の誕生にとって不可欠な条件の一つだ。リュウグウのような小惑星の内部で水が流れ、有機物と反応していたとすれば、宇宙における生命の起源を探る上でも貴重な情報を提供する。

今回の研究は、ごく小さな宇宙のサンプルから、最先端の分析技術を駆使して数十億年前の出来事を読み解く、科学探求の素晴らしい例である。この発見は、太陽系の初期の進化、地球の水の起源、そして生命の可能性に対する私たちの理解をさらに深めることに貢献するだろう。