天王星と海王星は似た一対に見えるが、その化学組成は、両者が異なる場所で異なる物質から形成されたことを示唆している。
天文学・天体物理学誌に発表された研究は、大気化学と輸送のモデル、およびチリのALMA干渉計などによる一酸化炭素の観測を用いて、両惑星の深部の炭素対酸素比を推定した。この比率は、惑星が形成された物質の化学的な指紋として機能する。
間接的に測る隠れた比率
どちらの惑星の深部大気も採取することはできない。幾重にも重なる雲の層が直接の観測を遮り、これまで接近通過したのは1986年と1989年のボイジャー2号だけだ。
一酸化炭素が手がかりとなる。これは深い層で形成されるか存在し、雲を通って望遠鏡で見える高さまで運ばれるため、その濃度ははるか下の領域の情報を運んでいる。
研究チームは、海王星が天王星よりも酸素に著しく富むように見えることを発見した。炭素の推定値と合わせると、海王星の炭素対酸素比はより低くなる。取り得る値の範囲はまだ重なっているが、両惑星が若い太陽を取り巻く円盤の同じ領域で同じ混合物から成長したのであれば、この違いは説明しにくい。
いとこであり、双子ではない
初期太陽系が化学的にどう進化したかのモデルと結果を比較し、著者らは別々の歴史を提案している。天王星は比較的遠く、現在の軌道付近で形成された可能性がある。海王星は太陽に近い、固体がより多くの酸素を含む領域で始まり、その後外側へ移動した可能性がある。
「天王星と海王星は今日、双子のように見えるかもしれないが、その化学組成は、非常に異なる歴史を持ついとこのようなものだと教えてくれている」と、共著者でサウスウエスト研究所のオリビエ・ムシス氏は述べた。
この結果は2つの惑星にとどまらない意味を持つ。この規模の天体は、これまでに見つかった約6000個の系外惑星の半分以上を占めるため、氷惑星がどのように組み立てられるかは、既知の惑星の大きな割合についての考え方を形作る。
残された疑問
著者らは、全体像はまだ確定していないと述べている。深部大気の鉛直混合は依然として大きな不確実性の源であり、より良い測定が必要だ。米国科学アカデミーが2023年に惑星科学の最優先課題に位置づけた天王星周回探査機・プローブのような専用ミッションが、決着に役立つだろう。