【解明・宇宙の仕組み】 「海の誕生」 まとめ

下記番組のまとめを書きます。

放送局ディスカバリーチャンネル
番組名解明・宇宙の仕組み
S4-7「海の誕生」
原題HOW THE UNIVERSE WORKS
「The First Oceans」
放送日時2015年

目的は、「見逃してしまった人に、概要だけでもお伝えすること」です。

タイトル一覧はこちらです。

導入部より引用

地球上の生命は、海や川、雨に支えられています。

水の惑星、地球は特殊なのでしょうか?

それとも宇宙には同じような天体が他にもあるのでしょうか?

地球の海の起源を解明することで宇宙の生命の謎が解けるかもしれません。

概要

地球に大量の水がある理由を探ります。

結論としては、
・地球形成時に、移動してきた木星からもらった水が大半
・それに加えて、後期重爆撃期に地球に降ってきた彗星や小惑星の水も追加された
としています。

詳細

■ ビッグバンからの水の歴史

・ビッグバンから30万年以上はプラズマ状態

・電磁気力によって電子と原子核が結合して水素原子が誕生
 ⇒電気的に中性化

・恒星が誕生

・酸素原子が誕生

・水分子が誕生

・水はチリに付着して氷の結晶になる

・氷を含んだガスの密度が高まって、重力による収縮開始
 ⇒太陽系形成の始まり

・ガスの雲には地球の海の数百万倍の水が存在したともいわれる

・ガスの雲の中心部に物質が引き寄せられると次第に温度と圧力が高まっていく
 ・その結果すさまじいエネルギーが生じ、のちに太陽となる原始星が誕生

・形成中の恒星(原始星)の近くの水は恒星に取り込まれ、高温のジェットとなって宇宙空間に噴出した

・ジェットの中にある水は低温の宇宙空間で冷やされて氷の粒に変化、猛烈なスピードで原始星から遠ざかる

・太陽の温度が上がると周囲の氷は水、水蒸気になる

・太陽風で水は吹き飛ばされる
 ・後に残るのは水の痕跡をわずかにとどめたチリだけ

・太陽から離れると温度が下がる
 ・太陽から8億キロの距離に「スノーライン」と呼ばれる、水が水蒸気か氷かの境界ができる
  ・スノーラインの外側では水は氷る
   ・木星、土星、天王星、海王星
  ・スノーラインの内側では氷は溶ける
   ・地球にはほとんど水はなかった
    ・そのわずかな水も小惑星が衝突すれば熱で蒸発する

■ スノーラインの内側の地球がどうやって水を手に入れたのか?

【仮説1】 彗星が運んできた説

後期重爆撃期に、氷でできた彗星が地球に水をもたらしたとする説。

計算の結果、今の海ができるには彗星が2000万~3000万個必要。

水のうち、半重水(重水素原子を含む水)を含む割合を調べれば、その水がカイパーベルトの彗星起源かどうかがわかる。
しかし実際に地球で観測された彗星(ハレー彗星、百武彗星、ヘールボップ彗星)と地球の水の反重水の割合を調べてみたところ、彗星の水の方が多くの反重水を含んでいた。
⇒ 地球の水は彗星起源ではないかも

【仮説2】 小惑星が運んできた説

後期重爆撃期に、無数の小惑星が地球に衝突、衝突によって生まれた高温の熱で小惑星に閉じ込められた水が放出されたとする説。

小惑星ベスタには水の痕跡があり、その特徴は地球の水と一致した。

小惑星由来の隕石を調査してみると、石に見えるが20%は水でできていることがわかった。岩石を構成する物質と化学的に結合している。

今では小惑星はその内部に大量の水を含んでいると考えられている。

太陽系には、火星と木星の間に、木星の重力の影響で惑星になり損ねた無数の岩石がある。小惑星帯を形成。

【仮説3】 地球が形成するときに木星からもらった説

後期重爆撃期より前に、木星がやってきて水をまいてくれたとする説。
「グランド・タックモデル」

・地球には、地中深くにも多くの水が眠っていることが判明。
 ・高温の岩石の層で、岩石と結合する形で

・太陽系以外の惑星の観測によって、惑星は移動することが判明。

・グランド・タックモデル
 ・木星が太陽系の中を大きく移動したとする説
  ・ちょうど地球が形成する頃、木星がスノーラインの外からやってきて、水をまき散らして、スノーラインの外に帰っていった
  ・火山活動で地上に出てきた
 ・これが正しいとすると、地球の水のほとんどは木星が運んできたことになる
  ・地球だけではなく火星や金星も。
  ・なぜ地球だけ水が残ったか?
   ・水星・・・小さくて重力が小さいので水を保持できない
   ・金星・・・太陽に近いので水は蒸発して宇宙空間に失われた
   ・火星・・・地球より小さいので早く冷えて磁場が小さい。水は水素と酸素に分解され、水素は太陽風に吹き飛ばされた。酸素は火星の岩に取り込まれた。だから火星は赤っぽい。

感想、個人の意見

数々の状況証拠から、水の起源を探り当てる様子が探偵のようで面白いです。
それまでの状況証拠をはるかに凌ぐ状況証拠が新たに発見されて仮説が一変したり(この番組でいうと地球の地中深くの岩石に結合した水の発見がそれにあたります)。
科学的な考え方を理解できます。

タイトル一覧はこちらです。

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