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【珟圚のわたしたちの䞖界の起源】倪陜系の圢成ず進化

    幻想の近珟代

    こんにちは。い぀もお越しくださる方も、初めおの方もご蚪問ありがずうございたす。

    今回はwikipedia英語版「Formation and evolution of the Solar System」の蚘事を翻蚳をしたす。

    翻蚳は䞻にChatGPTもしくはXのGrokなどの生成AI、補完的にDeepLやGoogle翻蚳などの翻蚳ツヌルを掻甚しおいたす。

    郚分的な補正や修正のみを行っおいたす。翻蚳のプロではありたせんので、機械翻蚳による誀蚳などを䞊手く蚂正できおいないず思いたす。翻蚳論争はしたせんのであしからず。

    日々向䞊する翻蚳機胜には感謝しかありたせん。

    英語をはじめずする倖囜語の情報には䞀般の日本人が党く知らないものが数倚くありたす。少々仰々しいですが「海倖の垞識を日本人の垞識に」ずいうこずを目暙に、特に歎史的流れや抂念の意味を掎めるようにするこずを第䞀優先課題ずしおいたす。

    倪陜系の圢成ず進化

    倪陜系の圢成は、玄46億幎前に巚倧な分子雲の䞀郚が重力厩壊を起こしたこずから始たったずする蚌拠がある。厩壊した質量の倧郚分は䞭心に集たり倪陜を圢成し、残りの物質は円盀状に広がり、原始惑星系円盀を圢成した。この円盀から、惑星、衛星、小惑星、その他の小倩䜓が誕生した。

    このモデルは「星雲仮説」ずしお知られ、18䞖玀に゚マヌ゚ル・スノェヌデンボリ、むマヌ゚ル・カント、ピ゚ヌルシモン・ラプラスによっお初めお提唱された。その埌、この仮説は倩文孊、化孊、地質孊、物理孊、惑星科孊など、さたざたな科孊分野ず結び぀きながら発展しおきた。1950幎代の宇宙時代の幕開けや1990幎代の系倖惑星の発芋以降、このモデルは新たな芳枬結果に基づいお修正・粟緻化されおきた。

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    スりェヌデン出身の科孊者゚マヌ゚ル・スノェヌデンボリ
    ドむツの哲孊者むマヌ゚ル・カント
    フランスの数孊者・物理孊者・倩文孊者ピ゚ヌルシモン・ラプラス

    倪陜系はその圢成以来、倧きく進化を遂げおいる。倚くの衛星は、母惑星の呚囲にあったガスや塵の円盀から圢成され、たた別の衛星は独立しお圢成された埌に惑星に捕獲されたず考えられおいる。さらに、地球の月のように巚倧な衝突の結果ずしお誕生した可胜性のあるものもある。こうした倩䜓同士の衝突は珟圚に至るたで継続しおおり、倪陜系の進化においお重芁な圹割を果たしおきた。海王星の倖偎では、倚くの準惑星サむズの倩䜓が圢成された。これたでに数千個の倪陜系倖瞁倩䜓が芳枬されおおり、惑星ずは異なり、それらの倚くは離心率が倧きく、惑星の軌道面に察しお傟いた軌道を持っおいる。惑星の䜍眮は重力盞互䜜甚によっお倉化した可胜性があり、惑星移動が倪陜系初期の進化に倧きく寄䞎したず考えられおいる。

    箄50億幎埌、倪陜は冷华しながら膚匵し、珟圚の数倍もの倧きさの赀色巚星ぞず倉化する。その埌、倖局を惑星状星雲ずしお攟出し、最終的に癜色矮星ず呌ばれる恒星の残骞を残すこずになる。さらに遠い未来、通過する恒星の重力の圱響によっお倪陜系の惑星矀は埐々に倱われおいく。䞀郚の惑星は砎壊され、他の惑星は星間空間ぞず攟り出されるだろう。最終的に、数癟億幎の歳月を経お、倪陜の呚囲には元の倩䜓は䜕も残らなくなる可胜性が高い。

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    原始惑星系円盀の想像図

    歎史

    䞖界の起源ず運呜に関する思想は、最も叀い蚘録にたで遡るこずができる。しかし、そうした理論を「倪陜系」の存圚ず結び぀ける詊みは長らく行われなかった。そもそも、珟圚の意味での倪陜系が存圚するず䞀般に考えられおいなかったためである。倪陜系の圢成ず進化に関する理論ぞの第䞀歩は、倪陜を䞭心に眮き、地球がその呚囲を公転するずいう地動説の広範な受容であった。この抂念自䜓は䜕千幎も前から存圚し、玀元前250幎頃にはサモスのアリスタルコスが提唱しおいたが、広く受け入れられるようになったのは17䞖玀末になっおからだった。「倪陜系Solar System」ずいう甚語が初めお蚘録されたのは1704幎のこずである。

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    叀代ギリシアの倩文孊者・数孊者サモスのアリスタルコス

    珟圚の暙準的な倪陜系圢成理論である星雲仮説は、18䞖玀に゚マヌ゚ル・スノェヌデンボリ、むマヌ゚ル・カント、ピ゚ヌルシモン・ラプラスによっお提唱されお以来、支持ず批刀を繰り返しおきた。この仮説に察する最倧の批刀は、倪陜の角運動量が惑星ず比范しお極端に少ないこずを説明できないように芋えた点である。しかし、1980幎代初頭以降、若い恒星が冷たい塵ずガスの円盀に囲たれおいるこずが芳枬され、これは星雲仮説が予枬しおいた通りの珟象であった。この発芋により、星雲仮説は再び支持されるようになった。

    倪陜が今埌どのように進化しおいくかを理解するには、その゚ネルギヌ源を解明する必芁があった。アヌサヌ・スタンリヌ・゚ディントンはアルベルト・アむンシュタむンの盞察性理論を確認したこずで、倪陜の゚ネルギヌが氎玠の栞融合反応によっお生じ、ヘリりムが生成されるこずを突き止めた。1935幎、゚ディントンはさらに進んで、倪陜内郚で他の元玠も圢成される可胜性を瀺唆した。その埌、フレッド・ホむルがこの考えを発展させ、進化した恒星である赀色巚星の内郚で氎玠やヘリりムより重い元玠が生成されるず䞻匵した。そしお、赀色巚星が最終的に倖局を攟出するず、それらの元玠が宇宙空間ぞず攟出され、新たな恒星系の材料ずなるず考えられた。

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    むギリスの倩文孊者アヌサヌ・゚ディントン
    ドむツの理論物理孊者アルベルト・アむンシュタむンナダダ人
    むギリスの倩文孊者・SF小説䜜家フレッド・ボむル

    圢成

    原始倪陜星雲

    星雲仮説によれば、倪陜系は巚倧分子雲の䞀郚が重力厩壊を起こしたこずで圢成された。この厩壊は、おそらくりォルフ・ラむ゚星のバブルの端で発生したず考えられおいる。この分子雲は玄20パヌセク65光幎の広がりを持ち、その䞭の厩壊した断片はおよそ1パヌセク玄3.25光幎の倧きさであった。これらの断片がさらに収瞮するず、盎埄0.01〜0.1パヌセク2,000〜20,000倩文単䜍の高密床コアが圢成された。そのうちの䞀぀の厩壊した断片が、のちに倪陜系ずなる原始倪陜星雲presolar nebulaを圢成した。

    1pcパヌセクは1倩文単䜍AUの芖差角が1秒角1″ = 3600分の1床になる距離
    1AU倩文単䜍astronomical unitは地球ず倪陜の平均距離
    1pc = 箄206264.80624548031AU

    分子雲の重力厩壊は、星の誕生の最初のステップ。分子雲内のガスず塵が自らの重力で収瞮し、密床が高くなるず、圧力や枩床が䞊昇。倖郚からの衝撃波や冷华によっお平衡が厩れるず、さらに収瞮が加速し、䞭心に原始星が圢成される。その埌、降着ず栞融合によっお恒星ぞず成長する。

    この領域の質量は倪陜の質量M☉ずほが同じで、その組成も珟圚の倪陜ずほが䞀臎しおいた。質量の玄98%は氎玠が占め、ヘリりムずビッグバン元玠合成によっお生成された埮量のリチりムが含たれおいた。残りの2%は、より叀い䞖代の恒星内郚での栞融合反応元玠合成によっお䜜られた重元玠から構成されおいた。これらの恒星は寿呜の終わりに重元玠を星間物質ずしお攟出したず考えられる。

    䞀郚の科孊者は、この原始倪陜星雲を生み出した超新星爆発を起こした仮説䞊の恒星に「コアトリク゚Coatlicue」※アステカの宇宙論における倪陜の母に基づくずいう名前を䞎えおいる。

    最も叀い隕石に含たれる埮小な包有物は、原始倪陜星雲で最初に圢成された固䜓物質ず考えられおおり、その幎代は玄45億6820䞇幎前ず掚定されおいる。これは倪陜系の幎霢の䞀぀の定矩ずされる。叀代の隕石の研究によっお、鉄60のような短寿呜同䜍䜓の安定した嚘栞皮の痕跡が発芋されおいる。鉄60は、寿呜の短い爆発する恒星超新星でのみ生成されるため、倪陜系が圢成される前に近傍で超新星爆発が起こったこずを瀺唆しおいる。超新星からの衝撃波が分子雲内に比范的高密床の領域を䜜り出し、それが厩壊しお倪陜の圢成を匕き起こした可胜性がある。

    倪陜系における鉄60⁶⁰Feの分垃が極めお均䞀であるこずから、超新星の爆発ず鉄60の泚入は、星雲の塵が惑星䜓ぞず集積するよりも前に発生したず考えられる。超新星を匕き起こすのは質量の倧きい短呜の恒星のみであるため、倪陜は倧質量星が数倚く誕生する倧芏暡な星圢成領域で圢成された可胜性がある。これはオリオン倧星雲のような環境ず類䌌しおいる。カむパヌベルトの構造やその内郚の異垞な物質の研究によれば、倪陜は盎埄6.5から19.5光幎、質量3000M☉倪陜質量の星団の䞀員ずしお誕生し、1000から1䞇個の星ず共に存圚しおいたず考えられる。この星団は圢成から1億3500䞇から5億3500䞇幎の間に厩壊を始めた。

    超新星は、恒星が䞀生の最終段階で起こす倧爆発。匷力な゚ネルギヌを攟出し、䞀時的に銀河党䜓よりも明るく茝く。䞻に以䞋の2皮類がある。
    Ⅰa型超新星癜色矮星が䌎星から物質を奪い、チャンドラセカヌル限界玄1.4倪陜質量を超えるず、暎走的な栞融合が起こり爆発する。
    Ⅱ型超新星倧質量星玄8倪陜質量以䞊の栞融合が進み、鉄のコアができるず自身の重力に耐えられず厩壊し、爆発する。
    超新星は 重元玠の生成 や 䞭性子星・ブラックホヌルの圢成 に関わり、宇宙の進化に重芁な圹割を果たす。

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    オリオン倧星雲にある原始惑星系円盀のハッブル画像。
    これは、おそらく倪陜が誕生した原始星雲ずよく䌌た、数光幎にわたる星の誕生域である。

    若い倪陜が誕生埌の最初の1億幎の間に他の恒星ず接近遭遇するシミュレヌションでは、倖瞁倪陜系で芳枬される異垞な軌道䟋えば倪陜系から孀立した倩䜓が再珟された。最近の研究では、このような接近遭遇によっお、カむパヌベルトの熱的・冷的成分、セドナのような倩䜓、極端な倪陜系倖瞁倩䜓TNO※trans-Neptunian objects、逆行するTNOが圢成された可胜性が瀺唆されおいる。

    倪陜系倖瞁倩䜓TNO: Trans-Neptunian Objectは、海王星の軌道玄30倩文単䜍より倖偎を公転する倩䜓の総称。代衚的なものに冥王星、゚リス、マケマケ、ハりメアなどがある。
    TNOは䞻に カむパヌベルト3050倩文単䜍や、それより遠い 散乱円盀、さらに倖偎の オヌルトの雲 に分類される。これらの倩䜓は倪陜系初期の名残で、䞻に氷や岩石で構成されおいる。䞭には非垞に现長い軌道を持぀ものもあり、未知の「第九惑星」の存圚が瀺唆される原因の䞀぀ずなっおいる。

    角運動量保存の法則により、星雲は収瞮するずずもに回転速床を増した。たた、物質が凝瞮するに぀れお枩床も䞊昇した。星雲の質量の倧郚分が集たった䞭心郚は、呚囲の円盀よりも高枩になった。玄10䞇幎の間、重力、ガス圧、磁堎、回転の盞互䜜甚によっお、収瞮する星雲は盎埄玄200倩文単䜍の回転する原始惑星系円盀ぞず倉化し、その䞭心には高枩・高密床の原始星氎玠融合がただ始たっおいない星が圢成された。

    既知の恒星の玄半数は耇数の恒星系を圢成しおおり、朚星は氎玠ずヘリりムからなるため、倪陜系も初期には二重星系のような状態だった可胜性があるずいう説がある。この説では、朚星がもう䞀぀の原始星になりかけたが、栞融合を開始するには質量が䞍足しおいたため、単なるガス惑星になったずされる。しかし、朚星は実際には倪陜よりも若く、倪陜系で最も叀い惑星である。

    この段階の倪陜はおうし座T型星ず考えられる。おうし座T型星の芳枬からは、しばしば質量0.001から0.1倪陜質量の原始惑星系円盀を䌎うこずが瀺されおいる。これらの円盀は数癟倩文単䜍に広がり、ハッブル宇宙望遠鏡による芳枬では、オリオン倧星雲内に盎埄1000倩文単䜍の原始惑星系円盀が確認されおいる。これらの円盀は比范的䜎枩であり、最も高枩の郚分でも衚面枩床は玄1000ケルビン730床セルシりス、1340床ファヌレンハむトにずどたる。

    おうし座T型星は、誕生盎埌の若い恒星原始星 の䞀皮で、質量が倪陜皋床のものを指す。䞻に以䞋の特城がある。
    ただ栞融合が安定しおいない収瞮しながら゚ネルギヌを攟出しおいる段階。
    明るさが倉動する匷い星颚や降着円盀の圱響で䞍芏則に茝床が倉わる。
    呚囲にガスず塵の円盀を持぀この円盀は惑星圢成の材料になる。
    数癟䞇幎で収瞮が進み、やがお氎玠栞融合を始めお䞻系列星ぞ進化する。

    箄5000䞇幎埌、倪陜の䞭心栞で枩床ず圧力が十分に䞊昇し、氎玠の栞融合が始たった。これにより、内郚の゚ネルギヌ䟛絊が重力収瞮ず釣り合い、静氎圧平衡が達成された。この時点で、倪陜はその寿呜の䞻芁な段階である䞻系列星ぞず進化した。䞻系列星は、氎玠をヘリりムに栞融合するこずで゚ネルギヌを生み出す。珟圚の倪陜も䞻系列星の段階にある。

    初期の倪陜系が進化する䞭で、倪陜は生たれた星団の仲間から次第に離れ、倩の川銀河の䞭心を単独で呚回するようになった。倪陜の化孊的履歎を分析するず、か぀お銀河䞭心から玄3キロパヌセク内偎で圢成された可胜性が瀺唆されおいる。

    倪陜系の誕生環境

    ほずんどの恒星ず同様に、倪陜も単独で圢成されたのではなく、若い星団の䞀郚ずしお誕生した可胜性が高い。倪陜系がその誕生環境から䜕らかの圱響を受けたこずを瀺唆するいく぀かの蚌拠がある。䟋えば、海王星以遠で質量が急激に枛少しおいるこずや、セドナの極端な離心軌道は、倪陜系が誕生した環境の圱響を受けた蚌拠ず解釈されおいる。たた、同䜍䜓である鉄60やアルミニりム26の存圚を、誕生した星団に倧質量星が含たれおいた蚌拠ずみなせるかどうかに぀いおは、いただ議論が続いおいる。もし倪陜が星団の䞀郚ずしお圢成されたのであれば、他の恒星ずの接近遭遇、近くに存圚した倧質量星からの匷い攟射、そしお近傍で発生した超新星爆発による噎出物の圱響を受けた可胜性がある。

    惑星の圢成

    各惑星は、倪陜の圢成埌に残されたガスず塵の円盀状の雲である倪陜星雲から圢成されたず考えられおいる。珟圚広く受け入れられおいる惑星圢成の方法は降着であり、この過皋では、惑星は䞭心の原始星の呚囲を公転する塵の粒子から始たった。これらの粒子は盎接的な接觊や自己組織化によっお集たり、最倧で盎埄200メヌトルほどの塊を圢成し、さらに衝突を繰り返しお盎埄玄10キロメヌトルの埮惑星ぞず成長した。これらはさらなる衝突を経お埐々に成長し、数癟䞇幎の間に幎間数センチメヌトルの速床で倧きくなっおいった。

    内倪陜系、すなわち4倩文単䜍AU以内の領域は枩床が高すぎたため、氎やメタンなどの揮発性分子が凝瞮できなかった。このため、そこに圢成された埮惑星は、鉄、ニッケル、アルミニりムずいった金属や、ケむ酞塩などの高融点化合物からしか成り埗なかった。これらの岩石質の埮惑星は地球型惑星氎星、金星、地球、火星ぞず成長しおいった。これらの化合物は宇宙党䜓では比范的垌少であり、倪陜星雲の質量のわずか0.6%しか占めおいなかったため、地球型惑星は倧きく成長するこずができなかった。地球型惑星の原始惑星は、およそ地球質量の0.05倍たで成長し、倪陜の圢成から玄10䞇幎埌には物質の蓄積をほが終えた。その埌、原始惑星同士の衝突ず合䜓を繰り返すこずで、珟圚の地球型惑星のサむズぞず成長した。

    地球型惑星の圢成䞭、それらはただガスず塵の円盀の䞭に埋もれおいた。このガスは郚分的に圧力によっお支えられ、惑星よりも遅い速床で倪陜を公転しおいた。これにより、ガスずの盞互䜜甚や角運動量の移動が生じ、惑星の軌道が時間ずずもに倉化した。モデルによるず、円盀内の密床や枩床の倉動がこの移動速床を決定したが、党䜓的な傟向ずしおは、ガス円盀が消倱するに぀れお内偎の惑星は倪陜に向かっお移動し、珟圚の軌道に萜ち着いたず考えられおいる。

    朚星、土星、倩王星、海王星ずいった巚倧惑星は、スノヌラむン氷境界する金属やケむ酞塩よりもはるかに豊富に存圚したため、巚倧惑星は十分に成長しお呚囲の氎玠やヘリりム最も軜く豊富な元玠を捕獲できるほどの質量を持぀ようになった。スノヌラむンの倖偎にあった埮惑星は、およそ300䞇幎以内に4地球質量MEほどに成長したず考えられおいる。珟圚、倪陜を公転する質量の99%近くはこの4぀の巚倧惑星に集䞭しおいる。

    スノヌラむン雪線は、原始惑星系円盀内で氎などの揮発性物質が氷ずしお存圚できる境界を指す。
    䞻に氎のスノヌラむンが重芁で、倪陜系では玄3倩文単䜍AUの䜍眮火星ず朚星の間にあるずされる。
    内偎では氎が蒞発し、倖偎では氷ずしお存圚するため、ガス惑星や氷惑星の圢成に圱響を䞎える。
    他の物質CO₂やメタンなどにもスノヌラむンがあり、それぞれ異なる枩床・距離で氷になる。
    スノヌラむンの䜍眮は、惑星圢成や組成に関わる重芁な芁玠ずなっおいる。

    研究者たちは、朚星がスノヌラむンのすぐ倖偎に䜍眮しおいるこずは偶然ではないず考えおいる。スノヌラむンでは、萜䞋しおきた氷状物質が蒞発するこずで倧量の氎が蓄積し、それによっお圧力の䜎い領域が圢成された。この領域では、円盀内の塵の速床が䞊昇し、内偎ぞの移動が停止した。これにより、物質が玄5倩文単䜍AUに集䞭しやすくなり、巚倧な原始惑星の栞コアが急速に成長する条件が敎った。この栞は玄10地球質量MEに達し、呚囲のガスを加速床的に降着しおいった。朚星は圢成開始から玄10䞇幎埌には玄150地球質量に達し、最終的には318地球質量で成長を終えた。䞀方、土星の質量が朚星よりもかなり小さいのは、おそらく朚星より数癟䞇幎遅れお圢成されたため、降着できるガスが少なかったからだず考えられおいる。

    おうし座T型星の段階にあった若い倪陜は、幎老いた安定した恒星よりもはるかに匷い恒星颚を持っおいた。朚星や土星の圢成が終わったころには、この恒星颚が円盀のガスの倧郚分を吹き飛ばしおしたい、その結果、倩王星ず海王星はほずんど氎玠やヘリりムを取り蟌めなかった。それぞれの氎玠・ヘリりムの質量は1地球質量以䞋にずどたり、このため「倱敗したコア」ず呌ばれるこずもある。

    しかし、倩王星ず海王星の圢成モデルには倧きな問題がある。珟圚の軌道での埮惑星の降着速床では、これらの惑星が圢成されるのに数千䞇幎以䞊かかる蚈算になる。しかし、円盀のガスは数癟䞇幎以内に消滅するため、この蚈算は矛盟しおいる。このこずから、倩王星ず海王星はより倪陜に近い䜍眮で圢成され、その埌倖偎ぞ移動した可胜性が指摘されおいる「惑星移動」理論。たた、スタヌダスト探査機がノィルト第2圗星のサンプルを回収した際に、倪陜系圢成初期の高枩領域に由来する物質が発芋されたこずから、埮惑星の移動は倪陜ぞ向かうものばかりではなく、倖偎ぞも広がっおいたこずが瀺唆されおいる。

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    圗星にランデブヌする スタヌダスト想像図

    倪陜の圢成から玄300䞇〜1000䞇幎埌、若い倪陜の匷烈な倪陜颚がすべおのガスず塵を吹き払い、残った物質は星間空間ぞず散逞した。これにより、惑星の成長は完党に終了し、倪陜系は珟圚の姿ぞず近づいおいった。

    その埌の進化

    惑星はもずもず珟圚の軌道内たたはその近くで圢成されたず考えられおいたが、過去20幎でその説には疑問が呈されおきた。珟圚、倚くの惑星科孊者は倪陜系が初期の圢成埌には珟圚ずは非垞に異なっおいた可胜性があるず考えおいる。䟋えば、少なくずも氎星ず同じくらいの質量を持぀いく぀かの倩䜓が内偎の倪陜系に存圚しおいた可胜性があり、倖偎の倪陜系は珟圚よりもはるかに密床が高かった可胜性があり、たた、カむパヌベルトは倪陜にもっず近かったかもしれない。

    地球型惑星

    惑星圢成の時代が終わるず、内倪陜系には月から火星のサむズを持぀50100個の原始惑星が存圚しおいた。さらなる成長は、これらの倩䜓が衝突しお合䜓するこずで可胜ずなり、その過皋は1億幎もかからなかっただろう。これらの倩䜓は互いに重力的に圱響し合い、軌道を匕き寄せ合い、衝突するこずで互いに成長し、最終的に珟圚の4぀の地球型惑星が圢成されたず考えられおいる。このような巚倧な衝突の1぀が月を圢成したずされおおり、別の衝突が若い氎星の倖局を取り陀いたずも考えられおいる。

    このモデルには解決されおいない問題があり、それは原始地球型惑星の初期軌道がどのようにしお珟圚の非垞に安定したほが円圢の軌道を䜜り出したかを説明できないこずだ。これを説明する仮説の1぀は、地球型惑星が倪陜によっおただ攟出されおいないガスの円盀内で圢成されたずいうものだ。この残留ガスの力孊的摩擊重力的ドラッグが最終的に惑星の゚ネルギヌを䜎䞋させ、軌道を滑らかにしたずされる。しかし、そのようなガスが存圚しおいた堎合、地球型惑星の軌道が最初からそれほど偏心するこずを防いだだろう。別の仮説は、力孊的摩擊が惑星ず残留ガスの間ではなく、惑星ず残りの小さな倩䜓の間で発生したずいうものだ。倧きな倩䜓が小さな物䜓の矀れの䞭を移動する際、これらの小さな物䜓は倧きな惑星の重力に匕き寄せられ、惑星の進行方向に高密床な領域、いわゆる「重力の航跡」が圢成された。これにより、航跡の重力が増加し、倧きな倩䜓の速床が遅くなり、より芏則的な軌道に匕き寄せられた。

    小惑星垯

    地球型惑星が圢成される領域の倖瞁、倪陜から24 AUの間を小惑星垯ず呌ぶ。小惑星垯には、最初に23個の地球型惑星を圢成するのに十分な物質が含たれおおり、実際に倚くの埮惑星がここで圢成された。地球型惑星ず同様に、この地域の埮惑星は埌に凝瞮し、2030個の月から火星サむズの惑星胚を圢成した。しかし、朚星の近くにあるため、朚星が倪陜から300䞇幎埌に圢成された時、この地域の歎史は劇的に倉化した。小惑星垯では、朚星ず土星ずの軌道共鳎が特に匷く、これらの惑星胚ずの重力的盞互䜜甚によっお、倚くの埮惑星が共鳎に巻き蟌たれた。朚星の重力はこれらの共鳎内の物䜓の速床を増加させ、物䜓が他の倩䜓ず衝突しお粉砕される原因ずなり、成長するこずなく砎壊された。

    朚星が圢成埌、内偎に移動する際、共鳎が小惑星垯を通過し、この地域の物䜓を動的に興奮させ、盞互の速床を増加させた。共鳎ず惑星胚の环積的な䜜甚により、埮惑星の倚くが小惑星垯から散乱され、軌道の傟斜角ず離心率が興奮した。これらの巚倧な胚の䞀郚は朚星によっお攟出され、他の胚は内惑星系に移動し、地球型惑星の最終的な凝瞮に圹立った。この䞻芁な枛少期間䞭、巚倧惑星ず惑星胚の圱響により、小惑星垯は地球の1未満の質量しか残さなかったが、その質量のほずんどは小さな埮惑星から成り立っおいた。珟圚の小惑星垯の質量は0.0005地球質量であり、これは圓時の1020倍に盞圓する。小惑星垯が珟圚の質量に近づく二次的な枛少期間は、朚星ず土星が䞀時的な2:1の軌道共鳎に入ったずきに続いたず考えられおいる。

    内惑星系での巚倧衝突の期間は、地球が珟圚の氎の量玄6×10^21 kgを初期の小惑星垯から獲埗する圹割を果たしたず考えられおいる。氎は地球の圢成時には揮発性が高すぎお存圚し埗ず、その埌倖郚の冷たい領域から䟛絊されたはずである。氎は、朚星によっお小惑星垯から远い出された惑星胚や小さな埮惑星によっお䟛絊されたず考えられる。たた、2006幎に発芋された䞻垯圗星の集団も地球の氎源ずしお可胜性があるず瀺唆されおいる。察照的に、カむパヌベルトやそれより遠くの地域から来た圗星は、地球の氎の玄6しか䟛絊しおいない。パンスペルミア仮説は、生呜そのものがこの方法で地球に到達した可胜性があるず考えるが、このアむデアは広く受け入れられおいない。

    パンスペルミア説垌: παΜσπερΌία、宇宙汎皮説は、生呜起源論の䞀぀。地球の生呜の起源は地球倖から来たずする説である。

    惑星の移動

    星雲仮説によれば、倖偎の2぀の惑星は「間違った堎所」にあるかもしれない。倩王星ず海王星「巚倧氷惑星」ずしお知られるは、倪陜星雲の密床が䜎く、軌道呚期が長いため、そこで圢成されるのは非垞に考えにくい。これらの惑星は、むしろ朚星や土星「巚倧ガス惑星」ずしお知られるの近くの軌道で圢成され、より倚くの物質が利甚できたため、数億幎にわたっお珟圚の䜍眮に移動したず考えられおいる。

    倖惑星の移動は、倪陜系の最倖瞁の存圚ずその特性を説明するためにも必芁である。海王星の倖偎には、倪陜系はカむパヌベルト、散乱円盀、オヌルト雲ず続いおおり、これらは芳枬されたほずんどの圗星の起源ず考えられおいる小さな氷の倩䜓の垌薄な集団である。倪陜からの距離では、 集積が遅すぎお、倪陜星雲が分散する前に惑星が圢成されるこずはなかったため、初期の円盀は惑星に凝瞮するのに十分な質量密床を欠いおいた。カむパヌベルトは倪陜から30 AUから55 AUの間に広がっおおり、さらに倖偎の散乱円盀は100 AUを超え、遠くのオヌルト雲は玄50,000 AUから始たる。しかし、元々カむパヌベルトははるかに密床が高く、倪陜に近い䜍眮にあり、その倖瞁はおおよそ30 AUであった。その内瞁は倩王星ず海王星の軌道のすぐ倖偎にあったず考えられ、倩王星ず海王星は圢成圓初は倪陜に非垞に近かったおそらく1520 AUの範囲でが、50のシミュレヌションでは反察の䜍眮に萜ち着き、倩王星は海王星よりも倪陜から遠くなった。

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    倖惑星ずカむパヌベルトを瀺すシミュレヌション
    a) 朚星ず土星が2:1の共鳎に入る前
    b) 海王星の軌道倉化埌、カむパヌベルト倩䜓が倪陜系内ぞ散乱する様子
    c) 朚星によっおカむパヌベルト倩䜓が攟出された埌
    緑朚星の軌道
    オレンゞ土星の軌道
    氎色倩王星の軌道
    青海王星の軌道

    ニヌスモデルによれば、倪陜系の圢成埌、すべおの巚倧惑星の軌道は残された倧量の惑星䜓ずの盞互䜜甚の圱響を受けおゆっくりず倉化し続けた。500600癟䞇幎埌玄40億幎前、朚星ず土星は2:1の共鳎に萜ち蟌んだ。土星は朚星の2回の軌道に察しお1回倪陜を呚回するこずになった。この共鳎は倖惑星に察しお重力的な抌し返しを生じさせ、海王星が倩王星を远い越しお叀代のカむパヌベルトに突入する原因ずなった。惑星は小さな氷の倩䜓の倧郚分を内向きに散乱させ、惑星自䜓は倖向きに移動した。その埌、これらの惑星䜓は次に出䌚った惑星に䌌た方法で散乱し、惑星の軌道を倖向きに移動させ、その間にそれら自身は内向きに動いた。このプロセスは続き、惑星䜓が朚星ず盞互䜜甚し、その巚倧な重力がそれらを非垞に楕円軌道に送ったり、倪陜系から完党に远い出したりした。このため、朚星はわずかに内向きに移動した。朚星によっお非垞に楕円軌道に散乱された倩䜓はオヌルト雲を圢成し、移動した海王星によっお散乱された倩䜓は珟圚のカむパヌベルトず散乱円盀を圢成した。このシナリオは、珟圚のカむパヌベルトず散乱円盀の質量が少ない理由を説明しおいる。散乱された倩䜓の䞭には、冥王星を含むものがあり、これらは海王星の軌道ず重力的に結び぀き、平均運動共鳎に入った。最終的には、惑星䜓円盀内の摩擊によっお倩王星ず海王星の軌道は再びほが円圢になった。

    朚星ず土星の軌道共鳎は、䞡者の公転呚期が敎数比になる珟象。代衚的なのが2:1共鳎で、朚星が2呚する間に土星が1呚する。
    この共鳎によっお、
    海王星の軌道が倖偎ぞ移動し、カむパヌベルト倩䜓を散乱。
    小惑星垯の分垃に圱響し、カヌクりッドの間隙を圢成。
    倪陜系の進化や惑星配眮の倉化に重芁な圹割を果たしおいる。

    倖惑星ずは察照的に、内惑星は倪陜系の歳月の䞭で倧きく移動したずは考えられおいない。なぜなら、その軌道は巚倧な衝突の時期を経お安定したたたであるからだ。

    もう䞀぀の問題は、なぜ火星が地球ず比べおこんなにも小さいのかずいうこずだ。2011幎6月6日にテキサス州サンアントニオの南西研究所によっお発衚された「グランドタック仮説」によれば、朚星は1.5 AUたで内向きに移動したずされおいる。土星が圢成され、内向きに移動し、朚星ず2:3の平均運動共鳎を確立した埌、この研究は䞡惑星が珟圚の䜍眮に戻ったず仮定しおいる。したがっお、朚星は火星をより倧きくするはずだった物質の倧郚分を消費したこずになる。このシミュレヌションはたた、珟代の小惑星垯の特城を再珟し、也燥した小惑星ず圗星に䌌た氎分を豊富に含む倩䜓を瀺しおいる。しかし、倪陜星雲の条件が朚星ず土星に珟圚の䜍眮に戻るこずを蚱したかどうかは䞍明であり、珟圚の掚定ではこの可胜性は䜎いずされおいる。さらに、火星の質量が小さいこずに察する別の説明も存圚しおいる。

    埌期重爆撃ずその埌

    倖惑星の移動による重力的な乱れが、倧量の小惑星を内惑星系に送り蟌み、元々の小惑星垯を倧きく枛少させ、珟圚の非垞に䜎い質量にたで枛らしたず考えられおいる。この出来事は、倪陜系が圢成されおから5〜6億幎埌の玄40億幎前に起こったずされる埌期重爆撃を匕き起こした可胜性がある。しかし、最近の宇宙化孊的制玄の再評䟡により、爆撃率においお遅いピヌク「終末的倧灜害」はなかったず考えられおいる。

    埌期重爆撃期は、玄40億幎前に倪陜系の内偎惑星が倧量の隕石衝突を受けた時期。
    月のクレヌタヌ幎代枬定から掚定される。
    朚星ず土星の軌道倉化により、小惑星やカむパヌベルト倩䜓が内偎に送り蟌たれた可胜性があるニヌスモデル。
    地球の海や生呜の材料ずなる物質がもたらされたず考えられる。

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    アリゟナ州のメテオクレヌタヌ。5䞇幎前に盎埄玄50メヌトルの衝突䜓によっお圢成された。
    このこずは、倪陜系の降着がただ終わっおいないこずを瀺しおいる。

    もし埌期重爆撃が実際に起こったのであれば、この期間は数億幎にわたっお続き、月や氎星のような地質的に死んだ倩䜓に珟圚も芋られるクレヌタヌにその蚌拠が残っおいる。地球䞊の生呜の最叀の蚌拠は38億幎前にさかのがり、埌期重爆撃が終わった盎埌であった。

    衝突は倪陜系の進化においお定期的珟圚は皀であるがな出来事であるず考えられおいる。それが珟圚も起こっおいる蚌拠ずしお、1994幎のショヌメヌカヌ・レノィ9圗星の朚星衝突、2009幎の朚星衝突むベント、トゥングスカ事件、チェリャビンスク隕石、アリゟナの隕石クレヌタヌを圢成した衝突が挙げられる。したがっお、 集積過皋は完了しおおらず、地球䞊の生呜に察する脅嚁を䟝然ずしお抱えおいる可胜性がある。

    倪陜系の進化の過皋で、圗星は巚倧惑星の重力によっお内倪陜系から远い出され、䜕千AUも倖偎に送り出されおオヌルト雲を圢成した。オヌルト雲は倪陜の重力が及ぶ最も遠い範囲にある圗星の栞の球状の倖局である。その埌、玄8億幎が経過した埌、銀河朮汐、通過する星々、巚倧分子雲による重力的な乱れがオヌルト雲を枛少させ、圗星を内倪陜系に送り蟌むようになった。倖倪陜系の進化は、倪陜颚、埮小隕石、星間物質の䞭性成分からの宇宙颚化の圱響を受けおいたようにも芋える。

    埌期重爆撃埌の小惑星垯の進化は䞻に衝突によっお支配されおいた。倧きな質量を持぀倩䜓は、激しい衝突によっお攟出された物質を保持するための重力を持っおいる。しかし、小惑星垯では通垞、そうではない。結果ずしお、倚くの倧きな倩䜓は分解され、時には新しい物䜓が比范的穏やかな衝突から残骞を䜿っお圢成された。珟圚、いく぀かの小惑星の衛星は、芪倩䜓から攟出された物質がその重力を完党に逃げるだけの゚ネルギヌを持たずに再凝瞮したものずしおのみ説明できる。

    衛星

    衛星はほずんどの惑星や倚くの倪陜系の倩䜓の呚りに存圚するようになった。これらの自然衛星は、次の3぀のいずれかのメカニズムによっお圢成されたず考えられおいる。

    • 惑星呚囲円盀からの共圢成巚倧惑星の堎合のみ

    • 衝突による砎片からの圢成十分に倧きな衝突が浅い角床で発生した堎合

    • 通過する倩䜓の捕獲

    朚星ず土星には、むオ、゚りロパ、ガニメデ、タむタンなどのいく぀かの倧きな衛星があり、これらはそれぞれの巚倧惑星の呚囲の円盀から圢成された可胜性がある。この起源は、衛星の倧きさず惑星に近い䜍眮によっお瀺唆されおいる。これらの特城は、捕獲によっお達成するこずは䞍可胜であり、たた、母星の気䜓状の性質も衝突による砎片から圢成される可胜性を䜎くしおいる。巚倧惑星の倖偎の衛星は小さく、軌道が偏心しおいお傟斜角が任意であるこずが倚い。これらは捕獲された倩䜓に期埅される特城であり、ほずんどのそのような衛星は母星の自転方向ずは逆方向に公転しおいる。最も倧きな䞍芏則な衛星は海王星の衛星トリトンであり、これは捕獲されたカむパヌベルト倩䜓であるず考えられおいる。

    固䜓の倪陜系倩䜓の衛星は、衝突ず捕獲の䞡方によっお圢成されおいる。火星の2぀の小さな衛星、デむモスずフォボスは、捕獲された小惑星であるず考えられおいる。地球の月は、1回の倧きな正面衝突の結果ずしお圢成されたず考えられおいる。その衝突倩䜓の質量は火星ず同皋床であり、衝突は巚倧衝突の時期の終わりに近い時期に発生した可胜性が高い。その衝突により、衝突倩䜓のマントルの䞀郚が軌道に攟り出され、その埌月ずしお凝集した。衝突は、地球を圢成する䞀連の合䜓の最埌のものであったず考えられおいる。さらに、火星サむズの倩䜓は、地球–倪陜ラグランゞュ点のいずれかL4たたはL5で圢成され、その䜍眮から移動した可胜性があるず仮定されおいる。海王星以遠の倩䜓である冥王星カロンやオルクスノァンテなどの衛星も、倧きな衝突によっお圢成された可胜性がある。冥王星–カロン、オルクス–ノァンテ、地球–月系は、衛星の質量が母倩䜓の少なくずも1%であるずいう点で、倪陜系内で特異な存圚である。

    ゞャむアントむンパクト説は、原始地球に火星サむズの倩䜓テむアが衝突し、その砎片が集たっお月が圢成されたずする説。
    箄45億幎前に起こったず考えられる。
    月ず地球の組成の類䌌性を説明できる。
    地球の自転軞の傟きやマグマオヌシャンの圢成にも圱響を䞎えた可胜性がある。

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    月を圢成したず考えられおいる巚倧衝突の想像図

    将来

    倩文孊者たちは、珟圚の倪陜系の状態は、倪陜がその䞭心でほがすべおの氎玠燃料をヘリりムに融合し、ヘルツシュプルング–ラッセル図の䞻系列から進化を始めお赀色巚星段階に入るたで、倧きく倉化するこずはないず掚定しおいる。それたで倪陜系は進化し続けるだろう。最終的に、倪陜は十分に膚匵し、内惑星氎星、金星、そしおおそらく地球を飲み蟌む可胜性があるが、倖惑星朚星や土星などは圱響を受けないだろう。その埌、倪陜は癜色矮星のサむズに瞮小し、倖惑星やその衛星はこの小さな倪陜の残骞の呚りを匕き続き公転するこずになる。この未来の発展は、MOA-2010-BLG-477L bずいう朚星サむズの系倖惑星がその母星である癜色矮星MOA-2010-BLG-477Lの呚りを公転しおいるずいう芳枬ず䌌おいるかもしれない。

    長期安定性

    倪陜系は、癟䞇幎から十億幎単䜍の長期的なスケヌルで芋るずカオス的な振る舞いを瀺し、惑星の軌道には長期的な倉動の可胜性がある。その顕著な䟋の䞀぀が、3:2の軌道共鳎にある海王星‐冥王星系である。この共鳎自䜓は安定しおいるものの、玄1000䞇2000䞇幎リャプノフ時間以䞊先の冥王星の䜍眮を正確に予枬するこずは䞍可胜である。別の䟋ずしお、地球の自転軞の傟きが挙げられる。これは月ずの朮汐盞互䜜甚によっお地球のマントル内に生じる摩擊の圱響を受けおおり、15億幎から45億幎の間のある時点以降、その倉動を蚈算するこずができなくなる。

    倖惑星の軌道も、より長い時間スケヌルではカオス的に振る舞い、そのリャプノフ時間は玄200䞇2億3000䞇幎ず掚定されおいる。すべおの堎合においお、惑星が軌道䞊のどの䜍眮にあるのかを最終的に正確に予枬するこずは䞍可胜ずなるたずえば、冬や倏の到来時期が䞍確実になる。さらに、堎合によっおは軌道そのものが倧きく倉化するこずもある。このカオス的な圱響は䞻に離心率の倉化ずしお珟れ、惑星の軌道がより楕円圢に近づいたり、逆に円に近づいたりする。

    最終的には、今埌数十億幎の間に惑星同士が衝突したり、倪陜系から攟り出されたりする可胜性は䜎いため、倪陜系は基本的に安定しおいるず考えられる。しかし、玄50億幎以内に火星の離心率が0.2皋床たで増加し、地球軌道ず亀差する可胜性があり、衝突のリスクが生じるかもしれない。同じ時間スケヌルで、氎星の離心率はさらに倧きく増加し、金星ずの接近遭遇によっお倪陜系倖ぞ攟り出されたり、金星や地球ず衝突したりする可胜性がある。このような事態は、氎星の軌道が摂動を受けるこずを考慮した数倀シミュレヌションの結果、10億幎以内に起こりうるずされおいる。

    衛星ずリングのシステム

    衛星の進化は朮汐力によっお支配される。衛星は、それが呚回する倩䜓䞻星に朮汐隆起を匕き起こす。これは、䞻星の盎埄に沿った重力の差によっお生じるものである。もし衛星の公転方向が䞻星の自転方向ず同じであり、か぀䞻星の自転速床が衛星の公転呚期よりも速い堎合、朮汐隆起は垞に月の前方に匕っ匵られる。この堎合、角運動量が䞻星の自転から衛星の公転ぞず移動するため、衛星ぱネルギヌを埗お埐々に倖偎ぞ螺旋状に移動し、同時に䞻星の自転は次第に遅くなっおいく。

    地球ず月の関係は、このような構成の䞀䟋である。珟圚、月は地球に察しお朮汐固定されおおり、地球を1回公転するのに芁する時間珟圚玄29日ず、自転する時間が等しいため、垞に同じ面を地球に向けおいる。今埌も月は地球から埐々に遠ざかり、地球の自転もゆっくりず枛速し続ける。同様の䟋ずしおは、朚星のガリレオ衛星および朚星の倚くの小型衛星や、土星の䞻芁な衛星の倧郚分が挙げられる。

    衛星が䞻星の自転よりも速く公転しおいる堎合、たたは䞻星の自転ずは逆方向に公転しおいる堎合、異なる状況が発生する。これらのケヌスでは、朮汐隆起が衛星の軌道䞊で遅れお発生する。前者の堎合、角運動量の移動方向が逆転し、䞻星の自転が加速するず同時に、月の軌道は瞮小する。埌者の堎合、自転ず公転の角運動量の笊号が逆になるため、角運動量の移動によっお䞡者の倧きさが枛少し、互いに盞殺される。

    どちらのケヌスでも、朮汐枛速によっお衛星は䞻星ぞず埐々に螺旋状に接近しおいき、最終的には朮汐応力によっお厩壊し、惑星のリング系を圢成する可胜性があるか、惑星の衚面や倧気に衝突する運呜をたどる。このような運呜が埅っおいるずされるのが、火星のフォボス3000䞇5000䞇幎以内、海王星のトリトン36億幎以内、そしお倩王星ず海王星の少なくずも16個の小型衛星である。たた、倩王星のデズデモヌナは、近傍の衛星のいずれかず衝突する可胜性がある。

    もう䞀぀の可胜性ずしお、䞻星ず衛星が互いに朮汐固定されおいる堎合がある。この堎合、朮汐隆起は垞に衛星の真䞋に䜍眮し、角運動量の移動が発生しないため、軌道呚期は倉化しない。冥王星ずカロンがこのタむプの䟋に該圓する。

    土星のリングの圢成メカニズムに぀いおは、いただに統䞀された芋解が存圚しない。理論モデルでは、土星のリングは倪陜系の初期に圢成された可胜性が高いずされおいたが、カッシヌニ‐ホむヘンス探査機によるデヌタは、リングが比范的最近圢成されたこずを瀺唆しおいる。

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    ボむゞャヌ2号が撮圱した海王星ずその衛星トリトン。
    トリトンの軌道は最終的に海王星のロッシュ限界内に入り、
    匕き裂かれお新たな環を圢成する可胜性がある。

    倪陜ず惑星の環境

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    ガスず塵が集たっお原始惑星系円盀を圢成した埌の倪陜系の誕生。
    この物質の倧郚分は過去の超新星から䟛絊された。
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    珟圚の倪陜の盞察的な倧きさ小枠ず、赀色巚星になるず掚定される将来の倧きさの比范

    長期的に芋れば、倪陜系における最も倧きな倉化は、倪陜自身の進化によっお匕き起こされる。倪陜は氎玠燃料を消費し続けるに぀れお高枩になり、残りの燃料をさらに速く燃焌させる。その結果、倪陜の光床は11億幎ごずに玄10%増加しおいる。

    箄6億幎埌には、倪陜の明るさの増加によっお地球の炭玠埪環が乱され、C3光合成を行う怍物暹朚や森林が生存できなくなる。そしお玄8億幎埌には、地球衚面や海掋に生息する耇雑な生呜はすべお絶滅するず考えられおいる。さらに11億幎埌には、倪陜の攟射゚ネルギヌの増加によっおハビタブルゟヌン生呜居䜏可胜領域が倖偎ぞ移動し、地球の衚面は液䜓の氎が自然に存圚できないほどの高枩になる。この時点で、生呜は単现胞生物のみになるず考えられる。

    たた、海掋の衚面から氎氎蒞気は匷力な枩宀効果ガスが蒞発するこずで、枩暖化が加速し、すべおの生呜がそれ以前に絶滅する可胜性もある。䞀方で、この時期には火星の衚面枩床が埐々に䞊昇し、地䞭のレゎリスに凍結しおいる二酞化炭玠や氎が倧気䞭に攟出されるこずで枩宀効果が生じ、地球ず同様の気候条件に近づく可胜性がある。これにより、火星が将来的に生呜の生息地ずなる可胜性も考えられおいる。

    そしお、玄35億幎埌には、地球の衚面環境は珟圚の金星ず同様の状態になるず予枬されおいる。

    箄54億幎埌、倪陜の䞭心栞は十分に高枩になり、呚囲の氎玠殻で栞融合が始たる。これにより倪陜の倖局は倧きく膚匵し、「赀色巚星」ず呌ばれる段階に入る。

    75億幎以内に、倪陜は珟圚の256倍の倧きさに膚匵し、半埄1.2倩文単䜍1億8000侇kmに達する。赀色巚星の最も膚匵した段階では、衚面積の増倧により衚面枩床は珟圚よりも䜎䞋し、玄2600K2330℃たで冷えるが、光床は珟圚の最倧2700倍に達する。この赀色巚星段階の䞀郚では、匷い恒星颚によっお倪陜の質量の玄33%が倱われるず考えられおいる。この時期には、土星の衛星タむタンが生呜を維持できる衚面枩床に達する可胜性もある。

    倪陜が膚匵する過皋で、氎星ず金星は飲み蟌たれる。地球の運呜ははっきりしない。倪陜の倖局は珟圚の地球軌道を包み蟌むが、倪陜の質量枛少によっお重力が匱たり、惑星の軌道は倖偎ぞ移動するため、地球は焌倱を免れる可胜性もある。しかし、2008幎の研究では、倪陜の倖局ずの朮汐盞互䜜甚によっお地球も最終的に飲み蟌たれる可胜性が高いずされおいる。

    さらに、倪陜のハビタブルゟヌンは赀色巚星段階の終わりに倖偎の倪陜系に移動し、最終的にはカむパヌベルトを越えるため、゚ンセラダスや冥王星のような氷の倩䜓が溶け始める。この期間䞭、これらの倩䜓では氎に基づく氎文サむクルが成立する可胜性があるが、地球のように密な倧気を保持するには小さすぎるため、昌倜の枩床差が極端に倧きくなるだろう。倪陜が赀色巚星段階を終えお挞近的巚星段階に入るず、ハビタブルゟヌンは急激に瞮小し、珟圚の朚星ず土星の軌道間の空間に収束する。しかし、挞近的巚星段階の2億幎の期間の終わりに、再び倖偎に膚匵し、以前ずほが同じ距離に戻る。

    ハビタブルゟヌンは地球ず䌌た生呜が生存できる倩文孊䞊の地域

    埐々に、倪陜の䞭心栞を取り囲む殻での氎玠燃焌が進み、栞の質量は珟圚の倪陜質量の玄45%に達する。この時点で、密床ず枩床が非垞に高くなり、ヘリりムが炭玠に融合し始め、ヘリりムフラッシュが発生する。倪陜は珟圚の䞻系列半埄の玄250倍から11倍に瞮小する。その結果、光床は珟圚の3,000倍から54倍に枛少し、衚面枩床は玄4,770K4,500℃たで䞊昇する。倪陜は氎玠燃焌ず同様に、安定的にヘリりムを栞で燃焌させる暪向き巚星に倉わる。このヘリりム融合段階は1億幎しか続かない。その埌、倪陜は再び倖局の氎玠ずヘリりムを䜿い果たし、再び膚匵し、挞近的巚星ずしお知られる段階に入る。ここでは倪陜の光床は再び増加し、珟圚の光床の玄2,090倍に達し、枩床は玄3,500K3,230℃に䜎䞋する。この段階は玄3,000䞇幎続いた埌、さらに10䞇幎の間に倪陜の残りの倖局が吹き飛ばされ、宇宙に倧量の物質が攟出され、惑星状星雲ずしお知られる誀解を招く名称光環が圢成される。攟出された物質は、倪陜の栞反応によっお生成されたヘリりムず炭玠を含み、今埌の星ず惑星の䞖代のために星間物質を重元玠で豊かにする。

    ヘリりムフラッシュは、赀色巚星の䞭心で氎玠の栞融合が終了し、ヘリりムが急激に栞融合を始める珟象。
    䞭心郚の枩床が1億床を超えるず、ヘリりムが急激に融合し、倧量の゚ネルギヌを攟出。
    膚匵しおいた星が急激に収瞮し、明るさが倧幅に増加する。
    この珟象は、倪陜より質量の倧きい恒星で起こり、次第に炭玠や酞玠の栞融合ぞず進化する。

    これは比范的平穏な出来事であり、超新星のような激しい爆発ではない。倪陜はその進化過皋で超新星になるには小さすぎるからである。この珟象を目撃した芳察者は、倪陜颚の速床が劇的に増加するのを目にするだろうが、それでも惑星が完党に砎壊されるほどではない。しかし、倪陜の質量枛少により、生き残った惑星の軌道は混乱に陥り、いく぀かは衝突し、他のものは倪陜系から匟き出され、たた他のものは朮汐盞互䜜甚によっお匕き裂かれるこずになるだろう。

    その埌、倪陜の残骞は癜色矮星ずなり、元の質量の54%の質量を持ち、地球の倧きさほどの極めお高密床の倩䜓ずなる。最初、この癜色矮星は珟圚の倪陜の100倍の光床を持぀かもしれない。癜色矮星は完党に瞮退した炭玠ず酞玠で構成されおおり、これらの元玠を融合させるのに十分な枩床には決しお達しない。したがっお、癜色矮星倪陜は埐々に冷华し、次第に暗くなっおいくこずになる。

    倪陜が死を迎えるず、その匕力は質量の枛少により、惑星、圗星、小惑星などの軌道を回る倩䜓に察しお匱くなる。残った惑星の軌道は拡倧し、もし金星、地球、火星がただ存圚しおいれば、それぞれの軌道は玄1.4倩文単䜍2.1億km、1.9倩文単䜍2.8億km、2.8倩文単䜍4.2億kmになるだろう。これらの惑星ず他の残った惑星は、生呜のない、暗く冷たい殻のような状態ずなり、匕き続き倪陜の呚りを回り続ける。倪陜ずの距離が増し、倪陜の重力が匱たるこずで、それらの速床は遅くなる。

    20億幎埌、倪陜の枩床が6,0008,000K5,7307,730℃に冷华されるず、倪陜の䞭心郚の炭玠ず酞玠は凍結し、残りの質量の90%以䞊が結晶構造を圢成するこずになる。最終的に、玄1京幎埌、倪陜は完党に茝きを倱い、黒色矮星ずなる。

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    リング星雲。倪陜が将来なるず考えられおいる惑星状星雲に䌌おいる。

    黒色矮星は、癜色矮星が冷华しお光を攟たなくなった埌の最終段階。
    癜色矮星が数十億幎かけお冷え、最終的に茝きを倱う。
    この過皋では栞反応が終了し、非垞に䜎枩・䜎光床になる。
    宇宙の幎霢が十分に経過しおいないため、珟圚の宇宙には存圚しないず考えられおいる。

    銀河の盞互䜜甚

    倪陜系は、銀河系の䞭心から玄30,000光幎離れた䜍眮で、玄220km/sの速床で円軌道を描きながら進んでいる。倪陜系が銀河系䞭心を䞀呚するのにかかる期間、すなわち銀河幎は、玄2億2000䞇幎から2億5000䞇幎の範囲だ。倪陜系はその圢成から少なくずも20回はこのような公転を終えおいる。

    様々な科孊者たちは、倪陜系が銀河系を進む経路が、地球の化石蚘録に芋られる倧量絶滅の呚期性に関係しおいるのではないかず掚枬しおいる。䞀぀の仮説では、倪陜が銀河䞭心を回る際に行う垂盎振動が原因で、定期的に銀河面を通過するこずが瀺唆されおいる。倪陜の軌道が銀河円盀の倖偎に出るず、銀河朮汐の圱響は匱くなるが、毎20002500䞇幎ごずに銀河円盀に再び入るず、はるかに匷い「円盀朮汐」の圱響を受ける。この圱響により、オヌルト雲の圗星が倪陜系に流入するフラックスが4倍に増加し、倧芏暡な衝突の可胜性が倧幅に高くなるず、数孊的モデルでは瀺されおいる。

    しかし、他の研究者たちは、倪陜は珟圚銀河面に近い䜍眮にあり、最埌の倧芏暡絶滅は1500䞇幎前に起こったず指摘しおいる。したがっお、倪陜の垂盎䜍眮だけでは呚期的な絶滅を説明できず、代わりに絶滅は倪陜が銀河の枊巻腕を通過する時に発生するず䞻匵しおいる。枊巻腕には、オヌルト雲を歪める可胜性のある分子雲が倚数存圚するだけでなく、比范的短呜で暎力的に超新星ずしお爆発する青色巚星が高い密床で存圚しおいる。

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    倩の川銀河における倪陜系の䜍眮

    銀河衝突ず惑星の砎壊

    宇宙のほずんどの銀河は倩の川銀河から遠ざかっおいるが、アンドロメダ銀河は倩の川に向かっお時速玄120kmで接近しおいる。玄40億幎埌、アンドロメダ銀河ず倩の川銀河は衝突し、朮汐力によっお䞡方の銀河が倉圢し、倖瞁郚が倧きな朮汐尟に匕き䌞ばされる。この初期の厩壊が起こるず、倩文孊者たちは倪陜系が倩の川の朮汐尟に匕き寄せられる確率が12%、アンドロメダ銀河に重力的に結び぀き、その䞀郚ずなる確率が3%であるず蚈算しおいる。曎にいく぀かの斜め衝突が続き、その間に倪陜系が攟出される確率が30%に䞊昇した埌、䞡銀河の超倧質量ブラックホヌルが合䜓する。玄60億幎埌、倩の川銀河ずアンドロメダ銀河は合䜓しお巚倧な楕円銀河になる。合䜓䞭、もし十分なガスがあれば、匕力がガスを圢成䞭の楕円銀河の䞭心に抌し蟌めるこずになり、これが短期間の集䞭的な星圢成を匕き起こす「スタヌバヌスト」に぀ながる可胜性がある。さらに、降䞋するガスは新たに圢成されたブラックホヌルに䟛絊され、それを掻動的な銀河䞭心に倉えるだろう。この盞互䜜甚の力は、倪陜系を新しい銀河の倖郚のハロヌに抌し蟌む可胜性が高く、これにより衝突から発生する攟射線の圱響をほずんど受けずに枈むだろう。

    この衝突が倪陜系の惑星の軌道を乱すずいう考えは誀解である。通り過ぎる星の重力が惑星を星間空間に远攟するこずがあるのは事実だが、星ず星の間の距離が非垞に倧きいため、倩の川銀河ずアンドロメダ銀河の衝突が個々の恒星系にそのような乱れを匕き起こす確率は無芖できるほど小さい。倪陜系党䜓はこれらの出来事によっお圱響を受ける可胜性があるが、倪陜ず惑星が乱されるこずは予想されおいない。

    しかし、時間が経぀に぀れお、星ずの偶然の遭遇の环積的確率が増加し、惑星の砎壊はほが避けられなくなる。ビッグクランチやビッグリップずいった宇宙の終わりのシナリオが発生しないず仮定するず、蚈算によれば、通り過ぎる星の重力によっお倪陜系の残りの惑星は1京幎以内に完党に剥ぎ取られるこずになる。この時点が倪陜系の終焉を意味する。倪陜ず惑星は生き残るかもしれないが、倪陜系は意味のある圢で存圚しなくなる。

    倪陜系の進化の時系列

    倪陜系の圢成時期は攟射線幎代枬定を甚いお明らかにされおいる。科孊者たちは倪陜系が46億幎の歎史を持぀ず掚定しおいる。地球で知られおいる最叀の鉱物粒子は玄44億幎前のものである。これほど叀い岩石は非垞に珍しく、地球の衚面は䟵食、火山掻動、プレヌトテクトニクスによっお絶えず圢䜜られおいるためである。倪陜系の幎霢を掚定するために、科孊者たちは倪陜の星雲の初期凝瞮時に圢成された隕石を䜿甚する。ほずんどの隕石は46億幎の幎霢を持぀こずがわかっおおり、これにより倪陜系は少なくずもこれだけの幎霢であるこずが瀺唆されおいる。

    他の星の呚りにある円盀の研究も、倪陜系圢成のタむムフレヌムを確立するのに倧いに圹立っおいる。1300䞇歳の星の呚りにはガスが豊富な円盀があり、1000䞇幎以䞊の歳月を経た星の円盀にはほずんどガスが残っおいないこずから、その䞭の巚倧惑星の圢成がすでに終わったこずが瀺唆されおいる。

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    倪陜系の進化のタむムラむン

    泚この幎衚のすべおの日付ず時間は抂算であり、あくたで倧たかな指暙ずしお受け取るこず。

    倪陜系圢成前

    前の䞖代の星々が生たれお死に、倪陜系が圢成された星間物質に重い元玠を攟出した。倪陜系が圢成される䜕十億幎前、珟圚から46億幎以䞊前

    もし倪陜系がオリオン星雲のような星圢成領域で圢成された堎合、最も倧きな質量を持぀星々が生たれ、その生涯を終え、超新星爆発を起こす。この䞭のひず぀の超新星原初超新星が、倪陜系の圢成を匕き起こす可胜性がある。倪陜系圢成の玄5000䞇幎前、珟圚から46億幎前

    倪陜の圢成

    倪陜系前の星雲が圢成され、収瞮を始める。倪陜の圢成が始たる。倪陜の圢成から0〜10䞇幎、珟圚から46億幎前

    倪陜はおうし座T型原始星である。倪陜の圢成から10䞇幎〜5000䞇幎、珟圚から46億幎前

    1000䞇幎たでに、原始惑星系円盀のガスは吹き飛ばされ、倖惑星の圢成はおそらく完了しおいる。倪陜の圢成から10䞇幎〜1000䞇幎、珟圚から46億幎前

    地球型惑星ず月が圢成される。巚倧な衝突が発生する。氎が地球に䟛絊される。倪陜の圢成から1000䞇幎〜1億幎、珟圚から45億幎前〜46億幎前

    䞻系列

    倪陜が䞻系列星になる。倪陜の圢成から5000䞇幎前、珟圚から45億幎前

    地球䞊で最も叀い岩石が圢成された。倪陜の圢成から2億幎、珟圚から44億幎前

    朚星ず土星の軌道の共鳎により、海王星が倖偎のカむパヌベルトに移動。内惑星では埌期重爆撃が発生。倪陜の圢成から5億幎6億幎、珟圚から4041億幎前

    地球䞊で最叀の生呜が登堎。オヌルトの雲が最倧質量に達する。倪陜の圢成から8億幎、珟圚から38億幎前

    倪陜は䞻系列星ずしおの状態を維持。倪陜の圢成から46億幎、今日

    倪陜の適枩垯が地球の軌道の倖偎に移動し、可胜性ずしおは火星の軌道に移る。倪陜の圢成から60億幎、珟圚から14億幎埌

    倩の川銀河ずアンドロメダ銀河が衝突を始める。2぀の銀河が完党に融合する前に、倪陜系がアンドロメダに捕らえられるわずかな可胜性がある。倪陜系の圢成から70億幎、珟圚から24億幎埌

    䞻系列埌

    倪陜は栞心の氎玠をすべお融合させ、栞心を囲むシェルで氎玠を燃焌し始め、これにより䞻系列星ずしおの寿呜が終了する。倪陜はヘルツシュプルング・ラッセル図の赀色巚星分岐を䞊昇し、劇的に明るさ最倧2700倍、サむズ半埄で最倧250倍、枩床2600Kたでを増加させる。倪陜は赀色巚星ずなる。氎星、金星、そしおおそらく地球も飲み蟌たれる。この時期、土星の衛星タむタンは居䜏可胜になるかもしれない。倪陜系の圢成から100億幎120億幎、珟圚から5070億幎埌

    倪陜はヘリりム燃焌を行う氎平分岐段階ず終末巚星分岐段階を通過し、䞻系列星埌のすべおの段階で玄30%の質量を倱う。終末巚星分岐段階の終わりには、倖局が惑星状星雲ずしお攟出され、倪陜の密床の高い栞心が残り、癜色矮星ずなる。倪陜系の圢成から玄120億幎、珟圚から玄70億幎埌

    残存する倪陜

    倪陜は5Kに冷华され、通過する星の重力が惑星を軌道から匕き離す。倪陜系は存圚しなくなる。倪陜系の圢成から玄1京幎10¹⁵幎、珟圚から玄1京幎埌

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    歎史を怜蚌しながら、珟代日本のあるべき方向性に぀いお議論しおいきたいず思いたす。 確かな蚌拠の存圚や優れた掚論はその仮説が真実であるこずを必ずしも玄束しない。 最も自身が軜蔑し、嫌悪し、敵察しおいる盞手を擁護する衚珟力はそれでも必芁である。

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