太陽系で最も有名で壮観な天体の一つが土星の環である。地球も昔、これに似たものを持っていた可能性がある。
先週、『Earth & Planetary Science Letters』に掲載された論文で、私と同僚たちは地球が環を持っていた可能性を示す証拠を提示した。
約4億6600万年前に形成され、数千万年間持続したこのような環の存在は、地球の過去に関するいくつかの謎を説明できるかもしれない。
環を持つ地球の可能性
約4億6600万年前、多くの隕石が地球に衝突し始めた。これは地質学的に短期間に多くの衝突クレーターが形成されたことから分かっている。
同時期、ヨーロッパ、ロシア、中国にわたって、特定のタイプの隕石の破片が非常に高濃度で含まれる石灰岩の堆積物も見つかっている。これらの堆積岩に含まれる隕石の破片は、今日落下する隕石に比べて、宇宙放射線にさらされた時間がはるかに短いことを示している。
また、この時期には多くの津波も発生しており、これは他の異常な混合堆積岩からも見て取れる。
これらの特徴はすべて互いに関連している可能性が高いと考えている。しかし、何がこれらを結びつけているのだろうか？
クレーターのパターン
この衝突頻発期に形成された21の隕石衝突クレーターが知られている。私たちはこれらの位置にパターンがあるかどうかを確認したいと考えた。
過去の地球のプレートテクトニクスの動きをモデル化し、これらのクレーターが最初に形成された場所をマッピングした。その結果、すべてのクレーターがこの時期に赤道付近にあった大陸上にあり、極に近かった場所にはクレーターが存在しないことが分かった。
つまり、すべての衝突が赤道付近で発生したのである。しかし、これは実際に発生した衝突の公平なサンプルと言えるだろうか？
私たちは、当時クレーターを保存するのに適した地球の陸地表面がどれだけ赤道付近にあったかを測定した。適した陸地の約30%が赤道付近にあり、70%がより高緯度にあった。
通常の状況下では、地球に衝突する小惑星はランダムにどの緯度でも衝突する可能性があり、これは月、火星、水星のクレーターでも見られる。
したがって、これらのクレーターが互いに無関係だとすれば、この時期の21個のクレーターすべてが赤道付近に形成される可能性は極めて低い。より高緯度でも多くの他のクレーターが見られるはずである。
これらすべての証拠に対する最良の説明は、大きな小惑星が地球との近接遭遇中に破壊されたというものだと考えている。数千万年にわたり、小惑星の破片が地球に降り注ぎ、上述のクレーター、堆積物、津波のパターンを作り出したのである。
環の形成方法
土星だけが環を持つ惑星ではないことはご存知かもしれない。木星、海王星、天王星にもそれほど目立たない環がある。火星の小さな衛星フォボスとダイモスが古代の環の名残である可能性を示唆する科学者もいる。
そのため、環の形成方法についてはよく知られている。以下がその仕組みである。
小さな天体（小惑星など）が大きな天体（惑星など）の近くを通過すると、重力によって引き伸ばされる。十分に近づくと（ロシュ限界と呼ばれる距離の内側）、小さな天体は多数の小さな破片と少数の大きな破片に分解する。
これらの破片はすべて揺さぶられ、徐々に大きな天体の赤道を周回する破片の環へと進化する。時間が経つにつれ、環内の物質は大きな天体に落下し、より大きな破片が衝突クレーターを形成する。これらのクレーターは赤道付近に位置することになる。
したがって、地球が約4億6600万年前に通過してきた小惑星を破壊し捕獲したとすれば、異常なクレーターの位置、堆積岩中の隕石の破片、クレーターと津波、そして隕石の比較的短い宇宙放射線被曝時間を説明できる。
巨大な日よけ？
当時、大陸移動により大陸の位置は現在とは異なっていた。北米、ヨーロッパ、オーストラリアの多くが赤道付近にあり、アフリカと南米はより高い南緯度にあった。
環は赤道周辺にあったはずである。そして地球の軸が太陽周回軌道に対して傾いているため、環は地球表面の一部を日陰にしていたはずである。
このような日陰は、地球表面に到達する日光が減少することで、全球的な冷却を引き起こした可能性がある。
これは別の興味深い謎につながる。約4億6500万年前、地球は劇的に冷却し始めた。4億4500万年前までには、過去5億年間で最も寒冷な時期であるヒルナンティアン氷河期に入っていた。
この極端な寒冷化の原因は、地球を覆う環による日陰だったのだろうか？私たちの科学的探求の次のステップは、小惑星がどのように分解し分散するか、そしてその結果生じる環がどのように時間とともに進化するかを数学的にモデル化することである。これにより、そのような環がどの程度の冷却をもたらし得るかを探る気候モデリングの舞台が整うだろう。
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