[論文レビュー] New Indivisible Planetary Science Paradigm

J. Marvin Herndon|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2013

Astro and Planetary Science参考文献 48被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、高圧・高温下の巨大ガス惑星型原始惑星内での凝縮と重力沈降によって、質量の大きなコアを持つ惑星が形成されることを提唱する、新しい惑星科学的パラダイムを提示する。地球のコアは、300地球質量のガス/氷殻に圧縮されて現在の直径のおよそ66％にまで縮小された。T-Tauri期の噴火は、内惑星の大気を剥ぎ取り、物質を再分配することで普通普通隕石および小惑星帯を形成した。この仮説は、水星の組成および火星の地下に水が貯留可能な可能性に影響を及ぼす。

ABSTRACT

I present here a new, indivisible planetary science paradigm, a wholly self-consistent vision of the nature of matter in the Solar System, and dynamics and energy sources of planets. Massive-core planets formed by condensing and raining-out from within giant gaseous protoplanets at high pressures and high temperatures. Earth's complete condensation included a 300 Earth-mass gigantic gas/ice shell that compressed the rocky kernel to about 66% of Earth's present diameter. T-Tauri eruptions stripped the gases away from the inner planets and stripped a portion of Mercury's incompletely condensed protoplanet, and transported it to the region between Mars and Jupiter where it fused with in-falling oxidized condensate from the outer regions of the Solar System and formed the parent matter of ordinary chondrite meteorites, the main-Belt asteroids, and veneer for the inner planets, especially Mars. In response to decompression-driven planetary volume increases, cracks form to increase surface area and mountain ranges characterized by folding form to accommodate changes in curvature. The differences between the inner planets are primarily the consequence of different degrees of protoplanetary compression. The internal composition of Mercury is calculated by analogy with the Earth. The rationale is provided for Mars potentially having a greater subsurface water reservoir capacity than before realized.

研究の動機と目的

• 内部構造、力学的挙動、エネルギー源を統合した、自己一貫的かつ包括的な惑星形成・進化モデルの構築を目的とする。
• 原始惑星圧縮の度合いの違いによって、内惑星間の組成的差異を説明することを目的とする。
• T-Tauri期以降の物質再分配によって、普通普通隕石と主小惑星帯小惑星の起源を説明することを目的とする。
• 新しい形成ダイナミクスに基づいて、水星の内部構造と火星の地下に貯留可能な水の容量を再評価することを目的とする。
• 圧縮解放に起因する亀裂形成とひずみの発生によって、惑星の体積膨張と地殻変動のメカニズムを説明することを目的とする。

提案手法

• 高圧・高温のガス惑星型原始惑星内での高密度コアの凝縮と重力沈降を、惑星形成のプロセスとしてモデル化する。
• 熱力学的原則を適用して、巨大なガス/氷殻に圧縮された岩石コアの圧縮度を推定し、地球のコア直径が現在の約66％にまで縮小されたことを計算する。
• T-Tauri期の噴火を、内惑星の大気剥ぎ取りと物質輸送の駆動要因としてシミュレートする。
• 類似性の推論を用いて、地球の圧縮コアモデルを基に水星の内部組成を推定する。
• 惑星表面に及ぼす体積膨張の効果を分析し、圧縮解放に起因するひずみと亀裂形成によって山脈の形成を説明する。
• 外太陽系から降下する酸化型凝縮物と剥ぎ取られた惑星物質を統合し、普通普通隕石の母天体を形成する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ガス惑星型原始惑星内での高圧凝縮と重力沈降は、どのように質量の大きなコアを持つ惑星を形成するのか？
• RQ2 原始惑星圧縮の度合いが、内惑星のサイズや密度の違いをどの程度説明できるのか？
• RQ3 T-Tauri期の噴火は、惑星の大気剥ぎ取りと小惑星帯および普通普通隕石の形成にどのような役割を果たしたのか？
• RQ4 地球の圧縮コアモデルから、水星の内部構造をどのように推定できるのか？
• RQ5 この新しい形成パラダイムに基づいて、火星の地下に貯留可能な水の容量はどの程度と評価できるのか？

主な発見

• 地球の岩石コアは、300地球質量のガス/氷殻の重みによって、現在の直径のおよそ66％にまで圧縮された。
• T-Tauri期の噴火は、内惑星の大気を剥ぎ取り、水星の完全に凝縮されなかった原始惑星の一部を木星と火星の間の領域に運搬した。
• 運搬された物質は、外太陽系から降下する酸化型凝縮物と融合し、普通普通隕石および主小惑星帯小惑星の母天体を形成した。
• 圧縮解放に起因する亀裂形成と地殻のひずみが、山脈の形成を説明する。
• 内惑星の違いは、主に原始惑星圧縮の度合いの違いに起因しており、組成の違いだけではない。
• この新しい形成モデルに基づくと、火星は従来の推定よりも、地下に水を貯留可能な能力が大きい可能性がある。