Giant impacts may strip small icy moons of subsurface oceans

土星や天王星の小さな氷の衛星が過去に巨大衝撃を受けた場合、それが表面下の液体の海を失わせたり、新たな海の形成を妨げたりする可能性があることが、Southwest Research Institute（SwRI）の新しい研究で示された。この研究結果は、科学誌Nature Astronomyに発表され、将来の探査ミッション計画や生命探査戦略に影響を与える可能性がある。

土星や天王星の外側にある多くの小さな衛星には、氷の厚い外殻の下に液体の水層（表面下の海）が存在する可能性があると考えられている。ところが、これらの衛星系の特性から、現在見られている衛星の大部分が、太陽系初期に形成された元々の衛星ではなく、過去の大規模衝突で破壊・再結合したものである可能性が指摘されていた。特に土星の衛星については、この再結合が過去1億年以内に起きた可能性さえあるという。研究チームはこうした疑問を受け、破壊と再結合を経た衛星でも表面下の海が形成されるのかを明らかにするため、衝撃シミュレーションと衛星の熱進化モデルを組み合わせた分析を行った。

研究の結論は明確だ。衝撃は既存の海の厚さと持続性には影響するが、新たな海を作ることはない。一見すると、衝撃で加えられるエネルギーが氷を溶かし海を形成するはずだと思われるかもしれない。だが、そのエネルギーは急速に散逸してしまう。小さな衛星が衝撃を受けると多くの小片に砕け、ジャガイモ全体ではなくフライドポテトのように、それぞれの熱が極めて速く失われるのだ。つまり、破壊的衝撃は逆に海洋形成を難しくし、既に存在していた海を失わせる傾向があると考えられる。

一方、衝撃は別の効果をもたらす。衝撃前に岩と氷が混在していた衛星では、衝撃により氷が一時的に溶け、より重い岩の物質が中心に沈み込み、その周囲に厚い氷の層が再び凍結する。この結果、より厚い氷殻と密度の高い核を持つ衛星が形成される。半径1000キロメートル以上の大きな衛星であれば、衝撃前に持っていた表面下の海を保持できる可能性があるが、より小さな衛星は海を失う傾向にある。本研究から、土星のエンケラドゥスやディオーネのような現在も海を持つと考えられる衛星が、過去1億年の間に破壊と再結合を経ていない可能性が高いことが示唆されている。

この研究成果は、太陽系内での生命探査候補地の選定や、将来の探査ミッション計画に重要な示唆をもたらす。また、宇宙の衛星形成メカニズムの理解を深めるもので、宇宙科学全体の知見の拡充につながっている。日本の製造業・部品サプライヤーの観点からは、こうした宇宙科学の進展が、探査機の耐衝撃計測機器やセンサー、極低温環境対応の材料・部品の開発・製造需要につながる可能性がある。また、衛星内部の複雑なプロセスをモデル化するための計測技術や解析ツールの需要も生まれうる領域である。

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