太陽系の誕生

恒星は星間ガス(分子雲)の中で誕生する。
分子雲はいくつかの塊に分裂しながら、恒星へと進化を始める。
分子雲は収縮と同時に回転を始めて、円盤形の原始太陽系星雲になっていく。
そしてその中でさらに塊に別れていき、中心は原始太陽へと成長を始める。
太陽系は50億年前に、こうして成長を始めたと考えられている。

地球をはじめ太陽系の物質には鉄よりも重い元素が存在していることから、
われわれ太陽系の材料となった元素は、
どこかの超新星爆発によってまき散らされた元素であることもわかる。

その超新星爆発が一つであったか、複数の爆発のものによるのかはよくわからない。
ただ、例えばウランの同位体の存在比がどのウランをとっても同じなので、
太陽系の材料の起源となる超新星爆発がたとえ複数であったとしても、
爆発の時期はほぼ同じということになる。
また、超新星爆発のときのウランの存在比から、54億年前に起こったことになる。

つまり元素の生成から5億年ほど、太陽系の材料は星間物質として漂っていたことになる。

原始太陽系星雲の温度が下がると、ガスが凝縮して塵(ダスト)ができてくる。
そのとき、温度が高い太陽に近い内側では岩石(けい酸塩と金属)が、
温度が低い遠いところでは氷(水、アンモニア、メタン)が、それぞれの主成分となる。

ダストは衝突・合体を繰り返して、だんだんと大きくなっていく。
微惑星への成長は10万年程度の短い時間と考えられている。

微惑星の中でも大きいものは、さらにまわりの微惑星を集めて暴走的に成長する。
ある程度大きくなったころには、まわりの微惑星も少なくなり、成長の速さは鈍ってくる。

こうして原始惑星が形成される。
原始惑星の質量は地球型で地球質量の10分の1程度、
木星型で地球質量の5~10倍程度、天王星型で15~20倍程度となる。
また、原始惑星への成長時間は地球型で100万年、木星型で1000万年~1億年、
天王星型で1億年~10億年といわれる。

木星型惑星は、円盤部に残ったガスを大量に集める(降着させる)ことによって、
自分自身のまわりに分厚いガスの層を持つようになる。

地球型惑星は小さいために表面重力も小さく(ガスの降着に時間がかかりすぎる)、
ガスをたくさん集めることができない。

また、天王星型惑星は惑星への成長が遅いためにガス円盤がその間に失われてしまう。

こうして、太陽に近いところでは地球型が、太陽から遠いところでは天王星型が、
その間では木星型の惑星ができることになる。

原始惑星は、今の惑星と比べると小さい。
地球型の原始惑星では大きくても火星大である。
つまり地球になるためには、さらに原始惑星の巨大衝突・合体が繰り返されることになる。
これは惑星どうしの引力、さらには木星の引力により不安定になって衝突するのである。
その際に月もできたと考えれれている。火星や水星は原始惑星が残ったものかもしれない。

木星型惑星は、たくさんの微惑星を集めることができたため(それが固体核になる)、
重力も大きく円盤部のガスもたくさん集めることができたのである。

天王星型惑星は、固体核の成長に時間がかかり、円盤部のガスが逸散してしまったために、
大量のガスを集めることができなかった惑星と考えられる。

 

参考サイト
山賀 進 『われわれはどこから来て、どこへ行こうとしているのか、そしてわれわれは何者か』