東京大学大学院理学系研究科の関根康人准教授らの研究グループは、地下海と熱水活動を持つ土星衛星エンセラダスの岩石が、地球の岩石の主成分であるマントルのような組成ではなく、隕石に近いことを実験から明らかにした。
土星の氷衛星の1つであるエンセラダスは、直径約500kmの比較的小さな天体。土星の衛星エンセラダスは、内部に地下海や熱水環境が現存する天体として注目を集めているが、その熱水環境の具体的な姿は明らかではなかった。
この衛星が、注目されるのは、「液体の水、有機物、エネルギー」という生命を育む基本要素が現存するため。エンセラダスの内部には、広大な地下海が存在し、南極付近の地表の割れ目から海水が間欠泉のように噴出している。
NASA（米航空宇宙局）のカッシーニ探査機は、噴出した海水の分析から、海水に塩分や二酸化炭素、有機物が含まれることを明らかにしている。さらに近年では、噴出した海水に含まれていたナノシリカ粒子の存在から、海底に地球の熱水噴出孔のような熱水環境が存在することも示されている。
研究グループは、エンセラダス海水に含まれるナノシリカ粒子に注目。これらナノシリカ粒子は、高温の海水が岩石と触れ合うことで岩石に含まれていたシリカが水に溶け、それが急冷することで析出したと考えられている。
このため、ナノシリカ粒子の生成条件を詳しく調べることで、元となる岩石の組成を制約できる可能性がある。そこで、地球の岩石の主成分であるマントルに似た組成の岩石と、隕石に似た、組成の岩石2種類の岩石に対して熱水反応実験を行った。この結果、マントルに似た組成の岩石からはナノシリカ粒子を生成することはできず、隕石に似た組成の岩石からのみ生成しうることが明らかになった。このことは、エンセラダスに隕石のような岩石と海水が反応する、地球と異なる独自の熱水環境が存在することになる。
地球のマントルやコアは、組成的に隕石に近い微惑星が集積し、原始地球がマグマ状態を経ることで形成される。エンセラダスの岩石が隕石に近いことは、この衛星では形成初期も含めて岩石が一度も溶融していないことを示す。
マグマ状態の原始地球では、鉄は惑星中心に集まり金属コアを形成する。一方で、エンセラダスでは金属コアがないため、熱水環境にも鉄が多く存在し、これが酸化されることで原始的な微生物の食料となる水素が大量に生成することになる。
今回の成果は、エンセラダスに地球と異なる独自の熱水環境が存在することを明らかにし、生命の食料となりうるガス種を初めて具体的な形で示したもの。これらの知見は今後の太陽系生命探査においても重要となる見通し。
