地球の材料は、ほぼ全部が木星より内側のもの 外から来たのは2%未満だった

編集・パクト

地球は自分の隣人だけを食べて育ったのか、それとも遠くの海溝越しに水を分けてもらったのか──惑星科学は、この問いで二派に割れてきた。

数字でいえば、地球の材料のうち6〜40%は木星の外側、すなわち外惑星領域からやってきたと見積もられてきた。6.7倍もの幅は、決着のつかなさをそのまま物語っている。

2026年3月にNature Astronomy誌で発表されたETHチューリッヒ工科大学のPaolo Sossi氏とDan Bower氏の解析は、その数字を大きく塗り替えた。

外から来た物質は地球全体の2%未満、地球の岩石部分に限れば0.1%未満という。

地球はほぼ丸ごと、太陽から見て木星より内側の材料だけでできていた可能性が高いという(Nature Astronomy, 10巻7号, 972-979頁)。

「6〜40%」が「2%未満」に落ちた瞬間

Sossi氏らが打ち出した数字の落差はかなり大きい。従来の見積もり6〜40%は、地球の材料の何割が木星より外側から届いたかの推定幅だった。

論文によると、この幅は、地球の材料の「内側の成分」として、エンスタタイト・コンドライトという隕石を選ぶか(約6%)、ユレイライトという隕石を選ぶか(約40%)で生まれていた。

ETHチューリッヒの新解析はその幅を潰しに行った。彼らの結論は外来物質は2%未満、あるいはゼロ。40%説と比べて実に20倍以上の下方修正にあたる。

数値の低さより効いているのが、幅の狭さのほうだ。

従来の推定は比べる隕石の選び方で6%にも40%にもなり得たが、今回は10系統をまとめて突き合わせた結果、地球の同位体組成は非炭素質隕石の並びの延長線上に1標準偏差(1σ)以内で乗った。

「私たちの計算がはっきり示しているのは、地球を作った材料が単一のリザーバから来ているということだ」とSossi氏はコメントしている。

Bower氏は「地球が内惑星領域の材料だけでできていて、しかも既知のどの隕石とも一致しないと分かった時は本当に驚いた」と続けた(ETHチューリッヒ発表)。

ここで押さえておきたいのは、これが新しい観測結果ではなく、既存の隕石データを統計的に洗い直した「再解析」であることだ。

データそのものは公開されている物、判定を変えたのは解析の切り口である。

10種の同位体を一気に突き合わせた「データサイエンス」

従来の惑星起源解析は、酸素同位体をほぼ一択で使うか、せいぜい2種の同位体系で判別することが多かった。系が2つしかないと、点は2次元平面に落ちる。

誤差の球をどこに置くかで、地球の位置は炭素質側にも非炭素質側にも寄せられてしまう。

Sossi氏らは10種類の核合成起源同位体を同時に使った。次元が上がれば、通る空間が細くなる。

多次元空間で非炭素質のみで作れる領域を張り、そこに地球の組成が入るかどうかを問う設計に切り替えた。

結果、非炭素質配列の線形延長は、地球の岩石部(バルクシリケイトアース)の同位体組成を10種すべての組み合わせで1σ以内で貫いた。

逆に、既存のどの炭素質コンドライトを混ぜても、この一致は再現できなかった。

「私たちの研究は実質的にデータサイエンスの実験だ。地球化学ではめったに使われないが、強力な統計計算を回した」──Sossi氏はこの手法自体を強調している。

分野の癖に慣れた研究者が、あえて統計側の道具を持ち込んだ格好だ。

Bower氏も「私たちの計算は非常にロバストで、物理仮定ではなくデータそのものだけに依存している」と付け加えている。

円盤モデルや物質輸送シミュレーションの前提を切り離した点が、この論文の売りといえる。

隕石は2グループしかない──「炭素質」と「非炭素質」

この話を追うには、隕石が大きく2つに分かれるという前提が要る。片方が非炭素質(non-carbonaceous)隕石、もう片方が炭素質(carbonaceous)隕石だ。

非炭素質隕石は主に内惑星領域で生まれたグループで、火星起源隕石や小惑星ベスタ由来の隕石(HED隕石)、普通コンドライトなどが含まれる。

名の通り、炭素や水を多くは含まない。

一方の炭素質隕石は外惑星領域で凝結したとされ、水や有機炭素をより多く含む。はやぶさ2が持ち帰った小惑星リュウグウの試料も、ここに属するC型小惑星の破片だ。

両者の区別がクリアになったのは、じつは2010年代初頭のことである。

それ以前は酸素同位体が主要な指紋だったが、あるアメリカの研究者がクロムやチタンの同位体でも起源を追えることを示し、隕石群を2つに切り分ける道具立てが揃った(ScienceDaily報道)。

今回の分析が言っているのは、地球はこのうち非炭素質側のみで説明できる、ということだ。ただし、地球はどの既知非炭素質コンドライトとも完全には一致しない。

既知の内惑星隕石を混ぜて足しても地球にはならず、地球はいわば、まだ地上に落ちてきていないタイプの内惑星物質で組成される。

これは「地球=火星隕石をたくさん集めたもの」ではないことも意味している。地上には数万個の隕石カタログがあるが、地球本体のレシピにぴったり合う隕石は、今のところ手元に存在しない。

地下深くの掘削サンプルや、原始的なコアからの微量成分測定など、次の世代の分析対象がここから見えてくる。

ちなみに、この「まだ落ちてきていない物質」という結論は、隕石探査の側にも宿題を残す。

既知の非炭素質コンドライトに存在しない中間的な組成が、南極氷床の未回収サンプルや小惑星帯の未探査天体に眠っている可能性が出てくるからだ。

木星が引いた見えない境界線と、その効果の定量

なぜ太陽系はきっぱり2つのリザーバに分かれたのか。有力な容疑者は若い木星である。

ガス惑星の胚である木星は、原始惑星系円盤(protoplanetary disc)のなかで急速に大きくなった。

円盤はガスと塵が薄く広がる回転リングだが、木星は自分の重力でその中に環状の隙間を刻んだと考えられている。

この隙間が、外側の材料が内側に落ちてくるのを止める関所として働いた。木星より外で生まれた炭素質側の物質は、内惑星領域まで届きにくくなった、というシナリオだ。

ここまでの発想は目新しくない。目新しいのは、その関所がどれほど効いたのかという定量である。ETHチームの結論に沿えば、木星バリアの通過量は地球換算で質量の2%未満。

「木星より外からは、ほぼ何も来なかった」に近い。

前に紹介したとおり、この結果は円盤モデルや初期木星の質量、木星が動いた距離(Grand Tack仮説など)といった物理仮定に踏み込んだ数字ではない。

関所は効いていた、と観測データから逆算した結果である。

この点は本論文の限界でもあり、強みでもある。同位体データがどれだけ蓄積・修正されても、統計的な相性は再計算できる。

一方、木星の関所がなぜそこまで完璧に効いたかというメカニズム自体は、別の研究に任される問いとして残る。

火星・ベスタは兄弟、水星と金星は「もっと極端」

地球と一緒に非炭素質グループに入るのが、火星と小惑星ベスタである。両天体の隕石は、非炭素質配列上で地球のすぐ隣に落ちる。

目を引くのは、Sossi氏らが同じ配列を外挿することで水星と金星の同位体組成を予測している点だ。彼らの見立てでは、太陽に近い水星と金星は、地球や火星よりさらに極端な非炭素質側の値を取る。

これは太陽系の内惑星帯に、太陽に近いほど組成が偏っていく空間的あるいは時間的な勾配があった、ということを含意する。

同じ非炭素質でも、生まれた位置と時期で味付けが変わるという、思ったより連続的な絵だ。

ただし、これは現時点では予測にとどまる。地球化学者が扱える岩石サンプルは、地球・月・火星隕石・ベスタ隕石までしかない。

水星と金星の岩は、探査機で採取して持ち帰らない限り、この予測を直接叩けない。

論文は、この考えを確かめるには、金星と水星から岩石を持ち帰るサンプルリターン探査がぜひとも必要だとしている。

水星を調べる欧日の探査機ベピコロンボや、計画中の金星探査機はいずれも岩を持ち帰る計画ではないため、この予測を直接確かめるには、さらに先の探査が要る。

裏を返せば、今回の論文は10年単位で検証される予測を伴っている。今後、水星や金星の岩片が予測を外せば、この論文の統計モデルにも修正が入るはずだ。

4つの内惑星をそのグラデーション上に並べると、太陽側から水星→金星→地球→火星という位置関係になる。今回の予測は、この並びの両端が「同じ非炭素質」でも味わいが違うことを示唆する。

それでも残る最大の宿題──では海の水はどこから来た?

この論文がいちばん揺さぶるのは、じつは「地球の水はどこから来たか」という古典的な問いのほうだ。

これまで有力視されてきたのは、水と炭素を含む炭素質隕石が地球形成の後期に大量に落ちてきて、揮発性物質を届けたというシナリオだった。

では、2%未満では水が足りないのか。論文によると、そうとは限らない。

水素、炭素、窒素は地球の岩石部分にもともと少ないため、CI型の炭素質物質を質量で約1%加えるだけで地球の岩石部分の水素を、約0.3%で炭素を、約0.1%で窒素を、それぞれ全部まかなえる計算になる。

わずかな外来物質でも、水や炭素の大部分を運べた可能性がある。

Sossi氏は「新しい結果が出ても、地球の材料をめぐる議論はまだまだ終わっていない。ダンと私は、地球や隣の惑星の材料について、これからも熱い議論を重ねることになる」と話す。

ちなみに、これはあくまで統計的な再解析による結論であって、地球の岩を掘り直したわけではない。10系統の同位体データそのものに補正が入れば、絵は動きうる。

因果関係を実験で示したのではなく、既存データとの整合性を極端に絞り込んだという質のエビデンスだ。ここは冷静に受け取っておきたい。

それでも、6〜40%という幅が2%未満まで縮んだ意味は小さくない。

地球という足元は、思ったよりずっと「地元産」だった──次に議論の主戦場になるのは、その地元でどうやってこれだけの水が確保されたか、という問いになる。