二重衝突小惑星の奇妙な物理現象を見よ

小惑星が惑星に衝突すると、その衝撃は強大です。6600万年前、恐竜が自らの破滅を目の当たりにしたように。しかし、もし2つの小惑星が同時に同じ場所に衝突したらどうなるでしょうか？

学術誌「イカロス」に掲載された、火星におけるこの現象を調査する初の研究論文が発表された。研究者たちは火星を観察し、数百ものクレーターを発見した。これらは、月が地球の周りを回るのと同じように、小惑星が別の小惑星の周りを回る連星系の衝突によって生じたものと考えられる。

「それらを見つけるのは本当に難しい」と、フランスのコート・ダジュール大学の研究筆頭著者であるドミトリー・ヴァヴィロフ氏は言う。しかし、今回の発見は、これらの連星クレーターが実際に存在することを示すものだと彼は言う。

連星系小惑星の最初の発見は、1993年にNASAのガリレオ宇宙船が木星へ向かった際に行われました。その航路でアイダと呼ばれる小惑星の画像を撮影していたミッションの科学者たちは、近くを周回する2つ目の小惑星を発見し、衝撃を受けました。「彼らは非常に混乱しました」と、メリーランド大学の天文学者ハリソン・アグルーサ氏は語ります。アグルーサ氏は今回の研究には関わっていません。「カメラに何か問題があるのではないかと議論していました。」

しかし、そうではありませんでした。アイダは、小惑星がペアで、場合によってはそれ以上のペアで周回する可能性があることを初めて証明したのです。後にダクティルと名付けられたアイダの伴星は、信じられないほど小さかったものの、小惑星の存在を証明するものでした。「アイダは、小惑星コミュニティに大きな衝撃を与えました」とアグルーサは言います。

太陽系内の他の数百万個の小惑星の観測に基づき、科学者たちは現在、小惑星の約6分の1、つまり約16%が連星系の一部であると推定しています。連星系は太陽系、特に火星と木星の間の小惑星帯を周回しており、中でも最も有名な連星系の一つであるディディモスとその小さな伴星であるディモルフォスは、今年後半にNASAと欧州宇宙機関（ESA）による小惑星防衛ミッションのターゲットとなります。

小惑星は惑星や衛星に定期的に衝突するため、連星系小惑星も同様に衝突すると考えられます。しかし、連星系クレーターを見つけるのは、特に月のような無数のクレーターの中から行うのが困難な場合があります。地球では、地質学的プロセスによって衝突の証拠が急速に消失するため、さらに困難です。

現在、地球上で連星クレーターの最有力候補は、スウェーデンのロックネ・クレーターと、その近くにあるより小さなモーリンゲン・クレーターです。「これらの構造の年代を非常に正確に測定したところ、約4億5000万年前、まさに同じ年代に形成されたことがわかりました」と、2014年に発表されたこれらのクレーターの分析を主導したスペイン宇宙生物学センターのイェンス・オルモ氏は述べています。他に有望な候補としてカメンスク・クレーターとグセフ・クレーターが知られていますが、ロシアとウクライナの国境に位置するため、現在の地球の気候では研究が困難です。

火星では、クレーターは何十億年もの間、目に見え続けることがあります。そこで、ヴァヴィロフ氏とその同僚たちは、火星探査機が撮影した高解像度の火星表面画像を用いて、直径4キロメートルを超えるクレーターを約3万2000個調査し、クレーターペアを探しました。

彼らの研究結果によると、150組のクレーターが連星衝突の結果であると考えられ、合計300個のクレーターが存在することが示されました。これらの推定は、連星系小惑星の衝突後に発生すると予想されるクレーターの形状のペアを調査した結果です。これらのクレーターには、2つのクレーターが重なり合う涙滴型クレーター、縁で繋がるピーナッツ型クレーター、そして2つのクレーターの間に隙間があるダブレット型クレーターが含まれます。2つのクレーターの向きは、衝突時の2つの小惑星の位置によって異なります。

「火星にどれだけのクレーターがあるのか​​、私たちは知りませんでした」と、オーストラリアのカーティン大学のカタリナ・ミリコビッチ氏は語る。彼女は2013年にクレーターの形状を予測するための初期モデリングを行ったが、今回の研究には関わっていない。「全てを見つけるには、誰かが徹底的な調査を行う必要がありました。素晴らしいことだと思います」

二つの小惑星が同時に地表に衝突すると、興味深い物理現象が起こる可能性がある。ESAの延期されたエクソマーズ計画の副プロジェクトサイエンティスト、エリオット・セフトン＝ナッシュ氏は、衝突による衝撃波が衝突し、二つのクレーターの間に隆起した尾根や、高圧の場所が形成される可能性があると述べている。「高速道路を逆走するようなものです」と彼は言う。「非常に高い圧力下でのみ形成される鉱物の違いが観察できるかもしれません。」

火星で発見された連星クレーターの総数は、火星上の直径4キロメートルを超えるクレーター総数のわずか約0.5%に過ぎず、太陽系に存在するはずの連星系小惑星の数に関する一般的な推定値をはるかに下回っています。これは、自然の風化によって衝突クレーターの一部が消滅した結果である可能性もあれば、直径4キロメートル未満の小さなクレーター対が存在する可能性もあるでしょう。「直径100メートルを超える衝突クレーターは1億個以上あります」と、本研究の共著者であるオーストラリアのカーティン大学のアンソニー・ラゲイン氏は述べています。「小さなクレーターから始めると、すべてを調べるのにかなりの時間を費やさなければなりません。」

多くのクレーターペアは大きさが似ており、これは連星系小惑星の形成に関する主流の理論と矛盾しています。このような連星系は、太陽からの光が小惑星に当たり、その表面から物質を軌道上に押し出すことで形成されると考えられています。小惑星が自転するにつれて、この物質は数百万年かけて小さな伴星へと蓄積され、これまでに観測された連星のほとんどの構成がその証拠となっています。

アグルーサ氏は、このようなプロセスで同じ大きさの連星系小惑星が形成される可能性は低いと述べている。似たような大きさのクレーター対が示唆するように、連星系小惑星が形成される可能性は低い。むしろ、太陽系内では連星系小惑星を形成する別のプロセスが進行している可能性がある。「これは、私たちがまだ完全には理解していない別のメカニズムを示唆しているのかもしれません」と彼は言う。「何らかの理由で、私たちはそのようなメカニズムを観測できていないのです。」

次のステップの一つは、これらのクレーターの年代を測定することです。これにより、太陽系全体にわたる連星系小惑星の進化を振り返ることができるかもしれません。これは、現在の望遠鏡観測では不可能なことです。「今のところ、私たちは太陽系の静止画像しか持っていません」と、メリーランド大学の天文学者で、この研究には関わっていないイェ・クァンジ氏は言います。「この研究は、連星系小惑星が成長するにつれて何が起こったのかを知るのに役立ちます。」

科学者たちは、火星以外にも、水星や準惑星ケレスなど、連星系クレーターの証拠を探すことができるかもしれない。「ケレスは小惑星帯の真ん中にあります」とラゲイン氏は言う。「ケレスに衝突した連星系小惑星の集団が、火星で見られるものと異なるかどうかを調べるのは興味深いでしょう。」

将来、地球に衝突する可能性のある連星系小惑星について懸念すべき点があるかどうかについては、今のところそれほど心配する必要はありません。連星系小惑星であろうとなかろうと、地球に衝突する軌道上には既知の小惑星は存在しないからです。しかし、もし将来、連星系小惑星の接近に対処しなければならない事態になれば、それは特異なジレンマを生じさせるでしょう。

「私たちがどうするかは分かりません」とオルモ氏は言い、おそらく「大きなものを押して、小さなものもついてくるのを待つしかないでしょう」と付け加えた。火星では、もし私たちがそうしなかったらどうなるかを、今、その壮大さの中で見ることができる。