天王星と海王星の「氷の巨人」分類に疑問を投げかける新たな研究

従来、水、メタン、アンモニアを主成分とする「氷の巨人」として分類されてきた天王星と海王星。しかし、2025年12月に学術誌『Astronomy & Astrophysics』で発表された最新の研究が、この定説に一石を投じています。チューリッヒ大学（UZH）の研究者である博士課程の学生ルカ・モルフェ氏とラヴィット・ヘレド教授が発表した結果は、これらの外惑星がこれまで考えられていたよりも遥かに岩石質の組成を持つ可能性を示唆しています。この発見は、天王星や海王星と同程度の大きさの系外惑星が多数存在する現代において、惑星形成モデルに重大な影響を及ぼすものです。

太陽系において、木星や土星といった巨大ガス惑星よりも外側に位置するこれらの惑星群は、広範な実証データというよりも仮説に基づいて長らく氷の巨人として扱われてきました。これらの天体の探査は限られており、1986年と1989年に探査機「ボイジャー2号」が接近観測を行ったのみです。UZHの研究チームは、組成に対して「アグノスティック（とらわれない）」な新しいモデリング手法を採用しました。このアプローチでは、従来のモデルが課していた厳密な層構造や単純化された経験的プロファイルに頼るのではなく、ボイジャー2号の実際の観測結果と一致する数千ものランダムな密度プロファイルを生成し、その中から最適なものを選び出しました。

得られた最も適合度の高い組成モデルは、これらの惑星が主に岩石質である可能性を示唆しています。分析によると、天王星の岩石対水の質量比は、海王星よりも約10倍大きい可能性があり、両惑星間に内部構造の多様性が存在することを示唆しています。このより岩石質であるという解釈は、既知のカイパーベルト天体である冥王星の組成とも整合します。冥王星は岩石と金属が約70%を占めることが知られています。天王星に関して許容されるモデルの範囲は、岩石対水の質量比が0.04からほぼ4に至るまで、100倍もの幅を持っています。

さらに、新しいモデルは、両惑星で観測される無秩序で多極的な磁場についても説明を提供します。研究チームは、異なる深さに存在する「イオン化された水の層」が独立した磁場ダイナモを生成し、地球のような比較的単純な双極子場とは異なり、非双極子的な磁場構造を説明できることを発見しました。ヘレド教授は、天王星の磁場が海王星のものよりも深い場所で発生していることを示唆するデータがあると指摘しました。しかしながら、極端な内部圧力と温度下での物質の挙動に関する理解が不十分であるため、依然として大きな不確実性が残っていると研究者たちは注意を促しています。

ヘレド教授は、現在のデータだけでは、これらの惑星が岩石質なのか氷質なのかを決定するには不十分であり、真の内部構造を解明するには専門的な探査ミッションが不可欠であると強調しました。今後の研究は宇宙機関にとって最優先事項であり続けます。NASAの「天王星オービター・プローブ（UOP）」構想は、2023年から2032年のデカッド調査において最高優先度のフラッグシップクラスのミッションとされています。ただし、プルトニウム生産の遅延により、予定打ち上げ時期は2030年代半ばから後半にずれ込む見込みです。一方、中国は「天問4号」ミッションを計画しており、2030年頃の打ち上げ後、2045年3月頃に天王星へのフライバイを予定しています。