NASAの探査機「ニュー・ホライズンズ」が捉えた冥王星の大気中の壮大な青いもやの層。 Image via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
By Andrew A. Cole, University of Tasmania
The ominous warning – “winter is coming”, popularized by fantasy series “Game of Thrones” – applies equally well to Pluto.これは冥王星にも当てはまることで、ファンタジーシリーズ「ゲーム・オブ・スローンズ」で広まった不吉な警告です。
矮小惑星の希薄な大気は、季節の変化と接近する寒冷な条件によって、見事に崩壊寸前のようだと、天文学 & Astrophysics誌に発表された研究により示されました。
1930年に発見され、天文学者が冥王星が大気を持っているのではないかと疑い始めたのは、1980年頃でした。 その大気は1985年に暫定的に発見され、1988年に独立した観測によって完全に確認されました。
当時、天文学者は、窒素、メタン、炭化水素からなる小さな世界の薄い包みに、どんな劇的な変化が起こるのかを知る術を持ちませんでした。
宇宙の偶然
宇宙の偶然によって、20世紀の最後の数十年と21世紀の最初の数十年は、地球と冥王星と、遠い天の川の中心の密集した星野が、幸運にも一列に並ぶことになりました。 Image via NASA.
この偶然は、冥王星が私たちと背景の星との間を比較的頻繁に通過することを意味します。 このとき、冥王星の影が地球に落ちてきますが、天文学者はこれを掩蔽（えんぺい）と呼びます。 地球上のどの場所でも、冥王星の掩蔽はせいぜい2分程度である。
掩蔽の技術は、小惑星、彗星、惑星、矮小惑星など、太陽系外惑星の軌道、環、月、形、大気の研究に広く使われてきた。 もしその天体に大気があれば、星の光が消えてまた戻ってくる数秒の間、星の光は惑星の大気を通過するときに吸収と屈折によって変化することがある。
1980年代に初めて掩蔽撮影に成功して以来、一連の観測によって冥王星の半径はますます正確に測定され、その大気の温度と圧力についての理解も常に研ぎ澄まされています。 冥王星の長い1年（地球の248年に相当）の間、まず北極、次に南極が遠い太陽の方向に角度を持つ。
太陽系の図面は冥王星の傾いた軌道を示し、それは惑星の軌道よりも楕円であることも示している。 Image via NASA (modified).
しかし、地球とは異なり、冥王星の軌道は極端な楕円形に引き伸ばされている。 その軌道があまりにも細長いため、太陽からの距離が44億～74億km（地球と太陽の距離の30～50倍）も変化します。
これに対し、地球の太陽からの距離は1年間でわずか3.4％しか変化しないのです。 冥王星の大気は、冥王星が太陽に最接近する直前、1989年に発見された。
1989年以降、冥王星は太陽から遠ざかっています。 それに伴い、気温も低下している。
圧力下
冥王星が太陽から離れ始めたとき、天文学者は、自動車のタイヤの圧力が寒さで下がり、暑さで上がるのと同じように、これによってその大気圧が下がるだろうと予想しました。 それに対して、1988年から2016年の観測では、大気圧が着実に上昇していることが分かりました。
2015年にNASAの探査機「ニュー・ホライズンズ」が到着する直前、掩蔽測定によって冥王星の気圧が1988年から3倍になったことがわかりました（地球で換算すると、エベレストの頂上の気圧と海面での気圧を比較します）
この食い違いの原因は何なのでしょう？ 掩蔽測定に誤りがあったという考えは、ニュー・ホライズンズに搭載された電波科学実験（REX）が、地球上の観測者と一致する直接測定を返したことにより、払拭されました。
この新しい研究は、惑星表面のガスと氷の輸送に関する季節モデルを用いて、その謎を解きました。
冥王星が毎年太陽から遠ざかるにもかかわらず、その軌道のこの部分では北極が常に太陽の光を受け、その窒素氷冠が気相に戻る原因となるのです。
このことが、過去30年間の大気圧の急激な上昇を説明しています。
しかし、気候モデリングはこの傾向が続かないことを示しています。
NASAのニュー・ホライズンズ探査機が捉えた冥王星の北極の凍った渓谷。 Image via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Winter really is coming
Plutoは2113年まで太陽から遠く離れ、弱い太陽光は南極を同様に暖めるには十分ではないだろうという。
長い北の秋と冬の間、冥王星の大気は崩壊し、晴れて寒い冬の夜に車のフロントガラスの氷のように表面に霜が降りると予想される。
最も低い時には、大気は現在の圧力の5パーセント以下であると予測される。 冥王星の太陽への接近と北半球の春の組み合わせは、2237年まで再現されない。
それまで、掩蔽観測を続けて極低温・低圧の条件下での惑星大気モデルに対する我々の理解をテストすることが、極めて重要になるであろう。
しかし、冥王星の軌道が、私たちの観測を助けてくれた銀河系中心の密集した星野から見かけ上の位置を遠くするにつれ、こうした機会は少なくなるでしょう。
Andrew A. Cole, Senior Lecturer in Astrophysics, University of Tasmania
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結論。 宇宙物理学者が、冥王星が大気を失っている理由を説明します。
EarthSkyコミュニティのメンバー（科学者や、世界中の科学・自然ライター）が、自分にとって何が重要かを考えています。 写真提供：Robert Spurlock