カイパーベルトにおける太陽系外縁天体の物理的構成

カイパーベルト

太陽から約 30 ～ 50 天文単位 (AU) の距離にあるカイパー ベルトは、海王星横断星人と呼ばれる氷の天体が生息する領域です。 これらの天体は、小天体から冥王星のような準惑星に至るまで、太陽系外縁部の構成と物理的進化を研究するための自然の実験室となっています。

物理的および化学的背景

カイパーベルトの海王星横断天体は、主に氷と岩石の混合物で構成されています。 この地域の平均温度は非常に低く、通常は 30 ～ 50 K であり、太陽に近づくほど昇華する揮発性化合物の安定性に有利です。

主な氷は主に水 (\(\mathrm{H_2O}\))、一酸化炭素 (\(\mathrm{CO}\))、二酸化炭素 (\(\mathrm{CO_2}\))、メタン (\(\mathrm{CH_4}\))、窒素で構成されています。 (\(\mathrm{N_2}\))。 これらの氷は、多くの場合、複雑な有機成分やケイ酸塩と混合され、複合構造を形成します。

分光分析

ハッブルなどの望遠鏡やニューホライズンズ号に搭載された機器による近赤外および紫外の分光研究により、これらの氷の存在を検出し定量化することが可能になりました。たとえば、メタンの特徴的な兆候は 1.7 および 2.3 ミクロン付近に現れますが、結晶水の特徴的な兆候は 1.5 ミクロンおよび 2.0 ミクロン付近で識別可能です。

これらの揮発性分子が相対的に豊富であるため、全体の組成を再構築し、表面温度やこれらの物体を覆うレゴリスの質感を推定することが可能になります。

氷と鉱物の物理的性質

極低温環境内の氷は、その結晶構造（非晶質対結晶質）の影響を受ける、可塑性や耐破壊性などの特定の機械的特性を示します。これらの特性は、トリトンや冥王星のような特定の天体で観察される極氷火山テクトニクスなど、考えられる地質学的力学に影響を与えます。

物体の気孔率は、多くの場合 10% ～ 50% と推定され、見掛けの密度と内部の熱発生に重要な役割を果たします。低温における混合氷の熱伝導率は低く、大幅な断熱効果が得られます。

4. 主要な太陽系太陽系天体の平均組成の比較表

出典: ミッションデータの概要ニューホライズンズ、恒星掩蔽および分光法（Brown et al., 2012; Barucci et al., 2011; Kiss et al., 2019; Licandro et al., 2021）。