海が水で満たされているとは限りません。
土星の衛星タイタンには、水ではなく液体メタンの海があります。地表面に液体が存在している天体は、太陽系で知られている限りは地球とタイタンのみ。
地球上のメタンは都市ガスとして、また牛のげっぷに含まれる温室効果ガスとして知られる無色透明な気体ですが、地表の温度が-180℃しかないタイタンでは主に液体として存在し、海や湖を満たしています。
そしてその液体メタンの海からメタンが蒸発してタイタンの大気に取り込まれ、凝縮して雲となり、やがてはメタンの雨となって地表に降り注いでいます。地球においての水循環と同じように、タイタンでは炭化水素循環が起きているんですね。
最新の研究では、タイタンの海の深さが最大300メートルにも及ぶことが分かったそうです。NASAはゆくゆくこのメタンの海に潜水艦を送り込む計画を構想中だとか。タイタンのオレンジ色の空の下、液体メタンの海中探査するだなんて聞いただけでもワクワクしませんか？
タイタンはこんなところ
土星の衛星は65個も発見されていますが、その中で最も大きいのがタイタンで、直径は約5,150km。水星（直径約4,850km）より大きいです。また、タイタンは濃い大気に覆われていることから、その大きさと大気の濃さも相まって｢惑星のような衛星｣と表現されることもあります。
タイタンの大気の主成分は地球と同じく窒素で、メタンの含有率は2％ほど。この大気中のメタンと窒素が化学反応を起こして高分子有機化合物を生成しているため、オレンジ色のもやがタイタン全体をすっぽりと覆ってしまっていて、地表面を観察するのはなかなか困難でした。
カッシーニとホイヘンスの偉業
そこに登場したのがNASAの探査機カッシーニです。1997年に打ち上げられ、2004年には土星の周回軌道に乗り、運用停止となった2017年まで土星や土星の衛星の鮮明な観測データをせっせと集めてくれました。さらにカッシーニに積み込まれていたESAの小型探査機ホイヘンスは、カッシーニから切り離されてタイタンの地表に見事着陸し、これまでもやに包まれていた世界をあらわにしてくれました。
カッシーニには高度計も搭載されていました。2014年8月21日にはタイタンの地表からわずか970kmにまで接近し、クラーケン海にレーダーを放射して観測を行いました。クラーケン海（Kraken Mare）はタイタンで最も大きな水域で、タイタンの表面上の液体の80％を保有しています。
カッシーニのデータから海の深さを測る
このカッシーニが集めたデータをもとに、クラーケン海の深さを測定した新しい研究がこのほど学術誌『Journal of Geophysical Research』に掲載されました。それによると、クラーケン海はもっとも深いところで水深300メートル以上あるかもしれないとのこと。｢あるかもしれない｣と表現があいまいなのは、もともとカッシーニが海底めがけてピンガーを打ち込んだときに、300メートル以上進んでもまだ海底にたどり着かなかったからだそうなんです。ということは、実際はもっと深いのかも？
カッシーニのレーダー放射を使ってどのようにクラーケン海の深さを測定したのか、もうちょっと詳しく見てみましょう。コーネル大学とNASAのジェット推進研究所が共同で開発した手法とは、レーダーが海面から、また海底から反射された時差を計算し、海面と海底の間の距離＝海の深さを割り出すというもの。でも、このやり方はクラーケン海を満たしている液体の性質と密度、またどのぐらいの速さでレーダーを透過するのかなど、いくつかの不確定要素を仮定した上で行われたものでした。
なにはともあれ、この手法を使ってクラーケン海の北端に位置するマレー入江（Moray Sinus）の水深を測ったところ、85メートルでした。さらにレーダーの透過率からはこの部分の海域の70%がメタン、16%が窒素で、14％がエタンらしいこともわかりました。マレー入江の位置的関係から、研究者たちは当初これよりもっとメタンの量が多いのではないかと予想していたのですが、結果はクラーケン海の全域で成分が平等に分布されていることを示唆しています。
クラーケン海の中心部の深さも測ってみたところ、こちらはさらに不確定な結果に。研究論文の執筆者たちによれば、カッシーニがクラーケン海にレーダーを放射した際、｢海底からレーダーが反射された形跡がなかったことから、クラーケン海を満たしている液体が深すぎるか、もしくは吸収性が高すぎてカッシーニのレーダーが貫通できなかった状態を示唆している｣そうです。ですが、もしクラーケン海の全域で液体の成分が平等分布されていると仮定した場合は、浅くて水深100メートル、深くて水深300メートルぐらいあるのではないかと考えられるそうです。
潜水艦ミッションに期待
それにしても、地球から遠く離れたタイタンの海の深さを測って一体どんなメリットが？実はNASAにはいずれタイタンに潜水艦型の探査機を送り、リモート操作でクラーケン海の中を探索する計画があるそうなんです。
コーネル大のPoggiali教授は、｢今回の研究のおかげでクラーケン海の液体の密度をより正確に把握することが可能になり、将来タイタンに潜水艦ロボットを送りこむときにソナーの精度をより正確に調整することができるようになると考えています｣とプレスリリースにて語っています。
2015年に描かれたコンセプトプランは、SF映画みたいで超かっこいい！ しかし残念ながら、今のところ潜水艦ミッションが現実化しそうな気配はまだありません。代わりといってはなんですが、NASAは2030年代にドラゴンフライと名付けられたドローン探査機をタイタンに送り込む予定だそうです。
地球に生命が誕生したのは、水という液体が地表面に存在し、安定した気候に恵まれ、有機物が生成される環境下にあったことが大きく関係していると思われます。そして液体の種類こそは違えど、タイタンにもこの同じ条件が揃っているのは非常に興味深いことですよね。
Reference: 谷口義明著『太陽と太陽系の科学』, NASA Glenn Research Center via YouTube
からの記事と詳細 ( 水がない海もあるんだ！ 土星の衛星タイタンには水深300メートルのメタンの海が広がっている - GIZMODO JAPAN )
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科学＆テクノロジー
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