新しい研究は、巨大なマグマの「海」が、地球よりもはるかに重いいくつかの岩石の系外惑星「スーパーアース」の奥深くに隠されており、予期せぬ方法で強力な惑星磁場を生成し、潜在的な地球外生命体にとって重要な保護を提供している可能性があることを示しています。米国のロチェスター大学が主導したこの研究は、これらの隠れたマグマ層が地球の外核のような惑星の「発電機」のように機能し、星や宇宙からの高エネルギー放射線や荷電粒子に抵抗すると考えられている。


地球の内部では、液体鉄の外核の対流運動によって、地球の磁場を生成し維持する「磁気流体力学ダイナモ」（ダイナモ）と呼ばれるプロセスが駆動されます。しかし、体積が大きく内圧が高い岩石惑星では、鉄芯が部分的または完全に固化していたり​​、異常な物理状態にあることがあり、従来のメタルコア発電機構が安定して動作することが困難になります。これは、他のメカニズムの介入がなければ、多くのスーパーアースには強力な磁場障壁が存在せず、生命の長期生存に適した表面環境を維持することが困難になることを意味します。

ロチェスター大学地球環境科学部の中島美紀准教授と彼のチームは、『Nature Astronomy』に掲載された論文で、惑星深部の「基底マグマオーシャン」（BMO）と呼ばれる高圧の溶融層が惑星の磁場を独立して維持できる可能性があると提案した。このマグマオーシャンは、地球のマントルの底にあり、超高圧、高温の環境にあります。研究によると、そのような条件下では、当初は絶縁体または弱い導体であると考えられていた溶融岩石の電気伝導率が、数十億年続く可能性がある惑星規模の磁場を支えるのに十分なほど大幅に増加します。

「強い磁場は惑星生命の存在に不可欠です。」中島氏は指摘するが、火星や金星などの太陽系のほとんどの地球型惑星は、地球規模の磁場を失っているか、安定した磁場を一度も形成していない。その主な理由は、それらの核に十分な対流とエネルギー条件が欠けているためである。それに比べて、多くのスーパーアースは質量が大きく内圧が高いため、核内に金属製の発電機を維持する機会があるだけでなく、深部のマグマオーシャンに一連の「マグマ発電機」を取り付ける可能性があると彼女は述べた。二重のメカニズムが共同して、惑星が居住可能になる可能性を高めます。

現在の系外惑星の観測によると、スーパーアースは天の川銀河で最も一般的なタイプの惑星です。スーパーアースは通常地球の数倍の大きさですが、海王星のような氷の巨人よりも小さいです。これらは一般に、主に岩石と金属で構成されており、厚いガス殻ではなく比較的「固体」の表面を備えていると考えられています。このような惑星は太陽系には存在しませんが、スーパーアースは多くの星のハビタブルゾーンで発見されています。理論的には液体の水が表面に存在する可能性があるため、長い間、地球外生命体の探索における重要な目標とみなされてきました。研究チームは、これらの惑星が本当に「居住可能」かどうかを判断するには、磁場の強さが大気維持や放射線遮蔽能力と同じくらい重要な指標になると指摘した。

スーパーアース深部の極限環境を実験室で再現するために、中島教授のチームはロチェスター大学レーザーエネルギー研究所でレーザー衝撃実験を実施し、量子力学的計算と惑星進化の数値モデルを補足した。研究者らは、マグネシウムや鉄が豊富な酸化物（(Mg, Fe)O）などの代表的なマントル材料を選択し、高出力レーザーを使用してサンプルを瞬時に加圧および加熱して、スーパーアースの深層マントルに匹敵する圧力と温度に耐えられるようにし、溶融状態での導電率の変化を測定した。実験結果によると、数百万気圧の極圧下では、溶融岩石は十分に高い導電率を示すことができ、惑星の内部対流運動と組み合わせると、地球の磁場と同等か、それよりも強い磁場を数十億年間維持できることがわかりました。

モデル予測によると、体積が地球の約 3 ～ 6 倍のスーパーアースでは、このような地下マグマオーシャンが長期間維持され、強力で長時間持続する磁場が生成される可能性が最も高くなります。この研究はまた、コアジェネレーターと比較して、マグマジェネレーターは合金組成の変化の影響を受けにくく、寿命が長く、惑星の冷却と進化の間、大気と表面生命をより安定して保護できる可能性があることも指摘した。これは、系外惑星が「居住可能」かどうかを評価する際に、天文学者に新しい内部構造の基準を提供する。たとえ惑星の鉄心の状態が理想的でなくても、深部のマグマオーシャンが十分に厚く、対流が十分に強い限り、大気と生命を守るための磁場が存在する可能性がある。

「私の研究背景は主に理論と計算であり、高圧実験に個人的に参加するのは今回が初めてであるため、この研究は私にとって刺激的であると同時に挑戦的でもあります。」中島氏は、この学際的な研究を完了させてくれた多方面の研究者の協力に感謝し、将来的には系外磁場観測を通じてこの仮説を検証することを楽しみにしていると述べた。天体観測技術の進歩により、将来的には恒星掩蔽や電波放射、恒星風の相互作用信号などからスーパーアースの磁場の強さを推測することができ、「マグマオーシャン磁場」の仕組みを検証する重要な証拠が得られることになる。

論文「極圧下での(Mg, Fe)Oの導電率と惑星マグマオーシャンへの影響」は、2026年1月15日に「Nature Astronomy」誌に掲載され、惑星の内部構造が磁場と居住可能性をどのように形作るかについて人類の理解をさらに深めました。研究チームは、系外惑星の内部と磁場に関するさらなる情報が得られるにつれて、惑星の奥深くに隠されたマグマの「暗い海」が、宇宙の潜在的な生命世界に目に見えないが重要な保護傘を静かに提供していることがわかるかもしれないと信じている。