地球の海の水の一部は、太陽が生まれる前からあったらしい
海の水の一部は、太陽より年上らしい
もくじ
NASAによると、太陽は約46億年前、回転するガスとちりの大きな雲の中で生まれました。残った材料の多くから、地球などの惑星ができました。
ですから、地球の海の水も、太陽より新しいと思うのがふつうです。ところが2014年、科学雑誌「サイエンス」に、違う考えの論文が載りました。地球の海の水の一部は、太陽が生まれる前に、宇宙の冷たい雲の中で氷としてできていたらしい、というのです。
手がかりは、水にふくまれる「重水素」という、ふつうより重い水素でした。海の水には、この重水素が、太陽のもとになったガスより多くふくまれています。研究チームは、重水素の多い水を、若い太陽のまわりで作れるかどうかを計算しました。結果は、ほとんど作れない、というものでした。
この記事では、まず重水素とは何か、なぜ水のできた場所の手がかりになるのかを説明します。次に、2014年の研究がどうやって計算し、何が分かったかを見ます。最後に、その数字がどんな前提で変わるのかと、彗星の水の話を紹介します。
01海の水には、太陽のもとのガスの約8倍の割合で重水素がふくまれる
水の分子は、水素2つと酸素1つでできています。ふつうの水素の中には、ごくわずかに、少し重い仲間がまざっています。それが重水素です。ヨーロッパ宇宙機関（ESA）は、重水素を「中性子が1つ多い水素」と説明しています。
水素の中に重水素がどれくらいまざっているかは、ものによって違います。この割合を、研究者は「D/H比」と呼びます。Dは重水素、Hはふつうの水素のことです。
2011年の論文によると、地球の海の水では、重水素の割合は水素1万個に約1.6個です。一方、2014年の論文が使った、太陽が生まれたときのガスの値は、水素1万個に約0.2個でした。比べると、海の水は約8倍も重水素が多いことになります。
なぜ海の水は、重水素が多いのでしょうか。論文によると、重水素の多い水ができるには、とても冷たいことが必要です。目安は、マイナス220℃くらい（絶対温度で50度ほど）より冷たい場所です。そうした場所では、重水素が水の材料に入りこみやすくなる化学反応が進みます。生まれつつある星の近くでは、宇宙の冷たい雲から来た氷が蒸発しています。それを観測すると、地球の水の2〜30倍も重水素が多いことが分かっています。
つまり、重水素の割合は、その水がどれくらい冷たい場所でできたかを教えてくれる手がかりになります。
022014年の研究は、若い太陽のまわりで重水素の多い水を作れるかを計算した
地球の海の水の重水素は、どこで増えたのでしょうか。考えられる場所は2つあります。
1つ目は、太陽が生まれる前の、宇宙の冷たい雲の中です。2つ目は、生まれたばかりの太陽をとりまく、ガスとちりの円盤の中です。円盤は、のちに惑星や彗星のもとになりました。もし1つ目なら、水は太陽より古いことになります。
クリーブス（L. Ilsedore Cleeves）たちの研究チームは、2つ目の場所を調べました。若い太陽のまわりの円盤で、重水素の多い水が作れるかを、コンピューターで確かめたのです。まず、円盤の中の水を、重水素の割合が太陽のもとのガスと同じ状態にします。つまり、冷たい雲から受けついだ重水素の多い水は、全部なくなったと考えるのです。そして、100万年のあいだに、円盤の中の化学反応で重水素の多い水がどれだけできるかを計算しました。100万年は、円盤の中にガスがたっぷりある期間のおよそ長さです。
結果は、ほとんどできない、でした。円盤全体の水の重水素の割合は、水素1万個に約0.21個。もとの約0.2個から、少ししか増えませんでした。海の水の約1.6個には、とても届きません。
03だから海の水の一部は、太陽が生まれる前の氷から来たと考えられた
若い太陽のまわりで作れないなら、重水素の多い水は、もともと宇宙の冷たい雲の中にあったことになります。論文は、太陽系はできるとき、冷たい雲の中の氷を受けつぎ、その一部を失わずに残した、と結論づけました。
では、海の水のどれくらいが、太陽より古いのでしょうか。論文は、宇宙の冷たい雲の中の水の重水素の割合を、2通りの観測の値で計算しています。
太陽と同じくらいの軽い星が生まれつつある場所の観測値を使うと、地球の海の水の30〜50％が太陽より古い、という答えになります。彗星の水では、60〜100％です。一方、冷たい雲の氷で観測された、もっと高い値（上限の値）を使うと、海の水では少なくとも7％、彗星では少なくとも14％になります。
どちらの値を使っても、「海の水の一部は太陽より古い」という結論は変わりません。論文は、太陽系の水の「かなりの部分」が太陽より古い、と書いています。
深掘り講義
ここから先は、もう一段深く。しくみ・史料・論争まで踏み込みます。
冷たい場所ほど重水素が水に入りやすい理由
水の分子ができる反応の途中では、電気をおびた水素のかたまり（水素原子3つでできたイオン）が大事な役をします。冷たい場所では、このかたまりの水素の1つが、重水素に入れかわったものが増えます。入れかわったほうが、エネルギーの点で安定だからです。逆にもとへ戻るには、エネルギーの「山」をこえる必要があります。論文によると、その山の高さは、温度にして約124度（絶対温度）ぶんです。
そのため、温度が高いと、入れかわった重水素はすぐにもとへ戻ってしまいます。重水素がたまっていくのは、絶対温度で50度ほどより冷たい場所だけです。重水素をふくんだかたまりが、ガスの中で酸素と反応して、重水素の多い水ができます。また、このかたまりがこわれて出てきた重水素が、ちりのつぶの表面で酸素と結びついても、重水素の多い水ができます。
若い太陽のまわりでは、反応を進める「電気をおびた粒」が足りなかった
この反応を進めるには、もう1つ条件があります。水素のガスに、宇宙線（宇宙を飛ぶとても速い粒）やX線などが当たり、電気をおびた粒ができることです。冷たい雲の中では、宇宙線がガスによく当たります。
ところが、若い星のまわりの円盤では事情が違いました。若い星からふき出す風が、宇宙線をそらしてしまうと考えられています。論文によると、今のおだやかな太陽の風でさえ、宇宙線がガスに電気をおびさせる働きを、100分の1ほどに減らします。さらに、円盤のガスは冷たい雲より10万倍ほどこいものです。ガスがこいほど、電気をおびた粒の割合は小さくなります。
研究チームは、宇宙線のほか、若い星からのX線や、放射性の物質が壊れるときに出す放射線も計算に入れました。それでも、重水素の多い水は、円盤の中ではほとんど作れなかったのです。
「30〜50％」は、前提によって「7％以上」にもなる
論文の計算の考え方は、濃さの違う2つのジュースをまぜるのと同じです。重水素の少ない水（太陽のもとのガスと同じ割合）と、重水素の多い古い氷をまぜたと考えます。海の水の重水素の割合が、2つのあいだのどのあたりにあるかを見れば、古い氷が何％まざったかが分かります。
このとき使う3つの数字は、海の水の重水素の割合、太陽のもとのガスの割合、そして冷たい雲の中の水の割合です。このうち3つ目は、観測する場所によって大きく違います。そのため、答えも「30〜50％」から「7％以上」まで変わります。
もう1つ、計算の前提があります。論文の円盤は、ガスが動かない円盤として計算されています。本当の円盤では、ガスが内と外、上と下にまざります。まざる動きを入れた別の研究では、宇宙線が十分に当たれば、円盤の中でも重水素の多い水ができるという結果が出ています。論文は、この研究とは直接比べられないと認めています。そのうえで、若い星の風で宇宙線が弱まれば、その働きはずっと小さくなると書いています。ですから、「何％が太陽より古いか」の数字は、まだ幅のある見積もりです。言えるのは、「一部は太陽より古いらしい」というところまでです。
水が「いつできたか」と、地球に「どう来たか」は別の問題
地球の水が、彗星と小惑星のどちらで運ばれてきたかは、長く議論されてきました。2011年の論文によると、炭素を多くふくむ隕石の水は、重水素の割合が水素1万個に約1.4個で、海の水に近い値です。このため、小惑星が地球の水の主な運び手で、彗星が運んだのは1割以下とする考えがありました。ところが同じ2011年の論文は、ハートレー第2彗星の水が海とほぼ同じ割合だったことから、一部の彗星も海の水の運び手の候補に入る、と書きました。
ロゼッタが調べた彗星67Pの水は、海の水の約3倍も重水素が多いものでした。ESAの発表の中で、この研究の代表者は、この結果は小惑星を主な運び手とする考えを後押しする、と話しています。
ただし、どちらで運ばれたとしても、2014年の研究の結論は変わりません。小惑星から来た隕石の水も、彗星の水も、太陽のもとのガスより重水素が多いからです。論文は、太陽系のできかたがふつうだったなら、ほかの若い星のまわりにも、こうした古い氷がたっぷりあるはずだ、としています。
04まとめ
地球の海の水には、重水素が、太陽のもとのガスの約8倍の割合でふくまれています。2014年の計算では、若い太陽のまわりの円盤では、重水素の多い水はほとんど作れませんでした。そのため、海の水の一部は、太陽が生まれる前に宇宙の冷たい雲の中でできた氷から来たと考えられています。
その割合は、前提しだいで「7％以上」とも「30〜50％」ともいえます。海で波を見たら、その水の一部は、約46億年前に生まれた太陽よりも年上かもしれません。
人に話すなら、こう言おう
地球の海の水って、一部は太陽より古いらしいよ。太陽ができる前に、宇宙の冷たい雲の中で氷になってたんだって。水の中の「重い水素」の割合から計算したら、そうなったらしい。
英語で読む
Water Older Than the Sun
英文をタップすると、その文の訳が出ます。
The Sun was born about 4.6 billion years ago.太陽は約46億年前に生まれました。 So you may think Earth's water is younger than the Sun.ですから、地球の水は太陽より新しいと思うかもしれません。 But a study in 2014 says some of it may be older.でも2014年の研究は、その一部はもっと古いかもしれないと言っています。
The key is a kind of hydrogen called deuterium.手がかりは、重水素と呼ばれる水素の一種です。 It is a little heavier than normal hydrogen.それは、ふつうの水素より少し重いのです。 Ocean water has about eight times more deuterium than the gas that made the Sun.海の水には、太陽のもとになったガスの約8倍の割合で重水素がふくまれています。 This kind of water forms in very cold places.このような水は、とても冷たい場所でできます。
A team of scientists used a computer.ある科学者のチームがコンピューターを使いました。 They tested the disk of gas and dust around the young Sun.彼らは、若い太陽のまわりにあったガスとちりの円盤を調べました。 Could the disk make water with a lot of deuterium?その円盤は、重水素の多い水を作れたのでしょうか。 The answer was almost no.答えは、ほとんど作れない、でした。 After one million years, the water had only a little more deuterium than at the start.100万年たっても、水の重水素は、はじめより少し増えただけでした。
So the scientists think some ocean water came from ice in cold clouds in space.そこで科学者たちは、海の水の一部は、宇宙の冷たい雲の中の氷から来たと考えています。 This ice was there before the Sun was born.この氷は、太陽が生まれる前からそこにありました。 How much of the ocean is that old?海のどれくらいが、それほど古いのでしょうか。 It may be 30 to 50 percent.30〜50％かもしれません。 With other numbers, it is at least 7 percent.別の数字を使うと、少なくとも7％になります。
Comets also have this old water.彗星も、この古い水を持っています。 But comets are not all the same.でも、彗星はみな同じではありません。 One comet had about three times more deuterium than our oceans.ある彗星の水には、私たちの海の約3倍の割合で重水素がありました。 The next time you swim in the sea, remember this.今度海で泳ぐときは、このことを思い出してください。 Some of that water may be older than the Sun.その水の一部は、太陽より古いかもしれないのです。
4択問題 Reading Quiz
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Q1What is this story mainly about?
この話は主に何についてのものですか。
正解：B Why some of Earth's water may be older than the Sun
第1段落で「地球の水の一部は太陽より古いかもしれない」と問題を示し、第2〜4段落でその理由を説明しているので、正解はB。Aは第1段落の一部にすぎず、C・Dは本文の話題ではない。
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Q2How much more deuterium does ocean water have than the gas that made the Sun?
海の水には、太陽のもとになったガスと比べて、どれくらい多くの重水素がありますか。
正解：C About eight times
第2段落3文目に "about eight times more deuterium than the gas that made the Sun" とあるので、正解はC。Bの約3倍は、第5段落の彗星と海の水の比べ方なので違う。
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Q3Why do the scientists think some ocean water came from ice in space?
科学者たちは、なぜ海の水の一部が宇宙の氷から来たと考えているのですか。
正解：A The disk around the young Sun could not make much water with deuterium.
第3段落で、円盤は重水素の多い水をほとんど作れなかったと述べ、第4段落1文目で「そこで（So）」宇宙の氷から来たと考えたとあるので、正解はA。B・Cは本文にない。
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Q4In paragraph 2, the word "heavier" is closest in meaning to
第2段落の heavier という語にいちばん近い意味はどれですか。
正解：C weighs more
第2段落2文目は、重水素が「ふつうの水素より少し heavier」という文で、heavy（重い）の比較級なので、正解はC。
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Q5Which is true about the 2014 study?
2014年の研究について、正しいものはどれですか。
正解：D The scientists used a computer.
第3段落1文目に "A team of scientists used a computer." とあるので、正解はD。Aは第5段落（彗星はみな同じではない）、Bは第1・4段落、Cは第1段落（46億年前）と合わない。
重要語 Key Words（タップで裏返る）
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hydrogen名詞水素
Water is made of hydrogen and oxygen.
水は水素と酸素でできている。
💡 hydro（水）＋ gen（生む）で「水を生むもの」。
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deuterium名詞重水素
Deuterium is a heavy kind of hydrogen.
重水素は、重い種類の水素だ。
💡 ギリシャ語の deuteros（2番目の）から。記号は D。
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billion名詞10億
About 8 billion people live on Earth.
地球には約80億人が住んでいる。
💡 4.6 billion は46億。million（100万）の1000倍。
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ocean名詞海、大洋
The Pacific Ocean is very large.
太平洋はとても大きい。
💡 sea よりも広い「大洋」を言うことが多い。
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disk名詞円盤
The planets formed from a disk of gas and dust.
惑星は、ガスとちりの円盤からできた。
💡 イギリス式では disc ともつづる。
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comet名詞彗星（すい星）
We saw a comet with a long tail.
私たちは長い尾のある彗星を見た。
💡 ギリシャ語の「長い髪の（星）」から。
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percent名詞パーセント
Thirty percent of the students walk to school.
生徒の30パーセントが歩いて通学している。
💡 per（〜につき）＋ cent（100）。
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heavy形容詞重い
This box is too heavy to carry.
この箱は重すぎて運べない。
💡 比較級は heavier、最上級は heaviest。反対は light。
SOURCES出典・ウラ取り
この記事の事実は、次の資料を実際に開いて確認しています（確認した事実 27件）。
- Cleeves, L. I. et al. (2014) The ancient heritage of water ice in the solar system, Science 345: 1590-1593doi.org
- Hartogh, P. et al. (2011) Ocean-like water in the Jupiter-family comet 103P/Hartley 2, Nature 478: 218-220doi.org
- Altwegg, K. et al. (2015) 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio, Science 347: 1261952doi.org
- Rosetta fuels debate on origin of Earth's oceans（ヨーロッパ宇宙機関 ESA, 2014年12月10日）esa.int
- Sun: Facts（NASA Science）science.nasa.gov
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