ジャイアント・インパクト説

太陽系ができたばかりの大昔、惑星の候補になる天体がたくさん、入り乱れて軌道を回っていました。約45億年前、生まれたての地球の軌道に、火星ほどの大きさの巨大な天体が近づいてきました。科学者はこの仮想の天体を、ギリシャ神話で月の女神セレネの母の名にちなんで「テイア（Theia）」と呼んでいます。

テイアはものすごい速さで地球に向かって飛んできて、斜めにぶつかりました。このとき生まれた衝突のエネルギーは想像を超えるほど大きく、テイアは粉々になり、生まれたての地球の表面もマグマの海になるほど溶けてしまいました。

衝突ではじき出された大量の岩石の破片と蒸発したガスは、地球のまわりに巨大な円盤状のリングをつくりました。土星の輪のように地球を回っていた破片は、おたがいの重力でどんどん集まりはじめ、ついに今夜空を照らしている月として生まれ変わったのです。

アポロ宇宙船が月の岩石を持ち帰るまで、月がどうやってできたのかは謎でした。通りがかった月を地球が重力でつかまえたという捕獲説や、地球が速く回りすぎて一部がちぎれ飛んだという分裂説は、物理の計算と合わなかったのです。

ところが、月から持ち帰った岩石を精密に分析すると、地球の岩石と「酸素同位体の比率」が双子のようにほぼ同じでした。酸素同位体の比率は、太陽系の天体ごとにちがう指紋のような目印で、月と地球がとても近い材料からできたことを示しています。ただ、基本的な衝突モデルでは月は主にテイアの物質でできるはずなので、ここまで似ている理由は、今も研究が続く宿題です。

あわせて、月には重い鉄でできた中心の核がほとんどないこともわかりました。ジャイアント・インパクト説は、この点をうまく説明します。衝突のとき、重い鉄の成分は沈んで地球の核と合体し、外側の軽い岩石の層の破片だけがはじき出されて月になったからです。

もしテイアが地球に真正面からぶつかっていたら、ほとんどが地球と一体になってしまい、月をつくるほどの破片は軌道に上がらなかったでしょう。逆に、ほんの少しかすめただけなら、破片は宇宙の遠くへ飛び去り、月はできなかったはずです。テイアが約45度の角度で地球に斜めにぶつかったから、破片は地球の軌道にとどまることができました。

さらに驚くのは、できあがるまでの速さです。破片が集まって月になるまでは、宇宙の時間でいえば一瞬にすぎない数か月から数百年ほどかかったと計算されています。2022年のあるシミュレーションでは、衝突の直後わずか数時間で月のもとが生まれたかもしれない、という結果も出ました。

この途方もない衝突は、今の地球の生き物の運命も変えました。この衝突は地球の自転軸が傾いた原因の1つとされ、その後は月の重力が傾きを比較的安定して支えてくれたおかげで、四季が規則正しくくり返されると説明されています。