天王星と海王星は、大きさや見た目が似ていることから「双子」と呼ばれる氷の巨大惑星です。ところが、国際研究チームが大気の深部の化学組成を調べたところ、2つの惑星の出自が異なる可能性が浮かび上がりました。成果は欧州の天文学専門誌「Astronomy & Astrophysics」に掲載されています。
天王星と海王星は、太陽系で最も探査が進んでいない惑星です。訪れた探査機はボイジャー2号だけで、天王星は1986年、海王星は1989年のことでした。一方、これまでに見つかった約6000個の系外惑星のうち、半数以上が同程度の大きさの惑星です。そのため、この2つの起源を知ることは、惑星科学全体にとって重要です。
深い層は何層もの雲に隠されて直接見えないため、チームは「トレーサー(目印)」として一酸化炭素(CO)に注目しました。COは深部の大気に由来し、雲の上の観測できる高さまで運ばれてくるため、その濃度から、雲の下の様子を推定できます。チームは、大気の化学と物質の輸送を扱う数値モデルに、ALMA望遠鏡などによる最近のCO観測を組み合わせ、各惑星の内部の炭素と酸素の比(C/O比)を絞り込みました。
その結果、海王星は天王星より酸素がかなり多いことが分かりました。炭素の量と合わせると、海王星のC/O比は低くなります。ただし、両者の取り得る値の範囲は重なっています。この違いは、2つの惑星が若い太陽のガスと塵の円盤の同じ領域で、同じ組成の材料から生まれたとすると説明が難しいといいます。
初期太陽系の化学進化のモデルと比べると、天王星は現在の軌道に近い、太陽から比較的遠い場所で生まれた一方、海王星は酸素に富む固体材料が多い太陽に近い場所で生まれ、のちに外側へ移動した、というシナリオが考えられます。ただし、研究チームは、この結果だけでは各惑星の歴史を確定できないと断っています。深部の大気の上下の循環が大きな不確実性で、検証には新たな観測が必要です。
記事は、その助けになる計画として、天王星探査機「Uranus Orbiter and Probe(UOP)」の構想を挙げています。2023年に米国科学アカデミーが、今後10年の最優先ミッションに位置づけたものです。
出典: Phys.org「Planetary 'twins' Uranus and Neptune may have different origin stories」(2026年10月19日)