太陽系の最果てに位置する天王星と海王星。私たちは長い間これらの惑星を「巨大氷惑星」や「氷の巨星」と呼んできた。
水やアンモニア、メタンなどの「氷」が惑星の主成分と考えられていたからだ。
だが、スイス・チューリッヒ大学の研究チームが発表した最新の計算モデルによると、これら2つの惑星の内部は、これまで考えられていたよりもずっと岩石質である可能性があるという。
もしかすると、数年後の教科書からは「氷の巨星」という言葉が消えているかもしれない。
この研究成果は『Astronomy & Astrophysics［https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/12/aa56911-25/aa56911-25.html］』誌（2025年12月10日付）に掲載された。
太陽系の最果てにある二つの巨大惑星
天王星と海王星は、地球の約4倍もの直径を持つ巨大な惑星だ。
太陽から平均して約29億km離れた場所を回る天王星は、太陽系で最も低いマイナス224度という極めて低い温度が記録されたこともある極寒の世界である。
さらに太陽から約45億km離れた海王星も、平均温度がマイナス214度に達するほど冷え切っている。
太陽からより遠い海王星のほうが天王星よりわずかに温かいのは、海王星が誕生したときの熱を今も内部に蓄えていて、自前のヒーターのように働いているからと考えられている。
対する天王星は、過去に別の巨大な天体と衝突した衝撃で内部の熱が逃げてしまったと考えられており、太陽に近いにもかかわらず海王星より冷たい惑星となった。
また、オックスフォード大学の2024年の研究［https://www.eurekalert.org/news-releases/1030165］によれば、海王星はこれまで信じられてきたような濃い青色ではなく、実際には天王星に近い淡い緑がかった青色をしているという。
かつて探査機ボイジャー2号が撮影した画像は、大気の流れをわかりやすくするために色が強調されており、その結果として海王星は濃い青色だという誤ったイメージが世界中に広まってしまったようだ。
また、天王星は84年かけて太陽を回る間に色がわずかに変化し、夏や冬の時期には極地方を覆うメタンの氷の粒が増えることでより緑がかって見えるという不思議な性質も持っている。
天王星や海王星は本当に巨大氷惑星なのか？
天王星や海王星はかつて、木星や土星と同じ「ガス巨大惑星」に分類されていた。
しかし、水素やヘリウムが主成分のガス惑星とは異なり、その内部が水やメタンといった重い物質でできていることが判明したため、現在は「巨大氷惑星」として区別されている。
この惑星が「巨大氷惑星」と呼ばれる理由は、太陽から遠く離れた極寒の環境において、水やアンモニア、メタンといった物質が圧縮され、シャーベット状のドロドロとした塊になって惑星の核を形成していると考えられてきたからである
しかし、スイス・チューリッヒ大学の博士課程で研究を行うルカ・モルフ氏は、これらの惑星についてはまだ解明されていない点が多く、従来の分類は実態を単純化しすぎていると指摘する。
ルカ・モルフ氏と指導教官のラヴィット・ヘレド教授は、惑星の深部をより正確に知るために、理論と実際の観測データの両方を組み合わせた独自の「ハイブリッドモデル」を構築した。
これまでのシミュレーションは、物理学の理論に基づいた推測に偏るか、あるいは目に見えるデータだけを反映した単純すぎるもののどちらかになりがちであったが、
この新しいモデルは双方の利点を組み合わせることで、偏りのない物理的な一貫性を持たせている。
二人の研究者は、まず惑星の中心からの距離に応じて密度がどう変化するかを検討し、惑星の重力を考慮して調整を行った。
そこから核の温度や組成を推測して新しい密度の構成図を作成し、そのデータを再びモデルに戻して、現在の観測データと完全に一致するまで計算を繰り返したのである。
氷ではなく岩石が主成分という新説
この精緻なシミュレーションによって、従来の予想とは異なる結果が得られた。
導き出された核の候補の中に、氷の主成分である水よりも岩石の比率が極めて高いパターンが存在することがわかったのだ。
これは氷に覆われた巨大氷惑星ではなく、むしろ岩石が主成分である「巨大岩石惑星」である可能性を示している。
また、このモデルは惑星が持つ複雑な磁場の謎についても説明を与えている。
核の周囲には、水がイオン状態という特殊な形で存在して、熱によって中身がぐるぐると循環している場所があることが示された。
あまりの高温と高圧によって水分子がバラバラに壊れ、電気が流れやすい粒へと姿を変えた層が、複数の磁極を持つ複雑な磁場の源になっていると考えられる。
最新の探査ミッションに期待
今回のモデルによれば、天王星の磁場は海王星に比べてより中心に近い場所で発生しているという。
しかし、モルフ氏は、惑星の中心部で見られるような超高圧や超高温という極限状態で物質がどう振る舞うかについては、現代の物理学でもまだ完全には解明されていないと語る。
今後はメタンやアンモニアといった他の成分もモデルに含めて分析し、真実を見極める予定だという。
ヘレド教授によれば、現在の知識の多くは1980年代に探査機ボイジャー2号がたった一度だけ通り過ぎた際のデータに基づいている。
天王星と海王星は巨大氷惑星なのか、あるいは巨大岩石惑星なのか。
その真実を知るためには、最新の観測機器を積み込んだ新たな探査ミッションが送り出される日を待つ必要があるだろう。
追記（2025年12月30日）：
天王星や海王星の分類について、正確を期すため補足説明を加筆いたしました。木星などのガス巨大惑星との違いや、これまで巨大氷惑星と呼ばれてきた背景を整理し、最新の研究内容がより伝わりやすいよう構成を整えております。
References: Eurekalert［https://www.eurekalert.org/news-releases/1109137］ / Dx.doi.org［http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/202556911］
