惑星のコア（核）とは：定義・構造・成分と惑星別サイズ比較

惑星のコアとは何か？定義・構造・成分を図解で解説し、地球・火星・金星・木星など主要惑星のコアサイズ比較までわかる入門ガイド

惑星のコアとは、惑星の最も内側の層で、主に高密度の金属で構成される部分を指します。一般にコアは周囲のマントルや外層と性質が大きく異なり、惑星の熱・磁気・力学的な挙動に重要な役割を果たします。

定義と基本的な構造

惑星の内部は大きく分けて殻（地殻）、マントル、そしてコアに分けられます。コアはさらに固体コアと液体コアに分かれることがあり、地球のように内部に固体の内核と液体の外核を持つ場合もあります。コアとマントルの境界はコア-マントル境界（CMB）と呼ばれ、ここで物質の相や熱輸送の性質が変化します。

地球型惑星のコアの成分と状態

一般に地球型（岩石質）惑星のコアは主に鉄（Fe）と少量のニッケル（Ni）を含み、さらに硫黄（S）、酸素（O）、シリコン（Si）などの軽元素が混ざっていると考えられています。これらの軽元素の存在は密度や融点、電気伝導率に影響を与えます。文章中のように、地球のコアは部分的に液体で、内部に固体の内核と液体の外核を持ちます（内核は半径約1220 km、外核を含む全コアの半径は約3480 km）。

地球型惑星の例では、コアの状態が惑星磁場の発生に直結します。惑星の中心部で導電性の高い流体が対流し、惑星の自転があるときに磁場を生むメカニズム（ダイナモ作用）が働きます。したがって、惑星に磁場が観測されない場合、内部の流動が停止しているか流体の性質や回転が不足している可能性が示唆されます。

火星・金星・月・水星などの個別例

本文の指摘にある通り、地球のコアは部分的に液体ですが、火星や金星については現在の観測から、活発な磁気ダイナモを作っていないことが知られています。ただし「完全に固体である」と断定するのはやや単純で、火星は過去にダイナモが働いていた痕跡があり、現在は冷却が進んで部分的に固化しているか流動が弱まっている可能性があります。金星はコアが液体であっても自転が非常に遅く、ダイナモが成立しにくいとする説もあります。これらの違いは惑星の冷却歴、組成、回転速度に依存します。

月のコアは半径の約20％ほどと推定されており、部分的に液体成分を含む可能性があります。一方、水星は特にコアが大きく、半径の約75％を占めるとされ、厚い金属コアと薄いマントル・地殻という内部構造が特徴です。これにより水星は比較的小さいサイズながら磁場を持つという興味深い性質を示します。

ガス惑星のコア

ガス惑星（木星型・土星型）は大気や水素・ヘリウムの巨大な層を持ちますが、その中心にも高密度のコアがあると考えられています。これらのコアは岩石や金属、水（氷）から成る複合体である可能性が高く、質量は惑星の総質量に比べれば小さく見えても、絶対値では地球のコアより大きいことがあります。たとえば、木星のコアは観測とモデルにより推定される質量範囲が広く、地球質量の約10〜20倍程度と見積もられることが多く、過去の研究ではおよそ12倍とされることもあります。Junoなどの探査により質量や分布の精度が向上しつつありますが、コアの正確な大きさ・組成にはまだ不確定性があります。

コアの大きさ比較とその意味

コアの相対的な大きさ（惑星半径に対する割合）は天体ごとに大きく異なります。これは形成過程での分化（重い元素が中心に集まる）やその後の冷却・衝突履歴に依存します。例として：

• 月：コア半径は月全体の約20％程度と推定。
• 水星：コア半径は全半径の約75％と非常に大きい（相対的に金属が豊富）。
• 地球：コア半径は全半径の約54〜55%（約3480 km）。
• 木星などのガス巨星：質量的には地球コアの数倍〜数十倍に相当する可能性があるが、構造や状態はモデル依存。

コアの役割と観測手法

コアは惑星の磁場、熱流、形状や自転ダイナミクスに影響します。コアがどのような状態にあるかで、磁場の有無や強度、惑星内部の熱の抜け方が変わります。主な観測・解析手法は次の通りです：

• 地震波（地球）：最も直接的に内部構造を探る方法で、内核・外核の区別や深さを決定する。
• 重力場の観測（軌道探査機）：質量分布の非一様性から内部の密度分布を推定する。
• 磁場測定：ダイナモ活動の有無や内部流動の情報を与える。
• 慣性モーメントの測定：天体の質量配分（コアの大きさ）を推定するのに用いられる。
• 高圧実験と数値モデル：地球規模の圧力・温度条件下での物質の性質を調べ、内部構造モデルを作る。

形成と進化の観点

コアは原始惑星が分化（重い元素が中心に沈む現象）することで形成されます。形成後は放射性同位体の崩壊、重力分化に伴う潜熱、冷却による収縮が熱源となり、時間とともにコアの温度や状態は変化します。大型衝突や潮汐加熱などの外的要因も内部構造に影響します。

系外惑星（エキソプラネット）におけるコアの推定

系外惑星では直接の内部観測は難しいため、質量と半径の組み合わせから平均密度を求め、内部にどれだけの金属コアが必要かを逆推定します。これによりスーパーアースやミニネプチューンのコアサイズの多様性が明らかになってきており、組成や形成過程の違いが示唆されています。

まとめ

惑星のコアは惑星内部の中心部に位置する高密度領域で、組成（主に鉄・ニッケルと軽元素）、状態（固体・液体）、大きさは惑星ごとに大きく異なります。コアは磁場生成や熱輸送に重要な役割を果たし、その性質は地震学・重力測定・磁場観測・探査機データと高圧実験や数値モデルの組合せで明らかにされています。多くの点で未解決の問題も残っており、今後の観測と理論研究で理解がさらに深まる分野です。

質問と回答

Q:プラネタリウムコアとは何ですか?

Q: 地球型惑星とは何ですか?

Q: 地球型惑星のコアは主に何からできていますか?

Q:火星や金星のコアは、完全に固体なのでしょうか、それとも部分的に液体なのでしょうか?

Q:ガス状惑星とは何ですか?

Q:ガス惑星には鉄の核があるのですか?

Q: 惑星の核の大きさは、惑星間でどう違うのですか?

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