地球の内部は45億年の間ダイナミックに運動し変遷してきました。また地球と月は誕生以来お互いに相互作用をしながら進化しました。我々は地球・月をはじめとする惑星・衛星内部の状態および進化過程を理解するために、「磁場」をキーワードに以下の様な研究を行っています。
アリストテレス自然学においては、地球は不動の世界中心に位置する不毛な土の塊であって、人間の好奇心の対象ではありませんでした。宇宙あるいは星辰の世界に対して人間が深い関心を抱いた事と対照的だった訳です。17世紀に近代的な自然哲学が成立すると、人間にとって地球は、自らの知的活動を通じてその正体を理解すべき驚異に満ちた自然へと変貌しました。そして、19世紀の地質学成立により、地球表層付近に関する人間の理解は著しく進展しましたが、地球の深部は相変わらず神秘のベールに包まれていたのです。地球深部の解明に画期的な進歩をもたらしたのは、20世紀開始と共に始まった地震学をはじめとする地球物理的研究です。現代において地球が地殻、マントル、外核、内核から成り立つ事は良く知られています(図1)。
地磁気を観測することは地球内部の様子を知るための手段の一つです。地磁気は地球中心部の外核で作られています。外核は主に鉄で構成されていますが、高温のために液体として存在しています。液体金属である外核は活発に対流しており、電磁誘導による発電作用(ダイナモ)を引き起こします(図2)。このダイナモが地磁気を生成・維持するメカニズムです。地磁気は過去30億年以上前から存在しており、その間に極性を何度も反転させるなど非常にダイナミックに変動しています。外核の対流および地磁気は地球内部の熱進化過程の帰結ですので、地磁気から地球内部の変動や進化に関する情報が得られます。我々は数値シミュレーションや観測によって核と地磁気のダイナミックな現象を理解し、地球の内部進化過程を明らかにすることを目指しています。
現在月には地球のような固有の磁場は有りませんが、局所的に磁場の強い地域(磁気異常)が存在しています(図3)。月の磁気異常はどのようにして形成されたのでしょうか。その成因は月の起源や進化を理解する上で重要な情報を含んでいると考えられています。過去の月にも地球と同じように、核のダイナモによるグローバルな磁場が存在していたと考えられています。月のダイナモはいつ、どのようにして停止し、現在の状態に至ったのでしょうか。私達は我が国の月周回衛星かぐやに搭載された月磁力計(LMAG)によって取得された月磁場のデータを詳細に解析することによって、月磁場の時間発展を明らかにし、月の起源・進化の解明に迫るべく研究に取り組んでいます。
地球や月以外の天体の理解は、太陽系形成過程や地球・月系の普遍性・特異性のより良い理解に繋がります。現在推進されている水星、火星の磁場や磁気異常および、エウロパ、ガニメデ、カリストといった木星の月周辺での磁場の観測計画は、その非常に良い機会です。こうした国際的な探査計画に携わることで惑星・衛星磁場の貴重な観測データが得られます。私達はこうして得られた天体磁場のデータを理論的に解析することで、天体内部の構造・進化過程を明らかにすることを目指しています(図4)。ダイナモの数値シミュレーションとも組み合わせて、地球・月・惑星の進化過程に関する新たな知見を得るべく、理論と観測に基づく多面的研究を進めています。