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【科学ニュース】MAVEN、火星大気に無いはずの金属層を発見

NASA(米航空宇宙局)の火星探査機MAVENが、地球大気を基に作られた火星大気モデルに反する金属イオンの大気層を発見した。研究結果は、Geophysical Research Letters誌に4月10日付で発表されている。

「MAVENは、地球以外の惑星の電離層に恒久的に存在する金属イオンを初めて直接検出した」と、研究を率いたNASAゴダード宇宙飛行センターのジョセフ・グレボウスキー(Joseph Grebowsky)氏は話す。「金属イオンは寿命が長く、中性風と電界によって発生地から遠く運ばれるため、電離層内の動きを推論するために使用できる。風で吹き上げられる木の葉で、風の向きや強さがわかるのと同様だ」。

MAVEN(Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN)計画は、火星の上層大気を調べることで、かつては生命が存在しうる環境であったと考えられる火星から、大気の大部分がどのようにして失われ、数億年の間に冷たく乾燥した惑星となったのかを解明しようとしている。

火星の金属は、定常的な小さい流星物質の雨によってもたらされる。流星物質は、高速で火星の大気に突入するときに蒸発する。飛行機雲のような航跡に残る金属の原子は、電離層中の他の荷電原子や荷電分子によって一部の電子が引きはがされ、帯電したイオンに形を変える。

「火星の観測では、地球に似た結果と似ていない結果が得られる。それは非常に刺激的だ」とグレボウスキー氏は話す。

惑星間の空間には、金属の塵や岩石のかけらなどの流星物質が豊富に存在する。流星物質は、惑星の大気に引き込まれると蒸発し、鉄やマグネシウムなどの金属粒子があとに残る。火星の金属は、こうした定常的な流星物質の雨によってもたらされている。

地球上では、このような粒子の振る舞いのほとんどは、地球の強い磁場によってコントロールされる。粒子は磁場をある種のハイウェイのように使って、磁力線に沿って流れを作り、大気の全体にわたる薄い層を形成する。

しかし、火星にそのような磁場はない。火星では、南半球に弱い磁場を持つ小さな地域が複数あるが、地球のような全球にわたる磁場はなく、MAVENが発見したような層はありえないはずだった。

「何かがこの層を作っている、何かが押し上げて支えているが、それが何なのかはわからない」とグレボウスキー氏は言う。小さな磁場の“こぶ”が一定の役割を果たしているのは確かであり、大気中の風もおそらく同様だが、正確なメカニズムが地球上と異なっていることも確実だという。

グレボウスキー氏の研究チームは、火星で鉄とマグネシウムが予想外の分布を示すことにも気がついた。鉄はマグネシウムより重いため、大気中でも鉄はマグネシウムより下降するはずだが、実際には考えられるよりかなり高い層でも両者が同じように混在していた。

ボウスキー氏は「この観測結果は、高度に関して驚くべき構成だった。地球とは、まったく違う」と言う。

この波打つような金属の雲には、火星の上層大気の化学組成と気候が関係している可能性がある。それらによって、火星大気の多くが宇宙空間に飛散し、乾燥した不毛の地表が残された理由も説明できるかもしれない。

「惑星の居住可能性を知るためには、大気の構成プロセスをしっかり理解することがとても重要だ」と、NASAラングレー研究センターのギョーム・グロノフ(Guillaume Gronoff)氏は述べる。「ここ(この研究)では、われわれには分からないことがいくつかあると示されている」。

今回のMAVENの発見は、疑問への回答ではなく、新たな疑問をいくつも生じさせた。金属イオンが、なぜ大気の高い層にあるのか? 強い磁場がないのに、なぜ地球のような大気層が形成されているのか? 鉄とマグネシウムは、なぜ同じ層で混じりあっているのか?

現在の火星大気のモデルでは、これらの現象をどれも説明できない。「これは、火星の大気はすべて火星自身の事情で出来ていることを示すもので、よくできた研究だ」と、NASAゴダード宇宙飛行センターのディーン・ペスネル(Dean Pesnell)氏は述べる(同氏は今回の研究には加わっていない)。「火星は、少し異なるもうひとつの地球ではないということだ」。

【情報ソース】

Geophysical Research Letters - Unique, non-Earthlike, meteoritic ion behavior in upper atmosphere of Mars
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL072635/abstract

AGU - NASA’s MAVEN mission reveals Mars has metal in its atmosphere
https://news.agu.org/press-release/nasas-maven-mission-reveals-mars-metal-atmosphere/

New Scientist - Mars’s atmosphere hosts metal layers that shouldn’t exist
https://www.newscientist.com/article/2127673-marss-atmosphere-hosts-metal-layers-that-shouldnt-exist/

NASA - Mars Today: Robotic Exploration
https://www.nasa.gov/mission_pages/mars/main/index.html

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