厚い大気に覆われていた40億年前の火星

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火星隕石の化学分析データと理論計算の比較から、40億年前の火星は約0.5気圧以上の厚い大気に覆われていたことが示された。

【2017年9月11日 東京工業大学

火星はかつて温暖で、液体の水(海)が存在した時期があった可能性が指摘されている。温暖な環境を保つためには厚い大気の温室効果が必要となるが、現在の火星には0.006気圧(地球の170分の1)の薄い大気しかない。火星は過去に厚い大気に覆われていたのか、もしそうなら、いつどのように厚い大気が失われたのかという問題は、火星に関する大きな謎である。

火星大気が宇宙空間に流出する過程では軽い同位体が優先的に失われ、その影響は大気に重い同位体が濃集するという形で表れる。東京工業大学の黒川宏之さんと千葉工業大学の黒澤耕介さんたちの研究グループは、この濃集度が大気圧に依存することに着目し、過去の火星の大気圧を推定した。

過去の研究で報告されていた、40億年前の火星隕石に記録されている当時の大気の窒素とアルゴンの同位体組成と、新たに行った理論計算とを比較したところ、当時の火星が約0.5気圧以上の厚い大気に覆われていたことが明らかになった。火星の固有磁場消失に伴う大規模な大気の宇宙空間への流出など、40億年前以降に起こった環境変動が、地球と火星の大気の厚さの違いを生んだことを示唆する結果である。

火星誕生から現在までの大気圧変化のグラフ
横軸:火星誕生からの時間、縦軸:大気圧。点線は大気圧の時間変化の予想を示し、矢印は過去の研究の推定値を表している(提供:Kurokawa et al. (2017) Icarus)

現在、NASAの火星探査機「メイブン」によって火星大気の流出現象の観測が行われており、JAXAが2024年に打ち上げを計画中の火星衛星サンプルリターンミッション「MMX」でも、この流出現象の観測が行われる予定となっている。これらの探査を通じて、今回の研究で明らかとなった40億年前の厚い大気が失われた原因が解明されるかもしれない。これらの研究成果が、地球や火星などの長期環境変動の要因や、生命が存在可能な環境を維持する条件の理解につながることも期待される。

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