火星の失われた大気（の大部分）に何が起こったのかついに判明

約 40 億年前、火星は暖かかった。厚い大気の層の下、湖や川に水が流れていた。しかし、その後、大災害が起こった。火星の断熱大気はほぼ消滅したのだ。宇宙の厳しい環境にさらされ、赤い惑星は今日のような乾燥した凍った荒れ地となった。

これまで、この失われた大気は科学者を困惑させてきた。宇宙で失われたのか、それとも火星の地殻がそれを再吸収したのか。NASA の火星大気と揮発性物質の進化 (MAVEN) ミッションからの新しいデータにより、この論争に決着がついた。ブルース・ヤコウスキー氏と MAVEN チームの他の人々は、火星の大気のほとんどが太陽風で吹き飛ばされたと計算した。

科学者たちは、火星が現在でも大気の一部を宇宙に失い続けていることを知っていたが、この新たな発見は、このプロセスが火星の歴史の中でいかに重要であったかを数値化した初めてのものである。

「火星の大気の大部分は火星に閉じ込められたのではなく、宇宙に失われたというのが私たちの結論です」とヤコウスキー氏は言う。「それが大気損失の主因ではないにしても、大きな原因です。」

MAVEN による希ガスアルゴンの測定がこの謎を解く鍵となった。

問題提起

太陽からは、太陽風と呼ばれる荷電粒子の流れが絶えず流れている。これらの荷電粒子が大気中の分子に衝突すると、分子の電子の一部が剥ぎ取られ、イオンが生成される。太陽風はこれらの新しい荷電粒子を簡単に拾い上げ、宇宙空間に引きずり込む。あるいは、新しく生成されたイオンがビリヤードのブレイクショットのように他の分子に衝突し、分子を四方八方に飛ばすこともある。「一部は宇宙空間に吹き飛ばされる」とヤコウスキー氏は言う。

彼と彼のチームは、太陽風は軽い分子を優先的に捕らえて除去することを知っていた。軽い分子は太陽風が当たる大気圏の高いところまで浮上する可能性が高いからだ。大気圏の異なる高度におけるアルゴン36とアルゴン38（中性子が36個と38個ある原子）の濃度を比較することで、研究者たちは、軽いアルゴン36が時間の経過とともにどれだけ除去されたかを見分けることができた。

次に、その情報を使って、火星の大気中の他の種類の分子に対する太陽風の影響をモデル化した。そして、過去約40億年の間に火星の大気の約66パーセントが宇宙に逃げたという結論に達した。

テラフォーミングのトラブル

次に、MAVEN チームは、火星の大気中の他の同位体が時間とともにどのように変化したかを詳しく調べたいと考えている。二酸化炭素の絶縁特性のため、炭素は特に興味深い。また、酸素と水素も、私たちが知っている生命に不可欠な他の成分である。ヤコウスキー氏は、チームが最初にアルゴンを研究することにしたのは、それが最も簡単だったからだと語った。

「炭素は、非常に多くの要因が影響するため、非常に複雑です」とヤコウスキー氏は言う。火星の大気中の炭素濃度は季節によって異なり、冬には極地で凍って氷になり、暖かい時期には昇華して蒸気になる。また、化学反応を起こしてさまざまな分子を形成する。「アルゴンははるかに単純で、大気中に放出されると反応せず、ただそこに留まるだけです。」

ヤコウスキー氏は、火星の大気消失の謎は今のところほとんど解明されていないと語る。大気の大部分は宇宙空間に消えたが、地殻吸収やその他のプロセスが大気消失に多少なりとも影響を与えた可能性がある。

残念ながら、この発見は、厚い二酸化炭素やその他の温室効果ガスの層を放出することで火星をもっと暖かく地球に似たものにすることを提案してきた人々（イーロン・マスク）にとって、物事を困難にする可能性がある。

もし炭素が極地の氷床や火星の岩石の中に沈み込み、人間によって放出されるのをじっと待っていたら、火星のテラフォーミングはずっと簡単だっただろう。しかし、現状では、火星の炭素のほとんどは永久に消えてしまったようだ。ヤコウスキー氏によると、残っている炭素は、人間が快適に暮らせるほど厚い大気層を形成するには不十分だという。

「もし二酸化炭素が宇宙に消えてしまったら、地球上ではもう存在せず、大気圏に戻すこともできない」とヤコウスキー氏は言う。「つまり、火星にある材料を使って火星をテラフォーミングすることは不可能だ」

しかし、まだ絶望しないでください、イーロン・マスク。私たちはいつでも炭素を自分で持ち込むことができます。地球上には炭素が十分あることは周知の事実です。