数十億年前の火星は氷と湿地だった、と新たな研究が示唆

現在、火星は寒くて乾燥している。しかし、数十億年前、火星の表面には液体の水があり、科学者たちはその当時の火星がどのような様子だったのかに長い間興味を抱いてきた。7月7日にCommunications Earth and Environment誌に発表された新しい研究では、NASAの探査車キュリオシティが収集した土壌サンプルのデータを調べ、地球の同様の土壌と比較している。これにより、数十億年前の火星の表面がどのような様子だったのかを知る手がかりが得られ、データからは火星が実際には寒くて湿った荒れ地だったことが示唆されている。

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キュリオシティは、2012年に着陸した火星のランドマークであるゲイルクレーターで10年以上過ごしました。幅100マイルのこのクレーターは、約35億年から38億年前に小惑星の衝突によって形成されました。ここがキュリオシティの着陸地点として選ばれたのは、かつて湖であったことを示す多くの証拠があったためです。キュリオシティがクレーターから採取した土壌サンプルには、シリカを含み、鉄分は豊富ですがアルミニウムが不足しているなど、いくつかの特徴があります。

地球上では、この種の土壌は「蛇紋岩化」、つまりさまざまな鉱物が蛇紋岩に変化する地質学的プロセスによって形成されます。重要なのは、このプロセスには液体の水が必要であることです。そのため、ゲイルクレーターに同様の組成の物質が存在することは、クレーターがかつて水で満たされていたことのさらなる証拠となります。

火星のサンプルのもう一つの重要な特徴は、大部分が「X線非晶質」であることだ。つまり、X線回折で調べられる繰り返し結晶構造がないということだ。サンプルの非晶質性は科学者にとって驚きだった。非晶質物質は一般的に「準安定」としか考えられていないからだ。研究で指摘されているように、非晶質は「熱力学的に安定し、より結晶性の高い鉱物相に変化しやすい」。

なぜゲイル・クレーターでこれが起こらなかったのかは不明だが、一説によると、この転換プロセスは「低温などの運動制限条件」によって抑制されているという。これが事実であれば、火星は常に寒い場所であったことが示唆される。

火星の土壌を直接研究することはできないため、研究者らは次善策を講じた。つまり、地球上で類似のサンプルを見つけ、その特性を研究したのだ。研究者らは、土壌組成が類似する複数の場所を調査した。カリフォルニア州クラマス山脈の2か所、ネバダ州西部の1か所、カナダのニューファンドランド島にあるグロス・モーン国立公園の1か所である。

重要なのは、ニューファンドランド島のサンプルはX線非晶質だったのに対し、カリフォルニアとネバダのサンプルはそうではなかったことだ。これは、カナダの寒冷な気候が結晶構造の欠如を維持するのに決定的だったことを示唆しており、火星でも同様のことが起こったという理論を裏付けている。「ゲールクレーターに鉄分を豊富に含む非晶質物質が豊富に存在することは、その形成時に冷たく湿った状態が続き、その後、冷たく乾燥した状態がそれらの持続を促進したことと一致している。」

「このことは、これらの物質を形成するためにそこに水が必要であることを示しています」と、現在 DRI に所属し、この研究の共著者でもある土壌科学者で地形学者のアンソニー・フェルドマン氏は言う。「しかし、土壌中の非晶質物質を保存するには、寒く、年間平均気温が氷点下近くになる必要があります。」

この研究は、科学者が地質学的記録から環境の遠い過去に関する情報を推測する方法についての興味深い洞察を提供している。また、遠い昔、火星の冷たい表面に液体の水が流れていた時代でさえ、火星の環境は特に居住に適したものではなかったことも示唆している。