金星が乾燥しているのはなぜか

大きさでは地球の姉妹惑星であるにもかかわらず、金星は地球の水に恵まれた世界と比べるとかなり乾燥している。新しいコンピューターシミュレーションは、私たちの隣人がなぜこれほど乾燥してしまったのかを正確に知る手がかりになるかもしれない。

金星の大気中の水素原子は、電子が除去される解離再結合により宇宙空間に飛び散る可能性がある。金星は、これまでの推定より約2倍の量の水を毎日失っている可能性がある。この発見は、5月6日にネイチャー誌に掲載された研究で詳しく述べられており、私たちの母銀河系内の他の惑星で水がどうなるかを説明するのに役立つかもしれない。

「水は生命にとって本当に重要です」と、研究の共著者でコロラド大学ボルダー校の天体物理学者エリン・カンジ氏は声明で述べた。「私たちは宇宙で液体の水を支える条件を理解する必要があります。それが今日の金星の非常に乾燥した状態を生み出したのかもしれません。」

失われた水の謎

地球はおよそ 71 パーセントが水です。その水を全部地球全体に広げると、約 1.9 マイルの深さの液体層ができます。金星で同じことをすると、わずか 1.2 インチの深さの層になります。

「金星は大きさも質量も基本的に地球と同じであるにもかかわらず、水は地球の10万分の1しか存在しない」と研究共著者で天体物理学者のマイケル・チャフィン氏は声明で述べた。

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しかし、金星は昔から砂漠だったわけではない。科学者たちは、数十億年前、金星が形成された当時、金星には地球と同程度の水があったと考えている。ある時点で、金星の大気中の二酸化炭素の雲が、金星を実質的に温室に変えた。二酸化炭素が閉じ込められたことで、表面温度は華氏900度まで上昇した。金星の水はすべて蒸発して水蒸気となり、その大部分は宇宙に漂った。

その太古の蒸発は、金星が暖かいのと同じくらい乾燥していることや、金星がどのようにして宇宙に水を失い続けているのかを説明するには、いまだに十分ではない。

「例え話ですが、私が水筒の水を全部捨てたとします。それでもまだ数滴は残っているでしょう」とチャフィン氏は言う。

水素を排出しているものは何ですか?

金星がなぜこれほど乾燥しているのかを解明するため、研究チームはコンピューターモデルを使用して、金星の渦巻く大気中で起こるさまざまな化学反応を調べた。

「それぞれの惑星でどのような小さな変化が起こり、それらがこれほど大きく異なる状態に至ったのかを解明しようとしている」とカンジ氏は語った。

彼らは、水素、炭素、酸素の原子がそれぞれ1つずつ集まったHCO+と呼ばれる分子が、惑星から水を漏らしている原因になっている可能性があることを発見した。

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惑星の上層大気では、水が二酸化炭素と混ざり合って HCO+ 分子が形成されます。以前の研究では、火星が元々あった水を大量に失った理由も HCO+ である可能性があることが判明しました。

金星では、大気中に HCO+ が絶えず生成されているが、個々の水素、炭素、酸素原子は長くは生きられない。大気中の電子が原子を見つけ、再結合し、2 つに分割する。これが起こると、水素原子は飛び去り、完全に宇宙空間に逃げ出す可能性がある。最終的に、水に必要な 2 つの成分のうちの 1 つが金星から奪われることになる。研究チームは、金星の乾燥状態を説明する唯一の方法は、金星の大気中に予想よりも多くの HCO+ が含まれている場合であると計算した。

金星の探査

科学者たちは金星の周囲で HCO+ を観測したことがない。研究チームは、その理由はイオンを適切に探知できる機器がなかったためだと考えている。NASA のマリナー 2 号、欧州宇宙機関のビーナス エクスプレス、日本のあかつきなど、金星を訪れた探査機のいずれも HCO+ を検出できる機器を搭載していない。

「この研究の驚くべき結論の一つは、HCO+が実は金星の大気中で最も豊富なイオンの一つであるということだ」とチャフィン氏は語った。

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NASA は、この 10 年の終わりまでに、DAVINCI (金星深部大気の希ガス、化学、および画像化の調査) ミッションで、探査機を金星の大気圏から地表まで降ろす予定です。HCO+ は検出できませんが、チームは将来の金星ミッションで、金星の失われた水の謎を解く新たな手がかりが見つかるかもしれないと期待しています。

「金星へのミッションはこれまであまり行われていません」とカンギ氏は言う。「しかし、新たに計画されているミッションは、数十年にわたる集団的経験と金星への高まる関心を活用し、惑星の大気、進化、居住可能性の極限を探究することになるだろう。」