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火星でオパールを発見

Posted by moonrainbow on 16.2023 火星   0 comments   0 trackback
NASAの探査車が火星でオパールを発見

NASAの探査車が火星でオパールを発見
オーストラリア産、地球のオパール(Getty Images)

2012年から火星で活動しているNASAの探査車キュリオシティのデータを新たな手法で分析している研究チームがfracture halo(フラクチャーハロー)と呼ばれる明るい色の亀裂帯にオパールが存在することを確認した。オパールは、地球ではシリカ(二酸化ケイ素)が水によって変成され形成される宝石だ

本研究で、地下の巨大な亀裂群が、地表よりも居住可能性の高い環境を提供していた可能性が確認された。

2012年、NASAは探査車キュリオシティを火星に送り込んでゲールクレーターを探査した。ゲールクレーターは大型の衝突盆地で中央に巨大な層状の山がある。キュリオシティが火星表面を走査する中、研究者らは火星の一部に広がる亀裂を囲む明るい色の岩石を発見した。亀裂は探査車の画像で地平線の彼方まで続くものもあった。最近の研究によって、これらの広く網羅された亀裂群が、近代のゲールクレーターに最後かもしれない水が豊富な環境をもたらしていたことがわかった。この地表近くの水が豊富な環境は、地表の状態がはるかに過酷であった時にも居住可能性の高い状態を提供していた可能性がある。

Journal of Geophysical Research: Planetsに掲載されたアリゾナ州立大学NewSpace博士号取得者で、現在米国政府の研究物理学者であるトラビス・ゲイブリエル率いる最新の研究で、複数の機器のアーカイブデータが分析され、探査の初期における明るい色の岩石付近に特異な状態が見つかった。何年も前にキュリオシティは偶然、その輝く亀裂の真上を通過した。それはゲイブリエルとASUの大学院生や共著者のショーン・ツァーネキらが探査車研究チームに参加するはるか以前のことだった。

チームは古い画像群を見て、彼方まで伸びる巨大なフラクチャーハローを発見した。機器データの分析に新たな手法を適用することで、研究チームは興味深い事実を発見した。それらのハローは、ミッション期間のずっと後にまったく異なる岩石ユニットで見つかったものと見た目が似ているだけでなく、その組成も類似していた。ほとんどがシリカと水から構成されていた。

「アーカイブデータの新たな分析結果は、ミッションのずっと後期に観察されたすべてのフラクチャーハローと驚くほどの類似性を示しました」とゲイブリエルはいう。「これらのフラクチャーネットワークが非常に大きく広がっており、そこがオパールで満たされているに違いないことは大きな驚きです」

今後の火星探査ミッションで水源を利用できる可能性
ドリル穿孔地点のバックスキンとグリーンホーンから採取したコアサンプルをミッション開始から何年も経ってから観察したところ、それらの明るい色の岩石は、研究チームがそれまで見てきたものと比べて非常に特異であることが確認された。

ゲイブリエルらはアーカイブデータの分析に加えて、これらの明るい岩石を再び研究する新たな機会を探し求めた。明るい色のフラクチャーハローの穿孔地点、ルバンゴにキュリオシティが到着すると、ゲイブリエルは探査車の機器を使って詳細な測定を行い、そのオパールに富む組成を確認した。

このオパールの発見が重要なのは、シリカが水溶液になっている状態で形成された可能性があるからだ。砂糖や塩が水に溶けるのと同じプロセスだ。塩が多すぎたり、状態が変化すると、容器の底に固体が溜まり始める。地球では、湖や海の底でシリカが水溶液から析出し、温泉や間欠泉で作られる。イエローストーン国立公園で見られるものと似た状況だ。

ゲールクレーターのオパールは火星の近代に形成されたと科学者は考えているため、火星表面近くの地下にある亀裂群は、表面の過酷な環境よりもずっと住みやすかったかもしれない。

「ゲールクレーターで見つかった広大な亀裂群を見ると、居住可能性が高いと考えられるこの表面近くの状態がゲールクレーターのその他多くの領域や、火星の別の領域にも広がっていると期待するのは理にかなっています」とゲイブリエルはいう。「こうした環境は、ゲールクレーターの中で古代の湖が干上がってからはるか後に形成されたのかもしれません」

火星でのオパール発見は、未来の宇宙飛行士にとっても有用であり、今後の探査ミッションがこの広大な水源を利用できる可能性があるという意味でも重要だ。オパール自体は主に二酸化ケイ素と水という2つの成わから成り水分の割合が重量比で3~21%、そこに鉄などの不純物がわずかに含まれている。これは、細かく砕いて加熱すればオパールが水を放出することを意味している。以前の研究でゲイブリエルは他のキュリオシティ研究者らとともに、このプロセスを正確に再現してみせた。火星の他の場所にもオパールが存在することを示す衛星データによる有力な証拠と相まって、この物質が将来の火星探査における貴重な資源になる可能性はある


資料提供:アリゾナ州立大学

2023年1月11日
Forbes JAPANより

火星に活発なマントルプリュームが存在する可能性

Posted by moonrainbow on 13.2022 火星   0 comments   0 trackback
火星は地質学的に“生きて”いる? 活発なマントルプリュームが存在する可能性

マントルプリューム
火星の地下深くから上昇し、エリシウム平原を押し上げるマントルプリュームのイメージ図。中央の割れ目の集まりはケルベロス地溝帯で、その奥にはNASAの火星探査機インサイトも描かれている
【▲ 火星の地下深くから上昇し、エリシウム平原を押し上げるマントルプリュームのイメージ図。中央の割れ目の集まりはケルベロス地溝帯で、その奥にはNASAの火星探査機インサイトも描かれている(Credit: Adrien Broquet & Audrey Lasbordes)】

アリゾナ大学月惑星研究所(LPL)のAdrien BroquetさんとJeff Andrews-Hannaさんからなる研究チームは、現在の火星は従来考えられていたよりも地質学的に活発であり、地殻を押し上げるマントルプリューム(地下深くから上昇してくる高温物質の流れ)が存在する可能性を示した研究成果を発表しました

巨大な楯状火山であるオリンポス山(Olympus Mons)など幾つもの火山の存在が示すように、過去の火星では火山活動が起きていたことが知られています。これらの火山が活動していた時代は古く、現在の火星は地質学的に活発ではないと考えられてきました。「火星が最も活動的だったのは30億~40億年前のことであり、今日の火星は本質的に死んでいるというのが一般的な見解です」(Andrews-Hannaさん)

ところが、火星の北半球に広がるエリシウム平原(Elysium Planitia)では、ずっと後の時代に起きた地質活動の証拠が見つかっています。何十億年も目立った活動がない火星の他の地域とは異なり、エリシウム平原では過去2億年に渡って大規模な噴火が起きたとみられています。Andrews-Hannaさんが参加したLPLの研究チームは以前、今からわずか約5万3000年前にこの地域で小規模な噴火が起きた証拠を発見したとする研究成果を発表しました。

関連:火星の火山活動は今も続いている? 過去5万年以内に起きた可能性がある噴火の堆積物を発見(2021年5月)

最近の噴火の証拠は、エリシウム平原に生じた約1300kmに渡る割れ目の集合体であるケルベロス地溝帯(Cerberus Fossae)で見つかりました。LPLによると、地震計を搭載しているアメリカ航空宇宙局(NASA)の火星探査機「InSight(インサイト)」のチームは最近、火星で検出されたほぼすべての地震(火震、Marsquake)がケルベロス地溝帯で発生していることに気付いたといいます。これらの証拠は火星が今も地質学的に活発である可能性を示しているものの、火山や地殻構造の活動をもたらす根本的な原因はわかっていませんでした


ケルベロス地溝帯の想像図
【▲ ケルベロス地溝帯の想像図。欧州宇宙機関(ESA)の火星探査機「マーズ・エクスプレス」の観測データをもとに作成(Credit: ESA/DLR/FU Berlin)】

地球の場合、火山活動や地震はプレート運動やマントルプリュームに関連する傾向があります。現在の火星にはプレート運動が存在しないことから、BroquetさんとAndrews-Hannaさんはマントルプリュームに着目して、エリシウム平原の地形や重力場などの特徴を分析しました。その結果、エリシウム平原の下にマントルプリュームが存在する可能性が示されたといいます。

LPLによると、火星の北半球には低地が広がっていますが、エリシウム平原では地表が隆起していて、北半球の低地で最も標高が高い地域の1つとなっています。隆起する地表は火星内部の奥深くから支えられていることを重力場の分析結果が示しており、マントルプリュームの存在と一致します。また、形成後に地表が押し上げられたことで生じたとみられる衝突クレーターの底の傾きも、マントルプリュームの仮説を支持するといいます。

さらに、地球物理学的モデルを用いて解析した結果、ケルベロス地溝帯の形成を説明できるのは幅約4000kmの巨大なマントルプリュームだけであることも研究チームは発見したといいます。Broquetさんは、NASAのインサイトが着陸したのは火星の低地を代表する平坦な場所だったはずが、実際には活動中のマントルプリュームの上に降りていたことを今回の結果が示していると述べ、他の地域とは性質が大きく異なる場所で地震データが記録されたことを考慮する必要があると指摘しています。「今も存在する活発なマントルプリュームは、火星の地質学的進化を理解する上でのパラダイムシフトです」(Broquetさん)

マントルプリュームの存在は、生命の居住可能性にも影響を及ぼしているかもしれません。現在の火星表面に液体の水は流れておらず、表面下に氷として存在していますが、ケルベロス地溝帯では(地質学的な意味での)最近になって洪水が起きたとみられています。マントルプリュームがもたらす熱は氷を溶かして洪水を引き起こす可能性があるだけでなく、地下深くに生息する生命を支えることさえできるかもしれません。

Andrews-Hannaさんは今回の成果について、地震活動や火山活動の説明に留まらない発見であり、「未来ではさらなる驚きが待っていると私たちは確信しています」とコメントしています


Image Credit: Adrien Broquet & Audrey Lasbordes, ESA/DLR/FU Berlin

2022-12-07
Soraeより

古代の火星に水素が豊富な大気があった

Posted by moonrainbow on 04.2022 火星   0 comments   0 trackback
古代の火星に海が存在したのは水素が豊富な大気があったからかもしれない

海が存在していた頃の火星
【▲ 海が存在していた頃の火星を描いた想像図(Credit: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org))】

SETI研究所のKaveh Pahlevanさんを筆頭とする研究チームは、古代の火星には水素に富む大気が存在していたとする研究成果を発表しました。研究チームによると、当時の火星の大気圧は現在よりもはるかに高く、温室効果によって温かな(場合によっては高温の)海が保持されていた可能性があるようです

■水素の豊富な大気による温室効果が火星の海を保持していた可能性

現在の火星は主に二酸化炭素でできた薄い大気を持つ(大気圧は地球の約1000分の6)、寒く乾燥した惑星です。しかし、古代の火星表面には海が形成されるほどの量の水が液体の状態で存在した時期があり、生命が誕生していた可能性もあると考えられています。

「矛盾しています」そう語るのは、今回の研究に参加したアリゾナ州立大学教授のSteve Deschさんです。Deschさんは、古代と比べて太陽が30パーセント明るくなっている現在でさえ火星の水は凍っているにもかかわらず、初期の火星表面に液体の水が存在していたことを多くの観測結果が示している点を指摘しています。もしも本当に海があったのであれば、表面に液体の水を保持できる環境が当時の火星で整っていたはずです。

そこで研究チームは今回、火星の大気の進化に関する新しいモデルを構築しました。このモデルでは、火星の表面が溶融してマグマオーシャンに覆われていた頃の高温と、最初の海洋および大気の形成が関連付けられています。新たなモデルを用いた分析の結果、溶岩から生じる主なガスは水素分子と水蒸気の混合物になる可能性が示されました。

研究チームのモデルが示した初期の火星大気では、水蒸気があたかも現在の地球大気中の水蒸気のように振る舞ったといい、下層大気では水蒸気が凝結して雲を形成し、上層大気は乾燥した状態になりました。いっぽう、水素はどの高度でも凝結することはなく、水蒸気が乏しい乾燥した上層大気では主成分となります。やがて水素は上層大気から宇宙空間へと逃げていき、火星の大気から失われていくことが示されました。

ポイントは、水蒸気とともに初期の火星の大気を構成していたとみられる水素の存在です。Pahlevanさんによると、高密度環境の水素分子は強力な温室効果ガスであることが知られています。モデルで示された初期の火星の大気圧は現在の1000倍以上もあり、温室効果をもたらす水素が大気から失われるまでの間、何百万年にも渡って温かい海が安定して存在していた可能性があるといいます。

地球外知的生命体探査を推進するSETI研究所は、生命という観点からも今回の結果に注目しています。20世紀半ばに実施された有名なユーリー-ミラーの実験では、水素の豊富な(還元的な)大気のもとでは水素に乏しい(酸化的な)大気と比べて生命の誕生に関与する物質が容易に生成されることが示されました。モデルが示した初期の火星は初期の地球と同じくらい生命の起源として有望な場所だった可能性があり、現在の火星探査機でも検出できる痕跡が残されているかもしれないと研究チームは期待しています。

なお、海と共存する気圧1~100バール(1000~10万ヘクトパスカル)の水素大気による温室効果によって、火星表面の平均温度は290~560ケルビン(摂氏約17~287度)になると研究チームは結論付けており、当時の海水はかなりの高温だった可能性もあるようです


■火星における水素の同位体の比率も自然に説明

セルフィー
【▲ NASAの火星探査車「キュリオシティ」が撮影したセルフィー。2021年3月30日公開(Credit: NASA/JPL-Caltech/MSSS)】

研究チームの成果は、火星の水に関する新たな解釈ももたらしました。

酸素とともに水分子を構成する水素の大半は「陽子1つ」の原子核を持ちますが、自然界にごくわずかに存在する重水素(水素の安定同位体)は「陽子1つと中性子1つ」でできた原子核を持っています。地球に飛来した火星隕石に含まれている水のD/H比(水素に対する重水素の比率)を調べると、その値は地球の海水のD/H比に似ています。火星隕石は主に火星内部のマントルに由来する火成岩でできていて、そこに含まれる水は火星の形成時に取り込まれたものであることから、火星と地球は同じD/H比で形成され、水の起源も同じであることが考えられるといいます。

ところが、アメリカ航空宇宙局(NASA)の火星探査車「Curiosity(キュリオシティ)」を使って30億年前に火星表面で形成された粘土のD/H比を調べたところ、地球の海と比べて約3倍であることがわかりました。つまり、火星が誕生してから粘土が形成されるまでの間に、火星表面の水では何らかの理由で重水素の比率が高くなっていったことになります。D/H比は重水素が増えることで高くなりますが、水素が減ることでも高くなります。

火星表面の水は上層大気で紫外線に分解されたり、火星内部に取り込まれたりして失われたと考えられています。また前述のように、研究チームが作成したモデルでは火星の上層大気から水素が失われていきました。水素と比べて重水素はわずかに重いので、大気から失われるペースも水素より遅くなります。初期の火星の大気が水素に富んでいたと仮定した場合、結果的に火星表面の水は内部に取り込まれた水と比べてD/H比が2~3倍高くなることを研究チームのモデルは示しているといい、キュリオシティによる分析結果とも矛盾しません。

Pahlevanさんは「水蒸気は凝結して初期の火星にとどまるいっぽうで、水素は凝結せずに失われるというこの重要な知見は、キュリオシティの測定値と直接結びつけることができます」「このモデルは従来の観測結果を自然に再現した最初のモデルであり、私たちが説明する進化のシナリオが最初期の火星で起きた出来事に対応しているという自信を与えてくれます」とコメントしています


Image Credit: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org), NASA/JPL-Caltech/MSSS

2022-10-30
Soraeより


火星に隕石衝突

Posted by moonrainbow on 02.2022 火星   0 comments   0 trackback
火星に隕石衝突で地震 米機確認、地下の氷露出も

火星に隕石衝突で地震
隕石衝突で火星表面にできたクレーター。上空の周回機から撮影した(NASAなど提供・共同)

 米航空宇宙局(NASA)は27日、火星表面で活動する無人探査機インサイトが隕石の衝突による地震波をとらえていたと発表した。周回機が上空からクレーターを確認、周囲には地下の氷が飛び散っていた。現場は暖かく有人探査に向いた低緯度の平原。氷は飲み水や燃料としての利用が期待できるという

 インサイトは昨年12月、マグニチュード(M)4の地震を記録。今年2月になり、周回機のカメラ運用チームが直径150メートル、深さ21メートルのクレーターを発見した。隕石は推定5~12メートル。地球なら大気圏突入時に燃え尽きるくらいの大きさだが、表面に到達した

2022年10月28日
共同通信より

火星探査機「パーサビアランス」の最新成果

Posted by moonrainbow on 02.2022 火星   0 comments   0 trackback
火星探査機の最新成果:堆積岩から有機物、天体衝突による地震検出

ワイルドキャット・リッジの表面
ワイルドキャット・リッジの表面に露出している部分(提供:NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS)

火星探査車「パーサビアランス」が、数十億年前の湖底で作られた堆積岩から有機化合物を検出した。また、火星探査機「インサイト」が小天体の衝突による地震波を記録していたことが発表された

火星の泥岩から大量の有機分子を発見

2021年2月に火星に着陸したNASAの探査車「パーサビアランス」は、かつて湖が存在したとされるジェゼロ・クレーター内で探査を続けている。35億年前に形成された三角州(川と湖の合流地点)で4つのサンプルを取得するなど、これまでに興味深い岩のサンプルを12個採取している。

三角州の中でも、「ワイルドキャット・リッジ」(Wildcat Ridge、山猫の山稜)という愛称がつけられた幅約1mの岩から7月20日に削り取られたサンプルはとくに興味深い。ワイルドキャット・リッジは何十億年も前に塩水湖の底で泥や細かい砂が沈殿してできた堆積岩とみられている。得られたサンプルには硫酸塩鉱物と有機化合物が含まれていた。どちらも、塩水湖にかつて生息していた生命の活動で形成された可能性もある物質だ。

これまでの火星探査では、2014年に探査車「キュリオシティ」が岩石中に有機分子を検出しているほか、パーサビアランスは以前にもジェゼロ・クレーターで有機物を検出したことがある。だが今回の発見はこれまでと違い、かつて生命に適した環境だったと考えられる場所でなされたものだ。また、検出された有機物の量は、これまでのパーサビアランスのミッションでは最も多かった


Perseverance Explores the Jezero Crater Delta


パーサビアランスによるジェゼロ・クレーター内にあるデルタ地形の探査を紹介する動画「Perseverance Explores the Jezero Crater Delta」(提供:NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS)

火星上で小天体衝突による地震波を初検出

2018年11月に火星に着陸したNASAの探査機「インサイト」の地震計が、小天体衝突に伴う地震波を2020年から2021年に計4回記録していたことがわかった。衝突時の音も録音されているが、火星で天体衝突による振動が検出されたのは初めてのことだ。

2021年9月5日の録音では、大気圏突入、天体の分裂、そして衝突に伴う3つの音が聞こえる。小天体は少なくとも3つの破片に分かれたようで、その後NASAの探査機「マーズ・リコナサンス・オービター(MRO)」が撮影した画像で3つの衝突痕が確認されている


流星体衝突で形成されたクレーター
流星体衝突で形成されたクレーター
MROが撮影した、2021年9月5日の流星体衝突で形成されたクレーター。青は衝突で飛び散った塵や土の強調表示(提供:NASA/JPL-Caltech/University of Arizona、以下同)

他にも2020年5月27日、2021年2月18日、2021年8月31日にそれぞれ小天体が衝突したことがインサイトの記録から判明した。一方で研究者たちは、むしろ検出された衝突が予想より少ないことを疑問に思っている。火星は飛来物の豊富な供給源たる小惑星帯に隣接している。おまけに大気の厚さは地球の1%しかないため、突入した流星体の多くは燃え尽きることなく通過できるはずだ。

インサイトの地震計が検知した地質活動に伴う地震は1300回を超えている。その中にはマグニチュード5を超える地震(火震)もあった。それに対し、4度の天体衝突に伴う地震はマグニチュード2にも満たない。インサイトの研究チームでは、風の音などに遮られた衝突の振動が他にもあると考え、4年近い過去の観測データからさらなる天体衝突の信号が見つかると期待している


流星体が衝突して形成された痕
流星体衝突の痕
2020年5月27日、2021年2月18日、2021年8月31日に、それぞれ流星体が衝突して形成された痕

2022年9月28日
AstroArtsより
 

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