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惑星

火星に(ほとんど)水がないのはなぜですか?

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パー フランクモンメッシン, ベルサイユサンクエンタンアンイブリーヌ大学(UVSQ)–パリサクレ大学

火星はその素晴らしい大気で知られています。2 大気の質量と圧力の大部分を支配し、提供します。後者は、地表から30km以上上にある地球の成層圏で見られるものに匹敵します。

しかし、水はどうですか? 火星の水 現在、表面で観察されています 数キロメートルの厚さの北極の氷の層として、一年の寒い時期の季節の霜として、そして大気中の蒸気と雲の中の氷として。 それにもかかわらず、火星の大気は地球に比べて非常に乾燥しています。それに比例して、火星の大気には地球の100分のXNUMXの水しか存在しません。 地球に沈殿すると数センチメートルの水膜ができますが、火星に沈殿する水はXNUMXミリメートル未満の薄膜しか形成しません。

De 新しいデータ 過去に豊富だったはずの火星に(ほとんど)水がなくなった理由をよりよく理解することができます。

火星の大気から水が逃げる

火星が今日私たちが知っている寒くて乾燥した惑星であるとは限らないことをすべてが示しているからです。 火星は遠い過去の表面で多くの証言を示しています-約XNUMX億年前、液体の水が大きな小川を循環し、ローバーの忍耐力が痕跡を探しているジェゼロクレーターのように、盆地や湖の形で停滞しました過去の人生。

液体の水が循環し、これらすべての痕跡を残すのに十分な時間表面に存在するためには、今日私たちが観察しているものとは根本的に異なる気候を引き起こす必要があります。 火星、地球、金星はほぼ間違いなく同じ基本的な物質から付着していたため、歴史の非常に早い段階で大きな類似点を知っていたに違いありません。 しかし、地球と金星はその厚い大気のほとんどを保持していますが、火星はそのサイズが小さく重力が低いため、時間の経過とともにその大気を保持することができませんでした。

確かにこれです 「脱進機理論」 これは火星の大気の現在の薄さを説明しています。 この脱出は、分子がすでに原子に解離していて、水素のような軽いものが火星の弱い重力から引き離される可能性がある、200キロメートルを超える大気中で非常に高く発生します。 太陽風のエネルギー粒子にさらされた火星のこの「外気圏」は、時間の経過とともに数百の現在の大気に相当するものが宇宙で失われることを可能にしたため、その「アキレス腱」でもあります。

新しいデータ

から受け取った新しいデータ トレースガスオービターミッション ESA(欧州宇宙機関)から、本日公開 ジャーナルネイチャーアストロノミー、水の脱出を支配する微妙なメカニズムについて私たちを啓発するために来てください。

この脱出は、特に火星の水がそれに特有の組成を持っているため、すべての人に知られていました。 実際、水の同位体、特に水素原子(H)が80倍の重水素原子(D)に置き換えられた「半重水」HDOは、6年代から火星で測定されており、相対的なものを示しています。火星の重水素の濃度は地球の6倍です。 この相対的な濃縮は、水素の脱出の結果として正確に解釈され、水素は徐々に最も重い同位体、この場合はDとHDOを残し、この濃縮比XNUMXを説明します。

外挿により、火星の初期の水の量は、現在の少なくとも6倍、または惑星を覆うXNUMXメートルの液体層に相当する量である必要があります。 これは、HDO / H比がどのようになっているのかを示しています20は、火星の若者に投影し、居住可能になる前に、過去の高温多湿の気候の仮説に光を当てるために重要です。

トレースガスオービターからのこれらの結果は、下層大気に存在する水と半重水が非常に上層大気に輸送され、次に逃げることができる原子に変換される条件をよりよく理解することを可能にします。 実際、私たちは長い間、中間プロセスが水からの水素と重水素が外気圏にアクセスする方法をどの程度変更できるのか疑問に思っていました。 20年間、XNUMXつの理論は、水素と重水素が下層大気の水分子にある割合で外気圏に到達できないことを示唆してきました。 これらの中間プロセスは、一方では火星の水氷の雲を形成する凝縮であり、他方では、水分子を破壊してその下に水素または重水素原子を放出する光分解です。紫外線の作用。

実験室で数十年にわたって研究されてきた凝縮と光分解は、水とその同位体に特定の方法で影響を与えることが知られています。これは「同位体分別」と呼ばれます。 また、同位体分別の理解のおかげで、極に氷床コアを掘削することで、地球の過去の気候コースを追跡することができます。ここで、HDOの濃度は、支配した多かれ少なかれ寒い気候を明らかにします。氷に凝縮。 それは規律です フランス共同体が優れているところ、そしてそれはフランスの研究所内で火星の文脈で探索的作業を開始することを可能にしました。

火星では、光分解による分別は、凝縮による分別とは逆の方法で機能します。 とりわけ、このXNUMXつは水中で同時に動作するわけではありません。この最後の点は、水素原子と重水素原子の運命に大きな影響を与えます。 実際、水蒸気の凝縮は、形成された氷にHDOを集中させる傾向があるため、事実上、HDOの蒸気を枯渇させます。 光分解は、その一部として、HDO分子に存在する重水素の放出を促進する傾向があります。 長い間、重水素中で蒸気をより貧弱にする凝縮による同位体分別が光分解を支配し、外気圏の重水素の割合を下層大気の水よりも低くすることを余儀なくされたと考えられていました。

これは何だ'最近の研究 明らかに、凝縮は実際には外気圏の重水素の割合に小さな役割を果たしています。 Trace GasOrbiterのAtmosphericChemistrySuite機器とそのHの同時測定に感謝します20とHDOでは、凝縮が光分解を妨げる可能性がない火星年の高度と期間で、水素原子と重水素原子がどこから来ているかを示すことができました。

確かに、ほとんどの原子を生成し、火星の上部大気から逃げる水素原子の同位体分別を決定するのは光分解です。

次の目的地:地表から上層大気までの水の経路を理解する

火星の水の歴史をたどる試みにおいて、水の脱出につながるプロセスについての私たちの理解に対するこの疑問は、重大なマイルストーンをもたらします。 トレースガスオービター衛星だけがHの共同濃度を明らかにすることができます20およびHDO。 しかし、XNUMXつ 今回はNASAからの別の衛星、MAVENは、外気圏の水素と重水素の集団を観察して特徴づけることができます。

これらのXNUMXつのミッションの付随から主要な研究ラインが出現しており、現在では、下層大気から非常に上層大気までの水の完全なコースを記述できることを想定できます。そこでは、構成する原子が宇宙に逃げます。 このルートを詳細に理解することによってのみ、コミュニティは過去数十億年にわたる水の歴史に関する信頼できるシナリオを開発することができ、したがって、生命が出現した可能性のある火星の過去の居住可能性を裏付ける可能性があります。会話

フランクモンメッシン、大気・環境・宇宙観測研究所(LATMOS)のCNRS研究ディレクター、 ベルサイユサンクエンタンアンイブリーヌ大学(UVSQ)–パリサクレ大学

この記事はから再発行されています 会話 クリエイティブコモンズライセンスの下で。 を読む原著.

©注目の画像:NASA火星偵察オービターミッションによって撮影された火星の北極キャップ。 NASA / JPL-Caltech / MSSS

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