火星で砂嵐が発生すると、水に由来する水素ガスの流出が促進されることが知られていたが、水を構成するもう一つの要素である酸素は、逆に流出しにくくなる可能性が明らかになった。＞

火星の砂嵐が大気を酸化させた可能性




火星で砂嵐が発生すると、水に由来する水素ガスの流出が促進されることが知られていたが、水を構成するもう一つの要素である酸素は、逆に流出しにくくなる可能性が明らかになった。
【2023年2月6日 JAXA宇宙科学研究所】

かつて火星は海のある温暖な惑星だったと考えられているが、今では水は失われ、寒冷で乾燥した気候となっている。失われた水は凍って地下に眠っているという説もある一方で、水が水素と酸素に分離しつつ宇宙空間へ流出したという考え方が近年注目を浴びている。この現象では、火星で頻繁に起こる大規模な砂嵐（ダストストーム）が重要な役割を果たしているかもしれない。

2020年11月の火星
2020年11月の火星（（左上）11日から（左下）18日）。砂嵐によって変化した表面の複雑な様相が見て取れる。画像クリックで天体写真ギャラリーのページへ（撮影者：Ken.Nakayamaさん。画像選定はニュース編集部による）

実際、欧米の火星探査機によって、砂嵐の後に水蒸気が大気上層へ運ばれ、そこから宇宙へ散逸する水素が増えている様子が直接観測されている（参照：「3つの探査機で同時観測、火星の砂嵐で水が失われる過程」）。しかし、水のもう一つの構成要素である酸素の動きはあまり解明されていなかった。火星大気のほとんどを占める二酸化炭素にも酸素分子が含まれているため、微量成分である水蒸気による寄与は小さいというのがこれまでの予想だった。

JAXA宇宙科学研究所の益永圭さんたちの研究チームは、JAXAの惑星分光観測衛星「ひさき」や欧米の5つの火星探査機の観測データを調べ、2016年9月に火星で砂嵐が発生した際の水素と酸素両方の変動を調べた。

「ひさき」は紫外線の分光観測によって金星や火星からの大気流出を調べることを主な目的としていて、今回は火星の上層大気で水素原子と酸素原子が発する紫外線をとらえた。このデータと、欧米の探査機がそれぞれ観測した下層大気中のダスト量、水蒸気量、氷雲、気温、気圧といった気象データを解析して、下層大気の状態と上層大気の水素や酸素の総量の関連を調査している。

その結果、火星で砂嵐が発生すると一時的に上層大気では水素ガスが約2倍増加し、酸素ガスは約3分の1に減少することが明らかになった。砂嵐によって水素の流出が促進されるのはこれまで知られていたとおりだが、酸素は逆に流出しにくくなったのだ。

今回の研究成果の概念図
今回の研究成果の概念図（提供：JAXA）

火星の砂嵐は季節的に発生するが、火星の1年（700日弱）で少なくとも3回は大規模に発達する。もし、水素が逃げやすく酸素がとどまるという状態が今回以外の砂嵐でも生じていて、それが太陽系の長い歴史で繰り返されてきたとするならば、火星の大気は砂嵐によって酸化され続けてきたことになる。

これは裏を返せば、過去の火星大気が現在よりも還元的だったことを示唆している。還元的な大気では雷などの放電現象を介して有機物の合成が起こりやすいと考えられている。有機物は生命の重要な構成要素であり、過去の火星は生命が生まれやすい環境だった可能性もある。今回の成果は、火星における生命環境に関するヒントを与える結果となるかもしれない。

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〈参照〉
JAXA宇宙科学研究所：「ひさき」衛星が観た砂嵐による火星上層大気の変化 ー火星生命環境への示唆―
Nature Communications：Alternate oscillations of Martian hydrogen and oxygen upper atmospheres during a major dust storm 論文
〈関連リンク〉
惑星分光観測衛星「ひさき」（SPRINT-A）
アストロアーツ：
【特集】火星（2022〜2023年）
天体写真ギャラリー：2023年 火星
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ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー以上転載ー
https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/12933_mars


運用終了惑星分光観測衛星「ひさき」
極端紫外線分光器を搭載した、世界初の惑星観測用の宇宙望遠鏡。金星や火星といった地球型惑星の大気と太陽風の相互作用を調べ、木星の衛星イオから流出するプラズマを観測することにより、初期の太陽系環境や、木星プラズマのエネルギー源を調べる。

金星と地球は双子惑星と呼ばれることがありますが、これに火星を加えた太陽系に存在する3つの地球型惑星は、太陽系初期に非常に近い環境を持っていたことが最近判ってきています。しかし太陽系が誕生した後10億年以内の期間に、兄弟ともいえる3惑星は現在の状態に近い姿にそれぞれ成長・変貌しました。金星では水が宇宙空間に逃げ出した結果、二酸化炭素を中心としたとても乾いた大気になり、その強い温室化効果により地表面の温度が400℃にも達する灼熱の世界となっています。一方火星は温室化効果を生み出す大気中の炭素成分の多くが宇宙空間に逃げ出してしまい、現在では寒冷な世界になっています。

「ひさき（SPRINT-A）」では、これら地球型惑星の大気が宇宙空間に逃げ出すメカニズムを調べます。特に太陽系誕生直後には、太陽が現在よりも激しく活動していたため、非常に強い太陽風が惑星に到達していて、多量の大気が逃げ出していたと考えられています。強い太陽風が惑星の大気にどのように作用するかを調べることで、初期の太陽系で何が起こっていたかを知ることを目指しています。

さらに「ひさき（SPRINT-A）」は極端紫外線の観測能力を活かして、木星の衛星イオから流出する硫黄イオンを中心としたプラズマ領域の観測を行い、木星のプラズマ環境のエネルギーがどのように供給されているかを調べます。

プロジェクトサイト

特設サイト
機体データ

名称（打上げ前） ひさき（SPRINT-A）
国際標識番号 2013-049A
開発の目的と役割 EUV（極端紫外線）分光器によるイオトーラスの観測、惑星外圏大気と太陽風の相互作用の観測を行う
打上げ日時 2013年9月14日　14時00分
場所 内之浦宇宙空間観測所
ロケット イプシロンロケット試験機
質量 348kg
軌道高度 近地点950km　遠地点1150km
軌道傾斜角 31度
軌道種類 楕円軌道
軌道周期 約106分
主要ミッション機器 EUV（極端紫外線）分光器
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2016年3月23日 研究成果
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ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー以上転載ー
https://www.isas.jaxa.jp/missions/spacecraft/past/hisaki.html