火星のガスはどうやってできたのか？ 特別な宇宙岩石が手がかりを握っている。

古い宇宙の岩石に関する新たな研究によれば、火星から来たユニークな隕石には、地球型惑星の形成に関する科学者のモデルを改良する可能性のある予想外の化学特性があるという。

この遠く離れたサンプルから得られた化学的な手がかりは、火星と地球（岩石惑星であり太陽系の隣人であるため双子の可能性があるとよく考えられている）が非常に異なる方法で誕生したことを示唆している。地球はゆっくりと形成され、火星はそれよりはるかに速く形成された。

火星や地球のような岩石惑星の誕生に関する現在の仮説では、惑星内部のいくつかの元素は、惑星の大気と同じ化学的特性を持つはずだと示唆している。これは、太陽系が誕生した約 45 億年前、岩石惑星がマグマの海に覆われていたためである。惑星が冷えて溶融マントルが固まると、その過程で大気となるガスが放出されたと考えられる。

これらのガスは、単なる化学物質ではありませんでした。揮発性物質、つまり非常に簡単に蒸発する化学元素や化合物でした。揮発性物質には、水素、炭素、酸素、窒素のほか、環境と反応しない不活性元素である希ガスが含まれます。地球では、これらの化学物質のおかげで、最終的に世界が発展し、生命が維持されるようになりました。

火星でそのプロセスの兆候を探すため、チューリッヒ工科大学地球化学・岩石学研究所の博士研究員サンドリン・ペロン氏は、火星の希ガスであるクリプトンの2つの発生源を比較した。1つは火星内部で発生した隕石で、もう1つはNASAの火星探査車キュリオシティが火星の大気から採取したクリプトン同位体である。予想外に、クリプトンのシグネチャーは一致しなかった。そして、それはそもそも火星が揮発性物質と大気を獲得した経緯を変える可能性がある。

「これは揮発性物質の集積に関する標準的なモデルとは逆のようなものです」とペロン氏は言う。彼女の研究結果は、木曜日にサイエンス誌に掲載された論文で説明されている。「私たちの研究は、それがもう少し複雑であることを示しているのです。」

太陽系の惑星は、太陽誕生の残骸から形成されました。物質の塊は、新しい星の周りを渦巻くガスと塵の円盤、いわゆる太陽系星雲の中で合体しました。重力と衝突によって蓄積された塊の中には、惑星になるほど大きく成長し、複雑な地質学的プロセスを発達させるものもありました。他の塊は、原始的な小惑星や彗星として小さく不活発なままでした。

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科学者たちは、揮発性物質が最初に新世界に取り込まれたのは、惑星の発達の初期段階で、太陽系星雲から直接だったと考えています。その後、太陽系星雲が消滅するにつれて、太陽​​系の初期から変化していない石質の小惑星の小塊であるコンドライト隕石の衝突によって、より多くの揮発性物質がもたらされました。これらの隕石はその後、マグマの海に溶けていきました。

もし大気が宇宙の岩石によって運ばれたのなら、惑星科学者は惑星の大気中の揮発性物質が太陽系星雲ではなくコンドライト隕石由来のものと一致すると予想するだろう。しかしペロンは、火星内部のクリプトンはほぼ純粋にコンドライト起源であるのに対し、大気は太陽起源であることを発見した。

したがって、火星は初期にコンドライト隕石の衝突を受け、その後、固まった赤い惑星の周囲に大気を形成するのに十分な太陽系星雲がまだあった間に固まったのかもしれないとペロンは示唆する。彼女は、星雲は太陽が形成されてから約 1000 万年後に消滅したはずなので、火星の集積はそれよりずっと前、おそらく最初の 400 万年の間に完了していたはずだと説明する。

「火星の大気は、太陽系が形成される際に太陽系に浸透した原始ガスから獲得したようだ」と、カーネギー研究所で地球型惑星の形成を研究する博士研究員で、この研究には関わっていないマット・クレメント氏は言う。「これは私たちの考えとほぼ一致している。火星は地球よりもずっと速く形成されたと私たちは考えている」

科学者が初期の太陽系を研究するために火星に目を向けるのは、まさにその形成速度が速かったと考えられているからだ。火星の質量は地球の10分の1で、地質学的活動もはるかに少ないため、この赤い惑星はおそらく地球の近隣惑星の最も初期の状態を多く保存していると考えられる。

しかし、火星の化学を研究するには、科学者は火星にキュリオシティ・ローバーのような機械の使節を送るか、火星から剥がれて宇宙を飛び、地球の表面に落下した破片を調査する必要がある。そのような隕石は数百個しかない。

ペロンが研究した隕石は特異なものだ。1815年、この隕石は地球の大気圏に突入し、フランスのシャシニー上空で粉々に砕け散った。それ以来、シャシニー隕石の破片を研究する科学者たちは、この隕石が他の火星隕石と異なり、火星内部から来た可能性が高いと結論付けている。

この研究は、惑星形成についてまだ学ぶべきことがたくさんあることを浮き彫りにしているとクレメント氏は言う。「地球と地球に最も近い惑星の揮発性物質がどこから来たのか、私たちはまだ完全には理解していません」と彼は言う。「私たちが最もよく測定できる惑星の形成をさらに深く調べれば調べるほど、そのプロセスはより複雑になるようです。」

地球と火星の新たな違いは、他の惑星の多様性がさらに増していることを示唆しているとクレメント氏は付け加える。「互いに非常に近い場所で、これほど異なる惑星を形成するのがそれほど簡単であるならば」と同氏は言う。科学者は他の恒星の周りを回るどんな奇妙な世界を発見するだろうか？