火星は数十億年前に死に絶え、その残骸は今も宇宙に溢れ出ている

赤い惑星は死の惑星だが、ずっとそうだったわけではないかもしれない。探査機や衛星は、ほこりっぽい火星の平原にかつて川が流れ、それが巨大な湖に集まり、おそらく地球規模の海に流れ込んでいたという明確な証拠を発見した。温暖で湿潤な古代の火星は、地球と同じように、出現した微生物にとって快適な気候だったのかもしれない。

時代は変わった。数十億年経った今、地球は青い球体のままだが、火星はかつての姿を失った乾いた殻と化している。乾燥の大部分は火星の大気の悲惨な消失によるものだが、火星は水の一部を保っている。しかし、そのわずかな供給量さえも漏れ出している。

では、火星はどのようにして消滅したのでしょうか? 研究者たちは、周回探査機で火星の大気圏上層部を何度も通過した後、謎のもう一つのピースを手に入れました。研究者たちは、H2O 分子が、予想よりもはるかに簡単に保護大気バリアをすり抜けていることを発見したのです。

「これは予想外のことでした」とアリゾナ大学の惑星化学者で、本日サイエンス誌に掲載された最近の研究の著者であるシェーン・ストーン氏は言う。「水が破壊されるとき、その破壊は大気圏の端に近いところで起こり、非常に簡単に逃げ出すことができます。」

太陽系の初期には、生まれたばかりの火星は生まれたばかりの地球とそれほど見た目が違っていなかったでしょう。どちらの惑星も、電気を帯びた金属の溶融核を持っていました。金属は液体の流れでかき混ぜられ、惑星の周りに磁気バリ​​アを形成しました。これらの磁場は、太陽がまだ若く、激動の時代であったときに頻繁に発生したフレアからの太陽風と電気攻撃の両方をはじき、惑星の生まれたばかりの大気を保護しました。厚い空気の層に包まれ、両方の表面に水が流れていました。

しかし、火星は小さすぎて、長期的に居住可能な状態を維持できる可能性は低かった。火星は、より大きな兄弟である火星よりも急速に冷え、核は凝固し、保護用の磁気バリアは崩壊した。そして、太陽は大気の多くを吹き飛ばした。表面の液体の水の大半は、すぐに宇宙へと消えていった。この30億年の歴史を再構築することが、2014年以来赤い惑星を周回している火星大気・揮発性物質進化（MAVEN）衛星の主な任務だった。

現在、MAVEN による新たな測定結果により、火星の水流出に関する最新の章に新たな詳細が加わった。

1960 年代後半から、惑星科学者たちは火星に残っている H2O の貯蔵量は比較的安全だと考えていた。表面上または表面近くの氷の塊は徐々に水蒸気の分子に変化し、薄い大気中に上昇して温度が下がりすぎ、雲に凝縮する。地球上の水も、同じ冷たい空気の障壁「水蒸気界面」によって雲の中に閉じ込められ、水素が流れ去るのを防ぐことで保護されている。

その後、MAVEN が登場しました。MAVEN は、軌道を回るたびに大気圏の端まで潜り込み、火星の水から発生するイオンを直接採取します。元の分子を再構築すると、ストーン氏と同僚は、地表から 90 マイル以上、つまり水蒸気界面よりはるかに高い高度で大量の H2O が漂っていることを発見して驚きました。大気圏の高い高度にある水は、酸素に分解される運命にあります。酸素は分解し続けますが、水素は軽いため、火星から永遠に飛び去ってしまいます。

研究チームは、上層大気の水分含有量が時間とともにどのように変化するかを分析することで、火星の水蒸気休止がなぜそれほどひどいのかを示す2つのヒントも発見した。

まず、MAVEN は冬には乾燥し、夏には湿気が増す大気を検知した。次に、探査機は火星を長期間周回しており、水分量が急増するいくつかの地域的な砂嵐を目撃している。探査機は 2018 年 6 月の砂嵐 (10 年に一度の猛烈な現象で、探査機オポチュニティが死亡) の最中にも活動しており、上層大気の水分量が通常の約 20 倍にまで急増した。

ストーン氏によると、これらの傾向は、火星が夏季に太陽に近づくときや大気が塵で渦巻くときなど、大気が過度に温かくなるため、火星の水蒸気圏が定期的に崩壊することを強く示唆しているという。別の宇宙船による独立した温度測定により、大気の湿潤期間は相対的な熱波と一致することが確認された。

火星の水分圏界面は完全な密閉状態になることはなかったが、MAVEN の測定結果では、予想をはるかに上回る量の水分が漏れていることがわかった。研究者らは、過去 10 億年の間に、季節的な温暖化、毎年の地域的な砂嵐、そして 10 年ごとの巨大嵐によって、火星は 2 フィートの深さの海で火星を覆うのに十分な量の水を失ったと推定している。これは火星がこれまでの歴史で失った水 (火星を数十から数百フィートの深さの海で覆うのに十分な量) のほんの数パーセントに過ぎないとストーン氏は言うが、これが現在も火星が乾燥し続ける主な原因となっている。

火星の脱水は、その表面にしがみついている生命を壊滅させただろうが、地球上の生物は、同じ運命を辿ることはないだろうと知って、一安心だ。地球は「大気圏からの脱却」により常に水を失っているが、その速度は心配するほどには遅く、ストーン氏はそう語る。むしろ、地球が青いままでいられるのはあと10億年から20億年で、その後はより明るい太陽が海水を蒸発させ、温度を数百度まで上げるだろう。