なぜ火星には住めないのか？太陽のせいだ

数十億年前、火星は地球とよく似ていたかもしれない。表面には大量の水があり、厚い大気に包まれていた。現在、大気の 99 パーセントを失ったこの赤い惑星は、寒く、乾燥し、過酷な環境となっている。どのような大災害がこのような変化を引き起こすのだろうか。

それを知るために、NASA の MAVEN (火星大気および揮発性物質進化ミッション) 宇宙船が赤い惑星を周回し、残っている薄い大気の痕跡を研究しています。MAVEN が火星に到着したのは約 1 年前ですが、宇宙船はすでに私たちに多くのことを教えてくれています。実に、その内容は 49 本の科学論文になるほどで​​す。本日、4 本の MAVEN 論文がScience 誌に発表され、残りの 45 本はGeophysical Research Letters 誌に掲載されました。

最新のデータは、太陽からの荷電粒子、特にコロナ質量放出時に噴出した粒子が、はるか昔に火星の大気を破壊したという仮説を裏付けている。

幼い太陽は、まるでよちよち歩きの幼児のように、非常に活発で騒々しいものでした。当時、そのうねる表面は、コロナ質量放出 (CME) でガスと磁場の巨大な爆発を定期的に噴出していました。これらの CME から噴出した荷電粒子は、惑星に向かって流れ出ていました。

「若い星ほど活動的であることはわかっています」と、MAVEN チームの宇宙物理学者デイビッド・ブレイン氏はポピュラーサイエンス誌に語った。「若い星ほど太陽嵐が多く、嵐も激しい。火星はおそらく、その歴史の初期にこうした嵐に襲われていたのでしょう。」

幸運なことに、地球の磁場はこれらの粒子の衝撃を跳ね返しました。火星はそうではありませんでした。かつては保護的な磁場があったものの、ある時点で崩壊してしまいました。その結果、CME からの荷電粒子は津波のように火星の大気に衝突しました。

科学者たちは長い間、CME 粒子の衝突波が火星の大気の劣化に役割を果たしたのではないかと疑っていた。今や MAVEN のおかげで、科学者たちはようやくその役割の大きさを推定できるようになった。

太陽からの荷電粒子が火星の大気中の分子に衝突すると、分子は十分なエネルギーを得て、火星から飛び去ることができる。

「火星はおそらくその歴史の初期にこれらの嵐に襲われていたのだろう。」

「私たちがやりたかったのは、太陽嵐が本当に大気圏に大きな影響を及ぼしたのかどうかを理解することでした」とブレイン氏は言う。

MAVEN チームは、3 月の CME の前後の火星の大気を観測し、CME によって火星の大気が 10 倍速く逃げていることを発見しました。しかも、これは特に大きな太陽嵐ではありませんでした。

それでも、「今日の太陽嵐は、数十億年前に火星がどのような被害を受けたかを垣間見る窓のようなものだ」とブレイン氏は言う。「はるか昔、こうした現象がより激しかった頃は、火星が大気を失う主な原因は太陽嵐だったかもしれない」

隕石の衝突も火星の大気の一部を吹き飛ばした可能性があるが、太陽から定期的に吹き出す荷電粒子である太陽風は、おそらくよりゆっくりと大気を侵食した。また、火星には大気中の分子を保持できるほどの重力がないことも、状況を悪化させている。しかし、これまでのところ、それぞれの要因が火星の大変動においてどれほど重要であったかは、まだ明らかではない。

「今日の太陽嵐は、数十億年前に火星がどのような影響を受けたかを垣間見る窓のようなものです。」

火星の保護磁場の消失が主な要因だった可能性が高いが、科学者たちはそれがどのように起こったのか確信が持てない。おそらく、火星の磁気圏の残骸も測定しているMAVENが、何が起こったのかの手がかりを見つけるだろう。

中規模の太陽嵐によって火星の大気がどの程度の被害を受けるかについての推定値が得られたことを受けて、研究チームは、規模の大きい嵐と規模の小さい嵐が脱出率にどのような影響を与えるかを調べたいと考えている。

「太陽の活動が活発になったり弱くなったりすると、これらの数値がどのように増減するのかを知りたいのです」とブレイン氏は言う。「数値がどのように変化するかを理解すれば、実際に過去に遡って推測することができます。」