現在の火星の大気は希薄で、地表の圧力は地球の約 3% にすぎず、ほとんどが二酸化炭素で構成されています。極冠には凍った水と二酸化炭素 (ドライアイス) が含まれていますが、火星には液体の水はほとんどありません。
しかし、Mars Curiosity Rover を含む NASA のローバーによって研究された岩石からの証拠が存在します。 、NASA のMars Reconnaissance Orbiterなどの周回観測所によって作成された干上がった河床の画像 、35億年前の火星の大気は、温室効果により密度が高く、暖かく、表面に液体の水が存在することを裏付けていました. 「なぜ火星は水と濃い大気を失ったのか?」という疑問が生じます。そして「すべての揮発性物質 (つまり、水と二酸化炭素) はどこに行ったのですか?」
現在の考えでは、大気と地表の揮発性物質は上または下、またはその両方で失われる可能性があります。揮発性物質は火星の地殻で消費され、鉱物として蓄えられます。好奇心 ローバーとその科学チームは、この種の損失を研究しています。また、大気種は大気の上部から宇宙に逃げることもでき、NASA の MAVEN ミッションはこれを研究しています。ミッションの主任研究員であるブルース・ジャコスキーは、世界中から集まった約 100 人の科学者からなるチームを率いています。 MAVEN は NASA の「Mars Atmosphere and Volatile Evolution」の頭字語です。
NASA の MAVEN 宇宙船:火星の電離層の研究
MAVEN 宇宙船は、2013 年 11 月にフロリダ州ケープカナベラルからデルタ ブースターで打ち上げられ、1 年後に火星周回軌道に投入されました。宇宙船には、惑星の上層大気と、原子や分子が惑星の重力から逃れて宇宙に逃げる方法など、大気を制御するプロセスを特徴付けるために設計された8つの機器があります。計器は、電気的に中性の両方の大気の密度と温度を測定します (二酸化炭素、CO2 など)。 、原子状酸素、O、原子状水素、H、およびその他の種) および荷電成分 (つまり、CO
原子または分子が惑星から脱出するためには、次の 2 つのことが必要です。(1) その速度が 脱出速度 を超えている必要があります。 、これは火星では 5 km/s、地球では 10 km/s であり、(2) 大気中の十分な高さで、外に出る途中で別の原子と衝突しないようにする必要があります (大気のこの部分は、 外気圏 ）。電離圏と呼ばれる最上部大気の電離部分は、原子が逃げるのに十分な速度を与える手段を提供することができます。 MAVEN ミッションは、火星の電離層を研究しています。
電離圏は、外部放射線またはエネルギー粒子が中性分子をイオン化し、軌道電子 (光電子または二次電子と呼ばれる) をノックオフして陽イオンを生成するときに形成されます。最も重要な電離源は、太陽大気の外層 (すなわち、太陽コロナ) で生成される太陽紫外線による光電離です。この放射は、すべての電磁放射と同様に、光子にパッケージ化されており、それぞれの放射の周波数に比例したエネルギーが含まれています。光子が原子軌道電子の結合エネルギーを超えるエネルギーを持つ場合、イオン化が発生します。
中性CO2のイオン化 O は CO2 を生成します と O イオン。化学反応 (例:CO2 O と反応して O2 を与える イオン、つまり、イオン化された分子状酸素) は、電離層の組成を変更します。そして、電荷のバランスをとるために、イオンと電子は最終的に再結合します。火星の場合、重要な組み換え反応は O2 です これにより、2 つの高速中性 O 原子が生成されます。これらの原子の約半分は、脱出速度よりも速い速度を持っているため、火星を離れる可能性があります。この「光化学的」脱出プロセスは、火星にとって非常に重要であることが確認されています (ただし、興味深いことに、脱出速度が速い金星にとってはそうではありません)。
MAVEN の科学者は、酸素の損失を定量化しています (最終的に CO2 の損失につながります) または H2 2 つの方法で、上記で説明した関連する電離層プロセスを研究することによって、下層大気からの O)。最初の方法は、電子と O2 の密度を測定することです。 イオン、および中性密度を計算し、酸素の光化学損失率を計算します。 Journal of Geophysical Research (doi: .
この研究では、毎秒 2 キログラムの原子状酸素が地球から失われていることが判明しました。これはそれほど大きな損失率ではないように見えますが、20 億年以上にわたって絶え間なく発生しており、同等の水または CO2 この期間に失われる量は、火星の表面全体に広がる数メートルを超える液体の水です。この推定は、近くの銀河にある若い太陽のような星の天文学的測定によって確認されたように、太陽の紫外線放射照度が遠い過去にかなり大きかったという事実を考慮に入れています.
この研究、 火星からの高温酸素流出:太陽 EUV 放射照度によるシンプルなスケーリングは、Journal of Geophysical Research:Space Physics に最近掲載されました。 .
