土星系最大の衛星であるタイタンは、有機エアロゾルで構成された厚いオレンジ色のもやの層で完全に覆われていることで有名です。これらの有機粒子は、太陽の紫外光と土星の高エネルギー粒子によって駆動される、タイタンのメタンに富む還元性大気でのさまざまな種類の反応によって生成されます。
25億年前の古代地球以来、光合成生物による酸素レベルの上昇の前に、地球は今日のタイタンに似たメタンに富む還元大気を持っていた可能性があります.古代の地球はオレンジ色のもやの層で覆われていた可能性があり、生命の前駆物質を供給する可能性があります。さらに、有機ヘイズは太陽光を吸収および散乱できるため、地球の気候を制御する上で重要な役割を果たします。したがって、有機エアロゾルの形成過程を研究することで、生命の起源だけでなく、大気系の挙動についての知識も得られる可能性があります。
1997 年から 2017 年まで運用された NASA と ESA のカッシーニ ホイヘンス ミッションは、タイタンの大気中の有機エアロゾルの生成プロセスの多くを明らかにしましたが、まだ多くの疑問が残っています。特に、エアロゾル粒子がタイタンの中層大気 (高度 700 ～ 150 km に相当) でどのように凝集して成長するかはわかっていません。タイタンの上層大気 (約 1000 km 以上) では、極紫外線 (EUV) と高エネルギー粒子によって駆動される多数のイオン反応によって大きな炭化水素分子が生成されますが、遠紫外線 (FUV) は比較的長い波長 (120 ～ 300 nm) を持っています。中層大気の支配的なエネルギー源です。
初期の地球では、FUV が有機エアロゾルの生成を促進する主要な供給源でもあったため、これは初期の地球を考えるときに特に重要です。ただし、以前の研究では、EUV と高エネルギー粒子のみが使用されていました。したがって、FUV を使用して中層大気の物理的および化学的プロセスをシミュレートすることは、太古の地球の気候を理解する上でより重要です。また、これまであまり注目されていなかった中層大気での表面反応も期待されています。
千葉工業大学の鵬鴻らの研究グループは、太陽スペクトルに類似したFUV光を照射できるH2/Heランプを開発し、FUVをメタン-CO ガス混合物。彼らは、有機エアロゾルの生成速度を測定し、固体と気体の化学組成を分析しました。彼らは、エアロゾルの成長率が CO2 で大幅に低下したことを発見しました 初期の地球と同様の条件で、生成された有機エアロゾルは、EUV と高エネルギー粒子を使用した以前の実験とは異なり、主に脂肪族炭素で構成されていることを発見しました。ガスから固体粒子を作るには効率的ではないかもしれません.
これを確認するために、彼らはチャンバー内の化学反応をシミュレートする数値モデルを開発し、CH3 さらに、固体の表面で起こる一種の不均一反応は、気相での炭化水素の重合反応よりも効率的です。
これらの結果は、タイタンの中層大気では、不均一な反応がエアロゾル粒子の成長の主なプロセスであり、初期地球の有機エアロゾル層は以前に推定されていたよりも薄かったことを示唆しています。冥王星 (最近ニュー ホライズンズ ミッションによって探査された) や太陽系外惑星を含む、メタンに富んだ還元性大気を持つ惑星は宇宙で非常に一般的であるため、この研究で得られた知識はそれらの惑星に適用できます。
これらの調査結果は、遠紫外光によって誘導される異種有機化学の実験的研究:CH3 による有機エアロゾルの成長への影響というタイトルの記事で説明されています。 タイタンと初期の地球の大気に加えて、最近ジャーナル Icarus に掲載されました。 この作業は、千葉工業大学と東京大学の鵬宏と、東京大学の関根康人、笹森勉、杉田誠二によって行われました。
