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火星に大気を与える方法、たぶん

地球は、それを取り囲む広大な磁場の網を持っていることが最も幸運です.それらがなければ、私たちの大気の多くはずっと前に強力な太陽風によって徐々に引き裂かれ、私たちのようなものがここに存在する可能性は低くなります.

科学者たちは、火星がかつて顕著な磁場を支えていたことを知っています。これはおそらく、その歴史の初期に火星がより暖かく、はるかに湿っていた時期にあったと考えられます。それらはほとんど残っておらず、地球は極寒で乾燥しています。これらの理解は、興味深い疑問につながります。もし火星に太陽風から守る機能的な磁気圏があったとしたら、再び厚い大気、温暖な気候、液体の地表水を発達させることができるでしょうか?

NASAの惑星科学部門のディレクターであるジェームズ・グリーンは、それが可能であると考えています.そして、おそらく私たちの助けがあれば、そのような変化は天文学的な時間枠ではなく、人間の時間枠内で発生する可能性があります.

NASA の本部で開催された NASA Planetary Science Vision 2050 ワークショップでの講演で、Green はシミュレーション、モデル、および火星の磁場がどのように再構成され、火星の気候が人間の探査に適したものになるかについての初期の考えを提示しました。そして、おそらくコミュニティ。

それは、これらの高エネルギーの太陽粒子から地球を保護するための「磁気シールド」を作成することで構成されていました。シールド構造は、人工磁場を生成するのに十分な強力な閉じた電気回路である大きな双極子で構成されます。シミュレーションは、この種のシールドが火星を、オブジェクトによって作成された磁場の比較的保護された磁気尾部に残すことを示しました。考えられる結果:太陽風による火星の大気の大規模な剥奪の終焉と、気候の大幅な変化。

「太陽系は私たちのものです。取りましょう」とグリーンはワークショップで語った. 「もちろん、火星も含まれます。しかし、人間が火星を探索できるようにするためには、科学を行う私たちと一緒に、より良い環境が必要です。」

これは、人間が火星を人間の居住に適したものにするプロセスである「テラフォーミング」ですか?これは興味深いが物議を醸すアイデアであり、何十年も前から存在しており、グリーンはそれを完全に受け入れることに慎重でした.

「テラフォーミングについての私の理解は、惑星規模で大気にガスを直接追加するという、人間による意図的な追加です」と彼は電子メールに書いています。 「私はここで髪を分割しているかもしれませんが、火星がそれ自体を作成しないものは、私のシミュレーションでは大気に導入されません.実際、この概念は、はるかに長い期間にわたって発生する可能性が最も高い自然なプロセスを加速するだけです。」

彼がここで言及しているのは、多くの専門家が、人間が何をしようとも、火星は将来ずっと暖かくなり、はるかに厚い大気を持つと信じているということです.ただし、プロセス自体には非常に長い時間がかかります。

さらに説明するために、まず火星の歴史を少し説明します。

35 億年以上前、火星にははるかに厚い大気があり、表面温度が適度に保たれて、かなりの量の地表水が流れ、溜まり、おそらく海を形成することさえありました。 (そして、おそらく生命が始まることさえも知っている.毎秒 250 から 750 キロメートルの速度に達することができます。

もちろん、火星は現在極寒で乾燥しているが、グリーン氏は、太陽系のダイナミクスは、惑星が再び温暖化する時を指していると述べた.彼は、科学者たちは、太陽の熱が徐々に増加することで、北極で凍った二酸化炭素の覆いを解放するのに十分なほど地球を暖め、水の氷が流れ始め、やがて温室効果のある大気を作り出すと予想していると述べた.しかし、このプロセスには約 7 億年かかると予想されています。

「私の考えの鍵は、火星がずっと前に磁場を失い、それ以来、太陽風が大気 (特に酸素) を剥ぎ取っており、太陽風が地球とある種の平衡状態にあることがわかっていることです。火星でのガス放出です」とグリーンは言いました。 (アウトガスとは、惑星の表面の下からガス状化合物が放出されることです。)「ストリッピングを大幅に減らすと、新しい、より高圧の大気が時間とともに進化します。圧力の上昇は、温度の上昇を引き起こします。新しい均衡がどうなるか、またそれにはどれくらいの時間がかかるかを正確に計算していません。」

その理由は、グリーンと彼の同僚が、大気モデルに追加の物理学を追加する必要があることを発見したためです。ダイナミクスは、時間の経過とともにより重要かつ明確になります。しかし、彼はそれらの物理学が発展すると確信しています。彼はまた、現在火星を周回している欧州宇宙機関のトレース ガス オービターは、変化する火星の大気で重要な役割を果たす可能性のある分子や化合物を特定できるはずだと述べました.

では、火星の将来の気候に関するこれらの新しい磁場モデルと予測に基づいて、いつになったら人類にとってはるかに友好的なものになるのに十分な変化が生じるのでしょうか?

大気圧の比較的小さな変化で宇宙飛行士の血液が沸騰するのを止めることができるので、防護服や防護服の設計はより簡単になります。しかし、現在の火星の 1 日の平均気温の範囲は華氏 170 度であり、それをより快適なものにするには、かなりの大気の変化が必要です。

Green のワークショップは 21 世紀半ばに何が可能になるかに焦点を当てていたので、それまでにこの分野で何らかの進展が見られることを期待しています。

この論文の多くの興味深い側面の 1 つは、地球規模の気候の予測から火星の宇宙天気まで、あらゆる基本的なモデルを結び付けようとする NASA の取り組みの一部です。たとえば、火星の潜在的な人工磁気圏のモデル化は、NASA 太陽物理学 (私たち自身の太陽の非常に高度な研究) によって行われた作業に依存していました。

火星の宇宙天気の専門家である Chuanfei Dong は、論文の共著者であり、モデリング作業の多くを行いました。彼は現在、プリンストン大学の準研究員です。彼は、Block-Adaptive-Tree Solar-Wind Roe-T​​ype Upwind Scheme (BATS-R-US) モデルを使用して、人工磁気圏の潜在的なシールド効果をテストし、作成された磁場が十分に強い場合に効果があることを発見しました。実際、太陽風による火星の大気の損失を大幅に制限するのに十分な量です。彼が説明したように、人工双極子磁場は昼側のリコネクションを防ぐために 回転する必要があり、それが夜側のリコネクションも防ぎます。

人工磁場が太陽風を適切に遮断しない場合、火星は大気をさらに失う可能性があります。そのため、惑星は人工磁気圏の磁気圏尾部内に安全に存在する必要があります。

論文の中で著者らは、火星の人工磁気圏の計画が「空想的」に聞こえるかもしれないことを認めているが、新たな研究により、小型の磁気圏が人間と宇宙船を保護するために使用できることが示され始めていると述べている。将来的には、インフレータブル構造が、太陽風に対するアクティブなシールドとして、おそらく 1 テスラまたは 2 テスラ (磁場の強さを測定する単位) のレベルで磁気双極子場を生成できる可能性が十分にあると彼らは言います。 .シミュレーションでは、磁場は地球の約 1.6 倍の強さです。

グリーンと他の人々が考えていることの要約として、ここに短い論文の「結果」セクションがあります:

「火星の平均気温が約 4 ℃ 変化すると、CO が溶けるのに十分な温度になることがわかっています。 北極冠をベニヤで覆います。

「この CO2 の大気中の結果として生じる強化 温室効果ガスである は、火星の北極冠に閉じ込められた水を溶かすプロセスを開始します。火星の太古の海のほぼ 1/7 が凍った極冠に閉じ込められていると推定されています。火星は再び地球のような居住可能な環境になるかもしれません.

これらのシミュレーションの結果は、火星が研究や生活に適したエキサイティングな新しい惑星になるまでにどれくらいの時間がかかるかを予測して (とともに) レビューされます。」

マーク・カウフマンは、宇宙に関する 2 冊の本の著者です。 火星を間近で:キュリオシティ ミッションの内部 ファースト コンタクト:地球外生命の探索における科学的ブレークスルー。 彼は経験豊富なジャーナリストでもあり、 で 30 年間過ごしてきました。 ワシントンポスト フィラデルフィア・インクワイアラー。この投稿が許可を得て転載された「Many Worlds」コラムは、NASA の宇宙生物学プログラムによってサポートおよび情報提供されていますが、表明された意見は著者だけのものです。

動画:太陽風を駆動するものは次のとおりです。

この記事は、もともと 2017 年 11 月に Facts So Romantic に再掲載されたものです。


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