概要
- 金星と地球はほとんど同じように始まりました 、しかし、ある時点で、惑星は発散しました。地球は海洋と大気をホストするようになりました.
- その間、金星の表面は生命を寄せ付けなくなりました。 しかし、私たちの隣の惑星にはまだ活発な火山活動があり、初期のプレート テクトニクスの兆候があります。
- 金星が進化して光を放つようになった理由を学ぶ そこにある多くの金星のような太陽系外惑星での生命の可能性。金星への新しい任務が必要です。
1982 年、マサチューセッツ工科大学の惑星科学部門で話題になったのは、NASA の最新の主力ミッションである金星軌道撮像レーダー (VOIR) の中止でした。私たちの 1 人 (Dyar) は、当時そこの大学院生でした。 (残りの 2 人はまだ大学と小学校に通っていました。) 大学院生は廊下で公然と泣き叫び、ベテランの教職員は首を横に振りました。新たに選出されたレーガン政権は、宇宙探査の大幅な削減を制定し、VOIR は犠牲者の 1 人でした。
しかしその後まもなく、科学者たちは残りのハードウェアで作られたお買い得価格 (6 億 8000 万ドル) の宇宙船の計画をまとめ、奇跡的にミッションを救った。 1989 年にマゼラン オービターが金星への偵察任務で打ち上げられ、1990 年までに軌道に乗っていました。次の 5 年間で、オービターは太陽から 2 番目の惑星のほぼ全球のレーダー画像、重力データ、地形図を返しました。これは、近隣の惑星へのソビエトと米国の長いミッションの最新のものでしたが、マゼランが1994年に金星の表面に突入したとき、NASAの金星探査機へのサポートはそれで終わりました。それ以来、科学者は金星への帰還ミッションについて 25 以上の提案を提出しており、そのうちのいくつかは審査委員会から高い評価を受けていましたが、ごく最近まで承認されたものはありませんでした。マゼランによって収集された数十年前のデータは、金星地球科学の基礎として残っています。
しかし、惑星科学者は決してあきらめず、それでもなお、この世界の秘密を明らかにすることにおいて進歩を遂げてきました.マゼラン以来、ヨーロッパと日本の宇宙機関は成功したミッションを金星に送り、その大気を理解する上でブレークスルーをもたらしました.一方、科学者たちは、マゼラン データの新しい分析を実行することで、姉妹惑星の教科書を書き直すのに忙しくしています。現在、金星には火山が蔓延していると考えられており、惑星の居住可能性にとって重要であると科学者が考えているプレートテクトニクスの開始のヒントさえ発見しています。新しい理論モデルはまた、金星はその歴史の比較的遅い時期までその表面に液体の水を持っていた可能性があることを示唆しています。
これはすべて、天文学における別の驚くべき発展と一致しています。他の太陽系で数千の系外惑星が発見され、その多くは金星とほぼ同じ大きさと星からの距離です。隣の惑星について学んだことは、これらの遠く離れたアクセスできない世界について教えてくれる可能性があります.特に、金星が生命を宿すための条件を備えていたかどうか、またその時期を知ることができれば、天の川銀河全体にある大量の金星に似た天体で生物を発見する可能性について、より多くのことを知ることができます。
系外惑星アナログ
これまでに発見された太陽系外惑星のほとんどは、トランジット法を使用して発見されました。トランジット法では、天文学者は星の前を周回する世界が通過するときに発生する明確な明るさの変動を観察します。この技術を使えば、遠く離れた惑星のサイズを測定できますが、サイズからわかることはそれだけです。結局のところ、地球外の観測者がトランジット法を使って太陽系を見ると、金星と地球はほとんど同じに見えるでしょう。それでも、金星は生命を禁じていますが、地球は過去 40 億年間継続的に居住可能でした。
恒星からの距離を測定することで、同様のサイズの惑星をさらに区別することができます。 「ハビタブルゾーン」とは、岩石惑星の表面に液体の水が存在する星の周りの領域です。明らかに、地球はこのゾーンにあります。金星は、実際にはかなり長い間、このゾーンにあったと私たちは考えています。しかし、ハビタブル ゾーンの境界は、太陽の光度が年齢とともに増加するにつれて、時間とともに外側に移動します。金星は現在、この範囲の外にあり、私たちが「金星ゾーン」と呼んでいるものを占めています。このゾーンでは、表面の状態が非常に高温であるため、惑星は暴走する温室効果大気を持ち、海を沸騰させてしまう可能性があります.
金星と地球は、地球に海を与えた条件を含め、非常によく似た条件で形成されました。彗星の衝突は、おそらく両方の惑星の表面に氷をもたらしました。太陽風 (太陽から噴出する荷電粒子) が、両方の表面に水素イオンの薄い層を注入した可能性が最も高いです。そして、金星と地球が原始惑星であり、太陽の周りを回っていた原始の塵の円盤から形成されたとき、どちらも水素やその他の揮発性物質、つまり簡単に蒸発する化学物質を集めていました。初期の金星のシミュレーションは、惑星の表面が地球よりも早く液体の水を持っていた可能性があり、その水が約10億年前までそこにあった可能性があることを示しています.
とはいえ、金星が今では非常に人を寄せ付けないという事実は変わりません。どうしたの？金星は居住可能なすべての惑星の最終状態を表しているのでしょうか?それとも、このサイズの惑星がなり得る多くの方法の1つに過ぎないのでしょうか?これらは、私たちが金星に戻って答えたい主要な質問の一部です。
覆われた表面
金星に関する私たちの知識は、惑星の厚くて有害な大気を通して見ることが非常に困難であるため、部分的に制限されています.上空では、硫酸の雲が世界を覆っています。地上では、気圧は地球の海面下 3,000 フィートの水圧に匹敵します。そこの大気は非常に高密度であるため、その主成分である二酸化炭素は、気体と液体の中間の特性を持つ超臨界流体として機能します。
科学者たちは、この大気はかつて地球に似ていたと考えています。しかし、私たちの世界とは異なり、金星には現在、太陽風を撃退する磁場がありません。私たちは、太陽風が地球の水を水素イオンと酸素イオンに分解し、宇宙空間に運ぶことで、地球の水を排除したと考えています。内部から絶えず逃げる二酸化炭素やその他のガスを溶解する地表水がなければ、これらの化学物質は大気中に蓄積されます。この大気の温室効果により、金星の表面温度は地球より華氏 800 度近く高く、岩石が光るほど高温です。
金星の表面から得られた唯一のデータは、1970 年代と 1980 年代に着陸した 4 つのソビエトのベネラ着陸船によって収集されたものです。これらの探査機は、荒れ果てた惑星の地表で数分間しか生き残っていませんでしたが、その短い時間内に彼らは集まり、そこでの化学組成の大まかな測定値を送り返しました。これらの測定値を超えて、表面鉱物学に関する私たちの知識は、マゼランによって行われたレーダー測定の物議を醸す解釈と、金星の条件下での惑星の岩石と大気ガスとの間の可能性のある化学反応に関する限られた知識にのみ依存しています.
研究者は、可視光が大気中の二酸化炭素による吸収を逃れる電磁スペクトルのいくつかの「窓」を通して見ることによって、金星の鉱物を軌道からマッピングすることが可能であることを発見しました。偶然にも、これらの窓は、典型的な惑星の鉱物であるかんらん石と輝石を特定するための重要な領域と一致しており、金星の基本的な成分を最終的に決定できるという希望を与えています。 2006 年から 2014 年にかけて金星を周回したヨーロッパのビーナス エクスプレス宇宙船は、これらの窓の 1 つを使用して、南半球の大部分にわたって惑星の表面から放射される熱の最初のマップを作成しました。このマップには、地上の鉱物を特定できるスペクトルの特徴 (光と熱のピークとディップ) が含まれています。
このマップはまた、多くのホットスポットを特定しています。これは、非常に多くの熱を放出している地域であり、最近の火山活動が原因である可能性が最も高いです。これは、長い間沈黙を保っていた月や、現代の火山活動がせいぜい孤立している火星とは異なり、金星がまだ活発であることを示しているため、エキサイティングな発見です。 P>
プレートテクトニクス
地球上では、火山活動は通常、プレート テクトニクスと関連しています。プレート テクトニクスとは、地球上の地質学的特徴のほとんどを担う大きな地殻の移動と滑りです。プレート テクトニクスは、地球上での生命の誕生を可能にした、約 1 億年の期間にわたって発生する長期的な気候サイクルの背後にもあります。プレート テクトニクスは、地球の中央海嶺で新しい地殻を形成し、その地殻の層がマントルに沈むことを可能にしました。この 2 つのプロセスにより、地球は内部の熱を失い、生命が発生する可能性があるまで冷却されました。テクトニクスはまた、水、二酸化炭素、二酸化硫黄などの揮発性化学物質を地球の奥深くから大気中に放出し、プレートが他のプレートの下に滑り込んだときに揮発性物質を循環させてマントルに戻しました。
火山活動がなければ、地表水はほとんどなく、生命の起源の場所はありません。この揮発性物質の循環は、生命の出現に不可欠な地球の大気を維持するのに役立ちます。同様に、海洋生物が陸上に進化するための浮力のある安定したプラットフォームを海面上に提供する大陸は、プレートテクトニクスの産物です。これらおよび他の多くの理由から、金星にプレート テクトニクスがあるかどうか、およびその理由または理由を理解することが重要です。
地球上では、限られたデータによると、プレート テクトニクスは 40 億年前に始まったことが示唆されており、記録はほとんど残っていません。惑星がどのようにして玄武岩で覆われた世界から、おそらく海を含む世界から、複雑な特徴を持った移動プレートの複雑なシステムにどのように移行するかはよくわかっていません。有力な仮説の 1 つは、プルームと呼ばれる地球の奥深くからの物質の塊が地表に飛び出し、沈み込みを開始するというものです。高温プルームはリソスフェア (地殻と上部マントルを含む) を弱め、押し上げて、表面にひび割れ、つまり「リフト」を引き起こします。プルーム ヘッドからの圧力は、地球と金星の両方で観察されるように、激しい火山活動を引き起こす可能性があります。ひびの入ったリソスフェアに負荷がかかると、この層が沈み込み、沈み込みが促進されます。これにより、リソスフェアの 1 つの層が別の層の下に滑り込みます。このプロセスが頻繁に起こると、沈み込むプレートがつながり、プレート テクトニクスが始まります。
これは現在の金星で起こっている可能性があります。金星のリソスフェアは現在、暖かくて薄い。プレート テクトニクスが始まった頃の地球のようだ。また、いくつかのデータは、金星と地球の沈み込み帯の特徴の間に説得力のある類似性を示しています。その一例がアルテミス・コロナで、金星の赤道付近にある円形の地層で、アラスカの海岸沿いの海底にあるアリューシャン海溝に規模と形状が似ています。科学者たちは、このような金星の特徴は、マントルからのプルームが地表に上昇し、地殻を押し広げている場所を表していると理論付けています.
さらに、最近の実験室での実験とコンピューター シミュレーションは、これらのプルームが地殻の最上層を割る場所で沈み込みを誘発していることを示唆しています。特に、この実験は、沈み込みが円の一部だけで起こるように見える理由を説明している。脆いリソスフェアが中心で引き裂かれると、鉛筆で突いたときに紙がさまざまなくさびに引き裂かれるのと同じように、セグメントに分割される.リソスフェアが沈むにつれて、引き裂き続け、セグメントを形成します。これらのセグメントが結合すると、金星でプレート テクトニクスの開始が見られることになります。
これらの特徴の既存の画像は解像度が低すぎて、何を見ているのかを確実に知ることができません。しかし、金星のプレートテクトニクスは開発の初期段階にあるようです。マゼラン観測では、相互につながったプレートの証拠は示されていません。むしろ、沈み込みが始まっている孤立したスポットが見られます。いずれの場合も、噴煙が上昇しているように見えるこれらの円形領域の 1 つの周りにあります。 2 つの質問が続きます:プレート テクトニクスがより早く発展しなかったのはなぜですか? そして、それは現在どのようなコースをたどるでしょうか?金星が時間の経過とともに完全に冷えるにつれて、現在開いている断層が持続する可能性があり、地球が経験したのと同じプレートテクトニクスへの移行を惑星が経験することを可能にします.プレート テクトニクスの始まりが金星で展開するのを見ることができれば、このプロセスとそれに伴う大気の安定化は、居住可能性自体への道を歩んでいる太陽系外惑星では一般的かもしれません.
より良い眺め
しばしば無視されてきた太陽から 2 番目の惑星に新しい主要なミッションを送るより良い理由はありませんでした。高解像度の全球画像とスペクトルにより、火山活動と金星のプレートテクトニクスの可能性についての説得力のある質問に答えることができます。そのプロセスは本当に今起こっているのでしょうか?表面の活動は、惑星の内部で起こっていることとどのように関連していますか?温度などの金星の条件は、この構造活動にどのように影響しますか?また、科学者がテッセラと呼ぶしわなど、私たちが目にするいくつかの表面の特徴は、過去の湿った時代の残骸ですか?
2019 年、NASA はディスカバリー ミッションと呼ばれる最小クラスの宇宙探査機の次のグループの提案を求めました。私たちのもう一人 (Smrekar) と Dyar は、VERITAS (Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography, and Spectroscopy) と呼ばれる 1 つの提案されたミッションを率いており、これまで以上に詳細に表面をマッピングすることを目的としています。イメージングカメラや分光計などのいくつかの機器を搭載し、地形解像度を桁違いに改善し、この種のものとしては初めての惑星の全球組成マップを提供します。別の金星ミッションの提案も進行中であり、暫定的な打ち上げ日は 2030 年頃です。
マゼランが金星に到着してから 30 年以上が経ち、マゼランを打ち上げた科学者の世代は年を取り、引退しています。金星へのミッションにより、研究者はトーチを新しい世代に渡すことができ、惑星の姉妹が地球とは異なる進化を遂げた理由の理解に近づくことができます.おそらく、生命の出現に必要な条件を発見することさえできるかもしれません.
この記事は、当初、Scientific American 320、2、56-63 (2019 年 2 月) に「The Exoplanet Next Door」というタイトルで掲載されました。
doi:10.1038/scientificamerican0219-56
